Welche Gefahren bergen höhere Harmonische für elektrische Ausrüstungen

Spannungsverzerrungen in Wechselstrom-Netzwerken verursachen ungleiche Intervalle zwischen den Feuerimpulsen des Steuerwinkels in herkömmlichen Umrichtern und verstärken durch positive Rückkopplung die Spannungsverzerrung im System, was zu unstabilem Rechteckbetrieb führt. In Inverters können kontinuierliche Kommutationsausfälle auftreten, die den normalen Betrieb verhindern und sogar die Kommutationsausrüstung beschädigen.

Bei sterngeschalteten Transformatorn können Drittordnung- und Triplenharmonische, wenn der neutrale Punkt der Wicklung geerdet ist, das Netzwerk eine große verteilte Kapazität hat oder Kondensatoren mit Erdung installiert sind, Drittharmonische-Oszillationen verursachen, was die Streuverluste des Transformators erheblich erhöht. Bei dreieckgeschalteten Transformatorn zirkulieren diese Harmonischen als Ringströme innerhalb der Wicklungen und verursachen Überhitzung; darüber hinaus erhöhen harmonische Ströme sowohl die Kupfer- als auch die Eisenverluste in Transformatorn erheblich.

In Motoren produzieren höhere harmonische Ströme Oberflächenwirkungen und Wirbelströme. Mit zunehmender Frequenz steigen zusätzliche Verluste in Motor Kern und Wicklungen. Während des Motorstarts treten leicht Drehmomentpulsationen auf, und Störmomente erzeugen erhebliches Geräusch. Da Motoren oft schwere Lasten tragen, haben die durch höhere Harmonische verursachten zusätzlichen Verluste unter schweren Leistungsbedingungen einen deutlichen Einfluss.

Messinstrumente und Zähler werden alle unter idealen Bedingungen eines standardmäßigen 50-Hz-Sinuswellenformensignals entwickelt. Wenn die Versorgungsspannung oder -strom höhere harmonische Komponenten enthält, wird die Messgenauigkeit beeinträchtigt und der normale Betrieb induktiver Energiemesser gestört.

Großamplituden niedrigfrequente harmonische Ströme, die durch Stromleitungen fließen, koppeln sich magnetisch in benachbarte Kommunikationsleitungen ein und verursachen Störungen. Unter dem kombinierten Effekt von Harmonischen und Grundwelle können Telefonklingelzeichen fälschlicherweise ausgelöst werden, was den normalen Betrieb des Kommunikationssystems stört und die Sprachübertragungsqualität beeinträchtigt. Unter bestimmten Bedingungen kann diese Störung sogar die Kommunikationsausrüstung gefährden und die Sicherheit von Personal bedrohen.

Höhere Harmonische beeinträchtigen erheblich die Relais- und Schutzanlagen sowie automatische Geräte in Stromnetzen, wodurch verschiedene Arten von Fehlfunktionen entstehen, die die sichere Betriebsführung des Stromnetzes bedrohen.

In Beleuchtungssystemen, die mit Anlaufdrosseln und Blindleistungskompensationskondensatoren ausgestattet sind, können höhere Harmonische Resonanzüberspannungen verursachen, die Drosseln und Kondensatoren beschädigen. Höhere Harmonische verzerren auch Bilder auf Fernsehern und Computermonitoren, verursachen Helligkeitsfluktuationen auf dem Bildschirm, führen zur Überhitzung interner Komponenten und bewirken Computerdatenfehler.

Höhere Harmonische erhöhen die Dielektrikverluste in Kondensatoren, was zu Erwärmung und verkürzter Lebensdauer führt. Nachdem sie Harmonische absorbiert haben, können Kondensatoren überströmt werden, was Sicherungen zum Durchbrennen bringt. Wenn Kondensatoren und induktive Elemente eine Serienresonanz bilden, werden Harmonische verstärkt, was potenziell dazu führen kann, dass die Kondensatoren verbrennen.

Spannungsverzerrungen in Wechselstrom-Netzwerken verursachen ungleiche Intervalle zwischen den Feuerimpulsen des Steuerwinkels in herkömmlichen Umrichtern und verstärken durch positive Rückkopplung die Spannungsverzerrung im System, was zu unstabilem Rechteckbetrieb führt. In Inverters können kontinuierliche Kommutationsausfälle auftreten, die den normalen Betrieb verhindern und sogar die Kommutationsausrüstung beschädigen.