Što su harmonici u električnim sustavima, i što ih uzrokuje?

U električnom sustavu, harmonici se odnose na komponente s frekvencijama koje su cijeli brojevi veći od osnovne frekvencije dobivene dekompozicijom periodične nesinusoidalne promjenljive veličine putem Fourierovog reda, i obično se nazivaju viši harmonici.

Glavne uzroke harmonika su sljedeći:

• Postojanje nelinearnih opterećenja: To je glavni uzrok generiranja harmonika. Na primjer, uređaji za elektroničku snagu, uključujući pretvarače pravog toka, inverzor i pretvarače frekvencije, poluprovodničkih uređaja unutar njih može dovesti do distorzije valnih oblika struje i napona tijekom rada, generirajući harmonike. Uzmimo na primjer pretvarač pravog toka. On pretvara izmjeničnu struju u jednosmjernu. Tijekom procesa pretvaranja, ulazna struja će pokazati nesinusoidalni valni oblik i sadržavati veliku količinu harmonijskih komponenata. Osim toga, oprema poput lukove peći i svjetiljki s gasnatim žaruljama također su uobičajena nelinearna opterećenja. Tijekom procesa prerade čelika u lukovoj peći, nestabilnost luka će dovesti do fluktuacija struje i generiranja harmonika. Zbog funkcije balasta u svjetiljkama s gasnatim žaruljama, valni oblik struje također će biti distoriran, generirajući harmonike.

• Naponski strujni tok transformatora: Kada transformator radi, u njegovom željeznom jezgru događa se magnetna nasitnost, što dovodi do toga da naponski strujni tok više nije sinusoida, stvarajući harmonike. Posebno kada se transformator uključi bez opterećenja ili kada radi pod lakšim opterećenjem, harmonijske komponente u naponskom strujnom toku bit će očiglednije.

• Neravnoteža sustava snabdijevanja strujom: Kada su opterećenja pojedinih faza u trofaznom sustavu snabdijevanja strujom neravnomjerne, to će dovesti do asimetrije struje i napona, stvarajući harmonike. Na primjer, na nekim industrijskim lokacijama, zbog različite opreme spojene na pojedine faze, može doći do situacije neravnoteže trofaznog opterećenja, što dovodi do pojavljivanja harmonika u sustavu snabdijevanja strujom.

Harmonici mogu dovesti do povećane zagrijavanja i većih gubitaka u električnoj opremi, utjecajući na normalnu radnju i vijek trajanja opreme. Mogu također interferirati sa sustavima komunikacije i pokretati rezonanciju u sustavu snabdijevanja strujom i druge probleme. Stoga je potrebno poduzeti odgovarajuće mjere za njihovo otklanjanje.