Гармонические воздействия в электрических системах, их причины и вред

По мере роста использования электрической энергии, которая является наиболее применяемым видом энергии в мире технологий, качественное использование энергии становится одной из важнейших тем.

Идеальная электрическая энергия — это энергия, подаваемая при постоянном напряжении, постоянной частоте и в синусоидальной форме. Однако пользователи на практике не могут достичь идеальной энергии, вместо этого они могут свести к минимуму факторы, ухудшающие качество энергии.

Существует множество факторов, ухудшающих качество энергии (колебания напряжения, реактивная энергия, гармоники, использование нелинейных нагрузок, дисбаланс между фазами, переходные процессы и т. д.), однако в этой статье мы рассмотрим понятие гармоник, являющееся одной из важнейших причин.

Гармоника — это искажение синусоидальной формы электричества. Сегодня широко используемые нагрузки, такие как компьютеры, люминесцентные лампы, тиристорные схемы, электронные платы, двигатели, приводы, выпрямители, источники бесперебойного питания, вызывают образование гармонических составляющих в электрической системе. Ниже на 1-й графике приведён график чистой синусоидальной формы, то есть энергии идеального качества, а на 2-м графике — график энергии, искажённой вследствие гармонических воздействий.

Как видно, чистая синусоидальная форма была искажена из-за наличия гармонических составляющих, показанных на 2-м графике. Гармонические составляющие, в свою очередь, снижают качество электрической энергии, вызывая аварии в системе и перегрузки.

Каковы вредные последствия гармонических воздействий?

Гармонические составляющие создают дополнительную нагрузку на электрическую систему, что приводит к перегреву кабелей и трансформаторов, а также к увеличению потерь. Кроме того,

Перегрев и пробой конденсаторов

Наблюдение просадок напряжения

Возникновение резонанса в сети

Ложные срабатывания устройств защитного отключения от утечки тока, автоматических выключателей

Сокращение срока службы электронных устройств и их выход из строя

Увеличение потерь и нагрев двигателей

Чрезмерное потребление тока по нейтральному проводу

Будут наблюдаться такие эффекты, как срабатывание предохранителей, установленных перед конденсаторами.

Для предотвращения этих воздействий в первую очередь необходимо измерить и проанализировать электрическую систему, а затем использовать подходящие активные или пассивные фильтры.

С помощью анализаторов энергии Sigma обеспечивается высокоточное измерение параметров энергии. Основные измеряемые параметры энергии: средние, максимальные и минимальные значения напряжения и тока, частота, активная мощность, реактивная мощность, полная мощность, коэффициент мощности, значения активного и реактивного demand тока, общее гармоническое искажение тока и напряжения (THD), а также измерение процентного гармонического тока и напряжения до 31-й гармоники.

Фильтры гармоник Sigma — это элементы схемы, защищающие систему компенсации, уменьшая гармоники, которые могут возникать на предприятиях, до определённых уровней. Реакторы гармонического фильтра подключаются последовательно с конденсаторами, и благодаря этому;

Предотвращает потребление конденсаторами чрезмерного тока в момент их включения в цепь.

Устраняет риски перегрузки, возникающие из-за резонанса.

Продлевает срок службы конденсаторов, поскольку уменьшаются нагрев и проблемы с изоляцией, которые могут возникнуть из-за гармоник.

Предотвращает перегрузку электрических линий и нагрев кабелей в системе

Поскольку гармоники в сети будут снижаться, помогает защищать чувствительные электронные устройства (такие как компьютеры, CNC, PLC) от искажающего воздействия, вызываемого гармониками.