Mik a harmonikusok és hogyan hatnak ránk? A villamosenergia-ágazat szakemberei az elektrotechnikában
Szerző: Frank Piolet, A mérési tartomány és az energiagazdálkodás Socomec vállalatának termékmenedzsere.
A teljesítményelektronikán alapuló berendezések (számítógépek, változtatható sebességű meghajtók, inverterek ...) hatalmas telepítésével a legtöbb felhasználó szembesül a harmonikusokkal az elektromos elosztó hálózatokban. Ez a cikk segít jobban megérteni bizonyos meghibásodások okát és azok elkerülését.
Minden elektromos hálózat egy bizonyos mennyiségű terhelésből áll. Ha a terhelésen átáramló áram alakja megegyezik a feszültség alakjával, akkor ezt a terhelést lineárisnak nevezzük; éppen ellenkezőleg, ha az áram alakja nem felel meg a feszültség alakjának, akkor a terhelést nemlineárisnak nevezzük (lásd 1. és 2. ábra)
A harmonikus áramok a Fourier-sorozatban lebontott periodikus elektromos áram hasonló elemei. A harmonikusok frekvenciája az alapfrekvencia (elektromos hálózatokban 50 vagy 60 Hz) többszöröse (2, 3, 4, 5, ... n). Az "n" szám határozza meg a harmonikus komponens tartományát. Az "n fokú harmonikus" -nak nevezzük a rang harmonikus komponensét, amely megfelel a hálózat frekvenciájának "n" szorzatának. Példa: 50 Hz-es alapfrekvencia esetén az 5. rangú harmonikus 250 Hz-es frekvenciával rendelkezik.
Figyelembe kell venni, hogy a hálózatokban a fent jelzett harmonikusok mellett két másik típusú komponens is található az alapvető hullámra. Olyan interharmonikusok, amelyekre jellemző frekvencia nem több, mint az alapérték (például: 175 Hz nem több, mint 50 Hz), és olyan infraharmonikusok, amelyek frekvenciája alacsonyabb, mint a hálózaté.
Az előbbiek, bár csak kis mennyiségben vannak jelen, például megzavarhatják az elektromos energiaelosztók által küldött távirányító jeleket, míg az utóbbiak általában a ciklusátalakítók, az ívkemencék vagy a változtatható sebességű hajtások miatt.
A hálózatban jelenlévő harmonikusok mérése
A kapott harmonikusokat általában a teljes harmonikus torzítással (THD) magyarázzák. A THD számítás lehetővé teszi a hálózat szennyezettségének globális minősítését feszültségben vagy áramban (lásd az alábbi 1. táblázatot).
Ami a DIN szabvány szerint definiált THDR-t illeti, az a harmonikus torzítást jelenti a valós effektív értékhez képest:
Egyrészt a látszólagos erőt a
b) Befejezés a csúcstényezőre
A harmonikusok általános hatásai az elektromos hálózatokraA fogyasztók által generált áramharmonikusok terjednek a hálózatokban, és feszültséghullám-torzulásokat hoznak létre a vezeték impedanciáiban. Ezeket a feszültség-alakváltozásokat az egész villamosenergia-szolgáltató hálózatában újra elosztják a felhasználók. A 3. fokozat harmonikusa különös figyelmet érdemel a háromfázisú hálózatok esetében. Valójában a 3. rangú harmonikus áramok és azok többszörösei fázisban vannak (lásd a 7. ábrát), és vektoros módon adódnak a semleges vezetőben (In = I1 + I2 + I3). Ha a vevőkészülékek főként számítógépes terhelésekből állnak, a 3-as és a 3-szoros szorzók áramát hozzáadják a semleges vezetőhöz, így a fázisáramoknál 130% -kal nagyobb semleges áramot generálnak.