Harmoniska fenomen i elektriska system: orsaker, effekter och risker

Harmonikär ett kritiskt men ofta förbisett fenomen i elektriska system. De representerar snedvridningar av den ideala sinusformade vågformen av spänning eller ström, som förekommer vid frekvenser som är heltal multiplar av den grundläggande frekvensen (t.ex. 50 Hz eller 60 Hz). Medan harmonik är inneboende i moderna kraftsystem, kan deras okontrollerade närvaro leda till allvarliga operativa och ekonomiska konsekvenser. Den här artikeln kommer att utforska deras orsaker, effekter och risker.

Vad orsakar harmonik?

HarmonikPrimärt härstammar från olinjära belastningar - enheter där strömmen inte är i linje med sinusformad spänningsvågform. Vanliga exempel inkluderar:

Variabla frekvensenheter (VFD: er) i industriella motorer, strömförsörjning av switch-läge (t.ex. datorer, servrar, LED-belysning), inverterare för förnybar energi (sol/vindsystem), oavbruten strömförsörjning (UPS) och laddningsstationer för elektrisk fordon. Dessa belastningar stör det släta flödet av ström och producerar förvrängda vågformer. Till exempel kan en VFD dra ström i korta pulser snarare än en kontinuerlig sinusvåg, vilket resulterar i harmonier som den 3: e (150 Hz), 5: e (250 Hz) eller 7: e (350 Hz) harmonik.

Vilka är effekterna av harmonier?  

Harmonik försämrar kraftkvaliteten och sätter betydande dolda kostnader för kraftinfrastrukturen:  

Harmonik orsakar energiförluster och ökade kostnader. Till exempel kan femte ordning harmoniska strömmar resultera i upp till 15% ytterligare energiavfall i distributionssystem (U.S. Department of Energy Research). Denna ineffektivitet kan leda till högre elräkningar.  

Det kan orsaka skador på utrustning och minskad livslängd, eftersom harmoniska strömmar genererar virvelströmmar och hysteresförluster, vilket leder till överhettning. Transformatorer som arbetar i högharmoniska miljöer kan misslyckas med 30–50% snabbare än deras nominella livslängd. Dessutom kan harmonik orsaka resonans, vilket kan leda till överbelastning av kondensatorer och potentiella explosioner eller bränder. I trefas-system ackumuleras dessutom tredje ordning harmonik (3: e, 9: e, etc.) på den neutrala linjen, vilket potentiellt får den att överhettas.  

Harmonik kan också orsaka operativa störningar, särskilt i känslig utrustning som medicintekniska produkter, laboratorieinstrument eller datacenterservrar som förlitar sig på ren kraft. Spänningsförvrängning orsakad av harmonier kan leda till utrustningsfel, datakorruption eller oplanerad driftstopp.

Överensstämmelse och säkerhetsrisker förknippade med harmonier är också kritiska. Överskridande harmoniska gränser som anges i standarder som IEEE 519-2022 kan leda till regleringsböter. Dessutom kan överhettning av utrustning skapa brandrisker och säkerhetsrisker.

Som professionell tillverkare och leverantör tillhandahåller vi produkter av hög kvalitet. Om du är intresserad av våra produkter eller har några frågor, är du välkommen attkontakta oss.