Što uzrokuje harmonike u električnim sustavima

Harmonici u električnim sustavima uzrokuju nelinearne opterećenja koja proizvode nestrujne talase struje ili napona u izmjeničnim sustavima. Harmonici su sinusni komponenti s integralnim višekratnicama osnovnih frekvencija. Navedeni su neki od glavnih uzroka harmonika u električnim sustавима:

Nelinearno opterećenje

Nelinearna opterećenja su ona u kojima struja nije linearno povezana s naponom. Ovaj tip opterećenja je uobičajen u sustаву snage, a glavni izvori uključuju:

• Rectifier: Uređaj koji se koristi za pretvaranje izmjenične struje u jednosmjernu, kao što su napajanja, pretvarači frekvencije itd.

• Switching power supply: Napajanje koje se često koristi u modernoj elektroničkoj opremi, kao što su napajanja računala, punjači za mobilne telefone itd.

• Inverter: Uređaj koji se koristi za pretvaranje jednosmjernog toka u izmjenični, često se nalazi u solarnim fotovoltaičnim sustавима, stanicama za punjenje električnih vozila itd.

• Variable frequency driver: uređaj koji se koristi za kontrolu brzine motora, široko se koristi u području industrijske automatizacije.

• Arc welding machine: Nelinearna struja generira se tijekom procesa zavarivanja.

• Gas discharge lamps: kao što su fluorescentne svjetiljke, visokosnatne natrijeve lampice itd., generiraju harmonike tijekom pokretanja i rada.

Power electronic equipment

Široko korištene uređaje za elektroniku snage u modernim sustавима snage također su važni izvori harmonika:

• Frequency converter: koristi se za kontrolu brzine i momenta obrtnog momenta AC motora, njegov princip rada proizvede harmonike.

• UPS (Uninterruptible Power Supply) : harmoniki se generiraju kada se prelazi na rad na bateriji.

• Converter: uređaj koji se koristi za promjenu frekvencije izmjeničnog toka, kao što je pretvarač korišten u proizvodnji vjetra.

Motors and transformers

Čak i u tradicionalnim motorima i transformatorima, može doći do malih harmonika zbog razloga poput efekta magnetske saturacije:

• Motors: posebno u fazi pokretanja, harmoniki se mogu generirati zbog utjecaja nelinearnih magnetizacijskih krivulja.

• Transformer: kada transformator radi u zasićenoj zoni, također će proizvesti harmonike.

Problems with the grid itself

• Unbalanced load: nepodudaranje opterećenja u trofaznom sustavu može dovesti do toga da neutralna struja sadrži harmonike.

• Long-distance transmission: tijekom dugotrajne prijenosnice, induktivni i kapacitivni efekti linije mogu dovesti do pojačanja harmonika.

Other factors

• Aging of power equipment: starija oprema snage može proizvesti dodatne harmonike zbog degradacije unutarnjih komponenti.

• Design Flaws: loše dizajnirani sustavi snage mogu dovesti do pojačanja ili generiranja harmonika.

Harmonic effect

Harmoniki mogu uzrokovati razne negativne efekte na sustave snage, uključujući, ali ne ograničujući se na:

• Increased equipment losses: harmoniki mogu dovesti do dodatnih gubitaka motora, transformatora i ostale opreme, skraćujući vijek trajanja.

• Reduce system efficiency: harmoniki mogu smanjiti učinkovitost sustava i povećati potrošnju energije.

• Affect the measurement accuracy: harmoniki će ometa mjerenje točnosti brojnika energije, što će dovesti do pogrešnog izračuna troškova struje.

• Interference with the communication system: harmoniki će uzrokovati interferenciju komunikacijskom sustavu i utjecati na kvalitetu prenosa signala.

• Triggering resonance: u nekim slučajevima, harmoniki mogu rezonirati s induktorima i kondenzatorima u sustavu, uzrokujući ozbiljne probleme s kvalitetom struje.

Harmonic suppression measure

Kako bi se smanjio utjecaj harmonika, obično se poduzimaju sljedeće mjere:

• Filters: instalirajte pasivne ili aktivne filtre kako biste apsorbirali ili protupostojevali harmonikama.

• Increase the inductance of the load: povećanjem induktancije opterećenja supresiraju se harmoniki.

• Improve load characteristics: koristite opterećenje s niskim sadržajem harmonika, kao što je trofazni rectifier umjesto jednofaznog rectifiera.

• Dynamic reactive power compensation: koristite opremu poput SVG (statički generator reaktivne snage) za dinamičku kompenzaciju reaktivne snage.

Sum up

Harmonici u električnim sustavima uglavnom su uzrokovani nelinearnim opterećenjima, kao što su rectifieri, switching power supplies, inverters, variable frequency drivers itd. Harmonici mogu negativno utjecati na performanse i pouzdanost sustava snage, stoga je potrebno poduzeti odgovarajuće mjere kako bi se supresirali ili eliminirali harmonici.