Šta uzrokuje harmonike u električnim sistemima?

Harmonici u električnim sistemima su rezultat nelinearnih opterećenja koja proizvode ne-sinusne talase struje ili napona u sistemu izmjenljive struje. Harmonici su sinusni komponenti s integralnim višekratnicama frekvencija osnovne frekvencije. Sledeći su neki od glavnih uzroka harmonika u električnim sistemima:

Nelinearno opterećenje

Nelinearna opterećenja su ona u kojima struja nije linearne veze sa naponom. Ovaj tip opterećenja je čest u sistemu snage, a glavne izvore uključuju:

• Rectifier: Uređaj korišćen za pretvaranje izmjenljive struje u jednosmernu, kao što su napajanja, frekventni konverteri, itd.

• Prelazni blok napajanja: Blok napajanja koji se često koristi u modernoj elektronskoj opremi, poput napajanja računara, punjača za mobilne telefone, itd.

• Inverter: Uređaj korišćen za pretvaranje jednosmernog napona u izmjenljiv, često se nalazi u solarnim fotovoltaičkim sistemima, stanicama za punjenje električnih vozila, itd.

• Varijabilni frekvencijski pogon: uređaj korišćen za kontrolu brzine motora, široko se koristi u oblasti industrijske automatizacije.

• Zavarivač: Nelinearna struja se generiše tokom zavarivanja.

• Gaz-dischargerske lampice: poput fluorescentnih lampi, visokosigurnih natrijevih lampi, itd., generišu harmonike tokom pokretanja i rada.

Elektronska oprema za snagu

Elektronska oprema za snagu, široko korišćena u modernim sistemima snage, predstavlja i važnu izvor harmonika:

• Frekvencijski konverter: koristi se za kontrolu brzine i momenta AC motora, njegov radni princip generiše harmonike.

• UPS (Neisključivo napajanje): Generišu se harmonici kada se prelazi na napajanje akumulatorom.

• Konverter: Uređaj korišćen za promenu frekvencije izmjenljive struje, kao što je konverter korišćen u proizvodnji vjetra.

Motore i transformatori

Čak i u tradicionalnim motorima i transformatorima, može doći do laganog pojavljivanja harmonika zbog razloga kao što su efekti magnetske saturacije:

• Motore: Posebno u fazi pokretanja, mogu se generisati harmonici usled uticaja nelinearnih magnetizacijskih krivih.

• Transformer: Kada transformer radi u zoni saturacije, takođe će proizvoditi harmonike.

Problemi sa mrežom samom po sebi

• Neizbalansirano opterećenje: Neizbalansirano opterećenje u trofaznom sistemu može dovesti do toga da neutralna struja sadrži harmonike.

• Dugoročna prenos: U procesu dugoročnog prenosa, induktivni i kapacitivni efekti linije mogu dovesti do pojačavanja harmonika.

Ostali faktori

• Starenje opreme za snagu: Starija oprema za snagu može proizvoditi dodatne harmonike zbog degradacije unutrašnjih komponenata.

• Defecti dizajna: Loše dizajnirani sistemi snage mogu dovesti do pojačavanja ili generisanja harmonika.

Efekti harmonika

Harmonici mogu dovesti do različitih negativnih efekata na sisteme snage, uključujući ali ne ograničavajući se na:

• Povećana gubitci opreme: Harmonici mogu dovesti do dodatnih gubitaka motora, transformatora i druge opreme, skraćujući vreme života.

• Smanjena efikasnost sistema: Harmonici mogu smanjiti efikasnost sistema i povećati potrošnju energije.

• Utjecaj na preciznost mjerenja: Harmonici će ometati preciznost mjerenja brojila, što će dovesti do netočnog računanja troškova struje.

• Interferencija sa komunikacionim sistemom: Harmonici će dovesti do interferencije sa komunikacionim sistemom i uticati na kvalitet prenosa signala.

• Pokretanje rezonancije: U nekim slučajevima, harmonici mogu rezonirati sa induktorima i kondenzatorima u sistemu, dovodeći do ozbiljnih problema sa kvalitetom snage.

Mere za supresiju harmonika

Da bi se smanjio uticaj harmonika, obično se poduzimaju sledeće mere:

• Filteri: Instalirati pasivne ili aktivne filtere kako bi se apsorbirale ili protuodgovarale harmonici.

• Povećanje induktivnosti opterećenja: Povećanjem induktivnosti opterećenja za supresiju harmonika.

• Unapređenje karakteristika opterećenja: Koristiti opterećenje sa niskim sadržajem harmonika, kao što je trofazni rectifier umjesto jednofaznog rectifiera.

• Dinamička reaktivna snaga kompenzacije: Koristiti opremu kao što je SVG (static reactive power generator) za dinamičku reaktivnu snagu kompenzacije.

Sažetak

Harmonici u električnim sistemima uglavnom su rezultat nelinearnih opterećenja, kao što su rectifieri, prelazni blokovi napajanja, inverteri, varijabilni frekvencijski pogoni, itd. Harmonici mogu negativno uticati na performanse i pouzdanost sistema snage, pa je potrebno poduzeti odgovarajuće mere kako bi se supresirale ili eliminirale harmonike.