Αρμονικά φαινόμενα στα ηλεκτρικά συστήματα: Αιτίες, αποτελέσματα και κινδύνους

Αρμονικήείναι ένα κρίσιμο αλλά συχνά παραβλέπονται φαινόμενο στα ηλεκτρικά συστήματα. Αντιπροσωπεύουν τις στρεβλώσεις της ιδανικής ημιτονοειδούς κυματομορφής τάσης ή ρεύματος, που εμφανίζονται σε συχνότητες που είναι ακέραιοι πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας (π.χ., 50 Hz ή 60 Hz). Ενώ οι αρμονικές είναι εγγενείς στα σύγχρονα συστήματα ισχύος, η ανεξέλεγκτη παρουσία τους μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές επιχειρησιακές και οικονομικές συνέπειες. Αυτό το άρθρο θα διερευνήσει τις αιτίες, τα αποτελέσματα και τους κινδύνους.

Τι προκαλεί αρμονικές;

Αρμονικήπροέρχονται κυρίως από μη γραμμικά φορτία - όπου το ρεύμα δεν ευθυγραμμίζεται με την κυματομορφή της ημιτονοειδούς τάσης. Τα κοινά παραδείγματα περιλαμβάνουν:

Οι μεταβλητές μονάδες συχνότητας (VFDs) σε βιομηχανικούς κινητήρες, τροφοδοτικά μεταγωγής (π.χ. υπολογιστές, διακομιστές, φωτισμό LED), μετατροπείς ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (Solar/Wind Systems), αδιάλειπτα τροφοδοτικά (UPS) και σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων. Αυτά τα φορτία διαταράσσουν την ομαλή ροή του ρεύματος, παράγοντας παραμορφωμένες κυματομορφές. Για παράδειγμα, ένα VFD μπορεί να αντλήσει ρεύμα σε μικρά παλμούς και όχι σε συνεχή ημιτονοειδή κύμα, με αποτέλεσμα αρμονικές όπως η 3η (150 Hz), η 5η (250 Hz) ή η 7η (350 Hz) αρμονικές.

Ποιες είναι οι επιπτώσεις των αρμονικών;  

Οι αρμονικές αποικοδομούν την ποιότητα ισχύος και επιβάλλουν σημαντικό κρυφό κόστος στην υποδομή ισχύος:  

Οι αρμονικές προκαλούν απώλειες ενέργειας και αυξημένο κόστος. Για παράδειγμα, τα αρμονικά ρεύματα πέμπτης τάξης ενδέχεται να έχουν ως αποτέλεσμα έως και 15% πρόσθετα ενεργειακά απόβλητα σε συστήματα διανομής (Υπουργείο Ενεργειακής Έρευνας των ΗΠΑ). Αυτή η αναποτελεσματικότητα μπορεί να οδηγήσει σε υψηλότερους λογαριασμούς ηλεκτρικής ενέργειας.  

Μπορεί να προκαλέσει ζημιά στον εξοπλισμό και μειωμένη διάρκεια ζωής, καθώς τα αρμονικά ρεύματα παράγουν ρεύματα με φρέσκα ρεύματα και απώλειες υστέρησης, οδηγώντας σε υπερθέρμανση. Οι μετασχηματιστές που δραστηριοποιούνται σε υψηλής αρμονικής περιβαλλόντων ενδέχεται να αποτύχουν 30-50% ταχύτερα από την ονομαστική διάρκεια ζωής τους. Επιπλέον, οι αρμονικές μπορεί να προκαλέσουν συντονισμό, οδηγώντας σε υπερφόρτωση πυκνωτή και πιθανές εκρήξεις ή πυρκαγιές. Επιπλέον, σε τριφασικά συστήματα, οι αρμονικές τρίτης τάξης (3η, 9η, κλπ.) Συσσωρεύονται στην ουδέτερη γραμμή, ενδεχομένως προκαλώντας την υπερθέρμανση.  

Οι αρμονικές μπορεί επίσης να προκαλέσουν επιχειρησιακές διαταραχές, ιδίως σε ευαίσθητο εξοπλισμό, όπως ιατρικές συσκευές, εργαστηριακά μέσα ή διακομιστές κέντρων δεδομένων που βασίζονται στην καθαρή ισχύ. Η παραμόρφωση της τάσης που προκαλείται από αρμονικές μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία εξοπλισμού, διαφθορά δεδομένων ή μη προγραμματισμένο χρόνο διακοπής.

Οι κίνδυνοι συμμόρφωσης και ασφάλειας που συνδέονται με τις αρμονικές είναι επίσης κρίσιμοι. Η υπέρβαση των αρμονικών ορίων που καθορίζονται σε πρότυπα όπως το IEEE 519-2022 μπορεί να οδηγήσει σε ρυθμιστικά πρόστιμα. Επιπλέον, η υπερθέρμανση του εξοπλισμού μπορεί να δημιουργήσει κινδύνους πυρκαγιάς και κινδύνους ασφάλειας.

Ως επαγγελματίας κατασκευαστής και προμηθευτής, παρέχουμε προϊόντα υψηλής ποιότητας. Εάν ενδιαφέρεστε για τα προϊόντα μας ή έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, μη διστάσετεΕπικοινωνήστε μαζί μας.