Analiza vpliva harmonikov v električni energiji

Viri harmonikov

Obstaja veliko razlogov za nastanek harmonikov, zato je virov relativno veliko, vrste opreme pa kažejo tudi določene raznolike značilnosti. Med njimi so glavni viri harmonikov predvsem transformatorske skupine v električnem omrežju, industrijske električne obločne peči, večje enofazne energetske elektronske naprave ter široka paleta usmerniške opreme in opreme za regulacijo izmenične napetosti.

Škodljiva analiza harmonikov

Prisotnost harmonikov v elektroenergetskem sistemu je enakovredna viru onesnaženja elektroenergetskega sistema, objekt onesnaženja pa je predvsem elektromagnetno okolje v elektroenergetskem sistemu. Kot pomembna okoljska komponenta elektroenergetskega sistema bo elektromagnetno okolje pod vplivom različnih stopenj harmonikov kazalo različne nevarnosti. Vendar pa bo ta najmanjša škodljivost zmanjšala tudi delovno učinkovitost električne opreme, najresnejše posledice pa lahko vodijo do motenj v stabilnem in varnem delovanju elektroenergetskega sistema ter poškodb električne opreme. Škoda zaradi nastajanja harmonikov vključuje zlasti naslednje vidike:

(1) Električna oprema se zaradi harmonikov nenormalno segreva, dodatne izgube pa so prevelike. Čeprav je med količino harmoničnega toka in osnovnim tokom velika razlika, bodo harmoniki poslabšali skin efekt naprave, efektivna upornost pa se bo med zaznavanjem skin efekta povečala. Pri nekaterih posebnih napravah se bodo pojavile tudi velike izgube zaradi vrtinčnih tokov in histereze, na primer pri električni opremi z železnimi jedri. Ko je valovna oblika do določene mere popačena, bo val z veliko amplitudo povečal intenzivnost delnega praznjenja. V tako visokih pogojih porabe se lahko življenjska doba električne opreme zlahka skrajša.

(2) Motor lahko povzroči mehanske vibracije. Pod vplivom harmoničnih tokov vrteče se magnetno polje motorja ustvari pulzirajoči navor, ki lahko povzroči vibracije motorja. Pod vplivom naravne frekvence motorja lahko ta vrsta vibracij zlahka povzroči še bolj škodljive mehanske vibracije, s čimer ogroža kakovost električne opreme in celo ogroža življenja ljudi.

(3) Motnje računalniške opreme in drugih naprav za avtomatsko krmiljenje. V normalnih okoliščinah so oprema za avtomatsko krmiljenje in drugi sorodni sistemi za avtomatsko krmiljenje zasnovani na podlagi normalnega toka in napetosti. Ko se pojavijo harmoniki, sistem za avtomatsko krmiljenje tega vplivnega dejavnika ne upošteva, zaradi česar motnje zlahka vplivajo na delovanje njegove krmilne funkcije. Ko je stopnja onesnaženja zaradi harmonikov velika, je mogoče spremeniti tudi postopke delovanja sistema za avtomatsko krmiljenje, kar povzroči napačno vodenje. Takšen vpliv bo resno vplival na dejansko proizvodnjo in delovanje ter celo povzročil nepopravljive varnostne nesreče.