Jakie są harmoniczne w sieciach elektrycznych

W idealnym przypadku sieć elektryczna powinna mieć napięcie przemienne, które zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym o częstotliwości 50 Hz (50 razy na sekundę), jeśli mówimy o sieciach domowych. W praktyce sytuacja jest inna - napięcie jest dalekie od kształtu sinusoidalnego, jest zniekształcone nie tylko wzdłuż frontów, ale na całej długości jest wypełnione różnymi impulsami i hałasem. Zjawisko to nosi nazwę harmonicznych w sieciach elektrycznych. W tym artykule przyjrzymy się bliżej, co to jest i dlaczego harmoniczne są niebezpieczne dla urządzeń podłączonych do sieci.

Zadowolony:

Wykrywanie harmonicznych
Źródła zakłóceń
Konsekwencje zakłóceń harmonicznych

Wykrywanie harmonicznych

Wykres sygnału, który zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym, ma postać:

Ale to znacznie różni się od rzeczywistej postaci napięcia w sieci elektrycznej:

Te strzępy i rozerwania są również powodowane przez harmoniczne. Spróbujemy rozmawiać o tym zjawisku prostymi słowami. Powyższy wykres można przedstawić jako sumę sygnałów o różnych częstotliwościach i wielkościach. Jeśli wszystko to zostanie zsumowane, wynik będzie właśnie takim sygnałem. Przykład i wynik dodania sygnałów pokazano na poniższym wykresie:

Harmoniczne są rozróżniane przez liczby, gdzie pierwsza harmoniczna jest składową o największej wartości. Taki opis jest jednak zbyt krótki. Dlatego podajmy wzór na określenie wartości harmonicznej. Jest to możliwe dzięki analizie harmonicznej i rozszerzeniu Fouriera:

Na podstawie tej formuły można również odróżnić częstotliwości i fazy składowych harmonicznych sieci elektrycznej i każdy inny sygnał sinusoidalny.

Źródła zakłóceń

Źródłom zakłóceń można przypisać wiele urządzeń, od urządzeń gospodarstwa domowego po potężne przemysłowe maszyny elektryczne. Na początek zastanówmy się krótko nad przyczynami ich wystąpienia.

Harmoniczne w elektrycznej sieci prądu przemiennego powstają z powodu charakterystyk urządzeń elektrycznych, na przykład z powodu nieliniowości ich charakterystyk lub charakteru zużycia prądu.

Na przykład w sieciach trójfazowych w obwodach magnetycznych transformatorów długości ścieżek magnetycznych faz środkowej i ekstremalnej różnią się prawie 2 razy, a zatem ich prądy magnetyzacji różnią się do półtora raza. Stąd powstają harmoniczne w sieciach trójfazowych.

Inne źródło ingerencja w elektrotechnice są to silniki elektryczne, zarówno trójfazowe synchroniczne i asynchroniczne, jak i jednofazowe, w tym uniwersalne silniki kolektorowe. Ten ostatni rodzaj silnika jest stosowany w większości urządzeń gospodarstwa domowego, na przykład:

pralki;
Roboty kuchenne;
wiertarki, szlifierki, młoty obrotowe itp.

W wyniku działania przełączających zasilaczy w sieci elektrycznej występują harmoniczne wysokiej częstotliwości (szum). Aby zrozumieć, jak powstają, musisz mieć informacje o ich wewnętrznej strukturze. Wynika to z faktu, że prąd pierwotny zasilacza UPS różni się od ciągłego, płynie tylko wtedy, gdy półprzewodnikowy przełącznik mocy jest otwarty.Ten ostatni otwiera się i zamyka z częstotliwością powyżej 20 kHz.

Ciekawy: Częstotliwość robocza niektórych nowoczesnych zasilaczy impulsowych sięga 150 kHz.

Aby zmniejszyć te harmoniczne, stosuje się filtry zakłóceń elektromagnetycznych, takie jak dławiki i kondensatory w trybie wspólnym. Aby poprawić wykres zużycia prądu w stosunku do napięcia jednofazowego, stosuje się aktywne korektory współczynnika mocy (rosyjski KKM, angielski PFC).

Takie zasilacze są instalowane w:

Lampy LED;
Stateczniki elektroniczne do lamp fluorescencyjnych;
zasilacze komputerowe;
nowoczesne ładowarki do telefonów komórkowych;
Telewizory i inny sprzęt.

Te zasilacze obejmują również przetwornice częstotliwości.

Do pomiaru harmonicznych w sieci można użyć wielofunkcyjnych przyrządów pomiarowych EKF. Oprócz harmonicznych instrumenty te mogą mierzyć parametry sieci, takie jak prąd, częstotliwość, napięcie, moc czynna, bierna i pozorna, a także współczynniki mocy i częstotliwości. Ponadto wielofunkcyjne mierniki umożliwiają kontrolę, analizę i optymalizację pracy urządzeń energetycznych, systemów i obwodów przemysłowych. Są dość łatwe w instalacji i można je skonfigurować dla dowolnego przekładnika prądowego.

Konsekwencje zakłóceń harmonicznych

Obecność harmonicznych w elektrycznej sieci prądu przemiennego powoduje pewne problemy. Wśród nich - zwiększone nagrzewanie silników elektrycznych i przewodów zasilających. Efektami harmonicznych są wibracje silnika. Kolejne konsekwencje mogą być różne - od przyspieszonego zużycia łożysk wirnika silnika, kończąc na załamaniu korpusu uzwojenia od zwiększonego ciepła.

W elektrykach występują fałszywe alarmy urządzeń przełączających i ochronnych - wyłączniki, styczniki i rozruszniki magnetyczne. W sprzęcie dźwiękowym i technologii komunikacyjnej występują zakłócenia spowodowane harmonicznymi. Walczą z nimi w ten sam sposób - instalując filtry zakłóceń elektromagnetycznych.

Poniższy film opisuje, jakie harmoniczne i interharmoniczne są w sieci:

Podsumowując, chciałbym zauważyć, że harmoniczne w sieciach elektrycznych zasadniczo nie są korzystne. Powodują jedynie awarie, fałszywe alarmy przełączania urządzeń i inne przejawy niestabilności w pracy. Może to powodować nie tylko niedogodności w działaniu, ale także problemy ekonomiczne, straty i sytuacje awaryjne, które mogą zagrażać życiu.

Powiązane materiały: