Analiza wpływu harmonicznych w energii elektrycznej

Źródła harmonicznych

Istnieje wiele przyczyn powstawania harmonicznych, co przekłada się na stosunkowo dużą liczbę źródeł, a rodzaje urządzeń, które są w nie zaangażowane, również wykazują pewne zróżnicowanie. Wśród nich, głównymi źródłami harmonicznych są przede wszystkim grupy transformatorów w sieci elektroenergetycznej, przemysłowe piece łukowe, większe jednofazowe urządzenia energoelektroniczne oraz szeroka gama urządzeń prostownikowych i regulatorów napięcia przemiennego.

Szkodliwa analiza harmonicznych

Obecność harmonicznych w systemie elektroenergetycznym jest równoznaczna ze źródłem zanieczyszczeń systemu elektroenergetycznego, a obiektem zanieczyszczeń jest głównie środowisko elektromagnetyczne w systemie elektroenergetycznym. Jako istotny element systemu elektroenergetycznego, środowisko elektromagnetyczne będzie stwarzać zróżnicowane zagrożenia pod wpływem różnych poziomów harmonicznych. Jednak nawet najmniejsza szkodliwość będzie również obniżać sprawność roboczą urządzeń elektrycznych, a najpoważniejsze konsekwencje mogą prowadzić do zakłóceń w stabilnej i bezpiecznej pracy systemu elektroenergetycznego oraz uszkodzeń urządzeń elektrycznych. Szkody związane z generowaniem harmonicznych obejmują w szczególności następujące aspekty:

(1) Urządzenie elektryczne nadmiernie się nagrzewa pod wpływem harmonicznych, a dodatkowe straty są zbyt duże. Pomimo dużej różnicy między natężeniem prądu harmonicznego a natężeniem prądu podstawowego, obecność harmonicznych nasila efekt naskórkowości urządzenia, a rezystancja efektywna wzrasta w procesie jego wykrywania. W przypadku niektórych specjalistycznych urządzeń, takich jak urządzenia elektryczne z rdzeniami żelaznymi, występują również duże straty w prądach wirowych i straty histerezowe. Gdy przebieg jest zniekształcony w pewnym stopniu, fala szczytowa o dużej amplitudzie zwiększa intensywność wyładowania niezupełnego. W warunkach tak wysokiego zużycia energii łatwo jest skrócić żywotność urządzeń elektrycznych.

(2) Silnik może powodować drgania mechaniczne. Pod wpływem prądów harmonicznych wirujące pole magnetyczne silnika wytwarza pulsujący moment obrotowy, który może powodować drgania silnika. Pod wpływem częstotliwości drgań własnych silnika, tego rodzaju drgania mogą łatwo powodować bardziej szkodliwe drgania mechaniczne, zagrażając tym samym jakości urządzeń elektrycznych, a nawet życiu ludzi.

(3) Zakłócenia w działaniu sprzętu komputerowego i innych urządzeń automatyki. W normalnych warunkach urządzenia automatyki i inne powiązane systemy automatyki są projektowane w oparciu o prąd normalny i napięcie obciążenia. W przypadku generowania harmonicznych system automatyki nie uwzględnia tego czynnika, co ułatwia zakłócenie działania funkcji sterowania. Przy dużym stopniu zanieczyszczenia harmonicznymi możliwa jest również zmiana procedur operacyjnych systemu automatyki, co może prowadzić do generowania błędnych sygnałów. Tego rodzaju wpływ może poważnie wpłynąć na rzeczywistą produkcję i działanie, a nawet spowodować nieodwracalne wypadki.