Harmoniset ilmiöt sähköjärjestelmissä: syyt, vaikutukset ja riskit

Harmonisetovat kriittinen, mutta usein huomiotta jätetty ilmiö sähköjärjestelmissä. Ne edustavat jännitteen tai virran ihanteellisen sinimuotoisen aaltomuodon vääristymiä, joita esiintyy taajuuksilla, jotka ovat perustaajuuden kokonaislukukertoja (esim. 50 Hz tai 60 Hz). Vaikka harmonikot ovat luontaisia nykyaikaisissa voimajärjestelmissä, niiden hallitsematon läsnäolo voi johtaa vakaviin operatiivisiin ja taloudellisiin seurauksiin. Tässä artikkelissa tutkitaan niiden syitä, vaikutuksia ja riskejä.

Mikä aiheuttaa harmonisia?

Harmonisetensisijaisesti peräisin epälineaarisista kuormista - väitteet, joissa virta ei kohdistu sinimuotoisen jännitteen aaltomuodon kanssa. Yleisiä esimerkkejä ovat:

Muuttuvat taajuusasemat (VFD) teollisuusmoottoreissa, kytkentämoodissa (esim. Tietokoneet, palvelimet, LED-valaistus), uusiutuvan energian invertterit (aurinko/tuulijärjestelmät), keskeyttämättömät virtalähteet (UPS) ja sähköajoneuvojen latausasemat. Nämä kuormat häiritsevät virran sileää virtausta tuottaen vääristyneitä aaltomuotoja. Esimerkiksi VFD voi piirtää virtaa lyhyissä pulsseissa jatkuvan siniaalton sijasta, mikä johtaa harmonisiin, kuten kolmas (150 Hz), 5. (250 Hz) tai 7. (350 Hz) harmoniset harmoniset.

Mitkä ovat harmonisten vaikutukset?  

Harmonikot heikentävät voiman laatua ja asettavat merkittäviä piilotettuja kustannuksia voimainfrastruktuurille:  

Harmonikot aiheuttavat energiahäviöitä ja lisääntyneitä kustannuksia. Esimerkiksi viidennen asteen harmoniset virrat voivat johtaa jopa 15%: n ylimääräiseen energiajätteeseen jakelujärjestelmissä (Yhdysvaltain energiatutkimuksen osasto). Tämä tehottomuus voi johtaa korkeampiin sähkölaskuihin.  

Se voi aiheuttaa laitteiden vaurioita ja vähentynyttä käyttöikää, koska harmoniset virrat tuottavat pyörrevirtoja ja hystereesihäviöitä, mikä johtaa ylikuumenemiseen. Korkeassa harmonisissa ympäristöissä toimivat muuntajat voivat epäonnistua 30–50% nopeammin kuin niiden nimellis elinaika. Lisäksi harmonikot voivat aiheuttaa resonanssia, mikä johtaa kondensaattorin ylikuormitukseen ja mahdollisiin räjähdyksiin tai tulipaloihin. Lisäksi kolmivaiheisissa järjestelmissä kolmannen asteen harmoniset harmoniset (3., 9. jne.) Kerääntyvät neutraaliin viivaan, mikä mahdollisesti aiheuttaisi sen ylikuumenemisen.  

Harmonikot voivat myös aiheuttaa operatiivisia häiriöitä, etenkin arkaluontoisissa laitteissa, kuten lääketieteellisissä laitteissa, laboratorioinstrumenteissa tai puhdasta voimasta luotettavien tietokeskuksen palvelimia. Harmonisten aiheuttamat jännitteen vääristymät voivat johtaa laitteiden vikaantumiseen, tietojen korruptioon tai suunnittelemattomiin seisokkeihin.

Harmonisiin vaatimustenmukaisuus- ja turvallisuusriskit ovat myös kriittisiä. IEEE 519-2022: n kaltaisissa standardeissa määritellyt harmoniset rajat voivat johtaa sääntelyn sakkoihin. Lisäksi laitteiden ylikuumeneminen voi aiheuttaa palovaarat ja turvallisuusriskit.

Ammattimaisena valmistajana ja toimittajana tarjoamme korkealaatuisia tuotteita. Jos olet kiinnostunut tuotteistamme tai sinulla on kysyttävää, ole hyväOta yhteyttä.