Гармонічні явища в електричних системах: причини, наслідки та ризики

Гармонікає критичним, але часто не поміченим явищем в електричних системах. Вони представляють спотворення ідеальної синусоїдальної форми хвилі напруги або струму, що виникають на частотах, що є цілими кратними основними частотами (наприклад, 50 Гц або 60 Гц). Незважаючи на те, що гармоніки притаманні сучасними системами електроенергії, їх неконтрольована присутність може призвести до серйозних оперативних та фінансових наслідків. Ця стаття вивчить їх причини, наслідки та ризики.

Що викликає гармоніки?

ГармонікаВ першу чергу походить з нелінійних навантажень - комісії, де струм не узгоджується з синусоїдальною формою хвилі напруги. Поширені приклади включають:

Змінні накопичувачі частот (VFD) в промислових двигунах, джерелах живлення комутаторів (наприклад, комп'ютери, сервери, світлодіодне освітлення), інвертори відновлюваної енергії (сонячні/вітрові системи), безперебійні джерела живлення (ДБЖ) та станції зарядки електромобілів. Ці навантаження порушують плавний потік струму, виробляючи спотворені форми хвиль. Наприклад, VFD може намалювати струм у коротких імпульсах, а не безперервну синусою хвилею, внаслідок чого гармоніки, такі як 3 -й (150 Гц), 5 -й (250 Гц) або 7 -й (350 Гц) гармоніки.

Які наслідки гармоніків?  

Гармоніки погіршують якість електроенергії та накладають значні приховані витрати на енергетичну інфраструктуру:  

Гармоніки спричиняють втрати енергії та збільшення витрат. Наприклад, гармонічні течії п’ятого порядку можуть призвести до 15% додаткових енергетичних відходів у системах розподілу (Міністерство енергетики США). Ця неефективність може призвести до більш високих рахунків за електроенергію.  

Це може спричинити пошкодження обладнання та зменшити тривалість життя, оскільки гармонічні струми генерують вихрові струми та втрати гістерезису, що призводить до перегріву. Трансформери, що працюють у високогармонічних умовах, можуть провалитись на 30–50% швидше, ніж їх рейтинг життя. Крім того, гармоніки можуть спричинити резонанс, що призводить до перевантаження конденсатора та потенційних вибухів або пожеж. Крім того, у трифазних системах гармоніки (3-е, 9-е тощо) накопичуються на нейтральній лінії, потенційно спричиняючи перегріву.  

Гармоніки також можуть спричинити експлуатаційні збої, особливо в чутливому обладнанні, таких як медичні пристрої, лабораторні інструменти або сервери центрів обробки даних, які покладаються на чисту потужність. Спотворення напруги, спричинене гармоніками, може призвести до відмови обладнання, корупції даних або незапланованого простою.

Ризики щодо дотримання та безпеки, пов'язані з гармоніками, також є критичними. Перевищення гармонійних меж, визначені в таких стандартах, як IEEE 519-2022, може призвести до регуляторних штрафів. Крім того, перегрів обладнання може створити небезпеку пожежі та ризики безпеки.

Як професійний виробник та постачальник, ми надаємо високоякісну продукцію. Якщо ви зацікавлені в наших продуктах або маєте якісь питання, будь ласка, не соромтесяЗв’яжіться з нами.