Harmonické znečistenie

Rastúce problémy spôsobené harmonickým znečistením.

Harmonické znečistenie: „tichý zabijak“ elektrických zariadení

Vo väčšej alebo menšej miere sú harmonické napätia, často označované ako harmonické znečistenie, prítomné takmer v každej elektrickej inštalácii. Čím vyššia je úroveň harmonického znečistenia, tým väčšie je potenciálne riziko pre zariadenie. V zariadeniach s veľkým počtom výkonovej elektroniky (nelineárne zaťaženie) je riziko problémov spôsobených harmonickým znečistením obzvlášť vysoké. Harmonické tiež vytvárajú extra jalový výkon alebo výkon skreslenia. V dôsledku prítomnosti harmonických zariadení (napríklad frekvenčných meničov) môže niekedy spotrebovať viac ako 50% jalového výkonu..

Riziko harmonického znečistenia

• Porucha zariadenia;
• Neočakávané odpojenie bezpečnostných zariadení
• Generátory sa v prípade potreby neštartujú;
• Samozápalné káble a rozvádzače;
• Nepotrebné straty energie a kapacity;
• Znížená životnosť zariadenia;
• Zbytočné náklady na servis a údržbu;

Príčiny harmonického znečistenia

Harmonické znečistenie je spôsobené harmonickými prúdmi nelineárnych záťaží. Tieto nelineárne zaťaženia sú elektrické zariadenia, ktoré nevykazujú „lineárne“ správanie; napätie a prúd nie sú synchrónne. Tieto zariadenia prevádzajú čisté sinusové striedavé napätie na jednosmerný prúd. Výsledný striedavý prúd už nie je čisto sinusový.Výkonová elektronika alebo zariadenia, v ktorých je výkonová elektronika prítomná, sú typické nelineárne zaťaženia. V priemyselných a komerčných zariadeniach sa tento typ zariadenia čoraz viac používa. V dôsledku toho sa harmonické znečistenie v týchto zariadeniach exponenciálne zvyšuje.

Príklady nelineárneho zaťaženia

• Meniče frekvencie / frekvencie (pre motory na striedavý a jednosmerný prúd);
• Priemyselné zariadenia (zváracie zariadenia, elektrické oblúkové pece, indukčné pece, vypínače batérií);
• Zdroje neprerušovaného napájania (UPS);
• Zariadenia IT (servery, počítače, tlačiarne);
• Blesk s elektrickým zatížením (TL-blesk, LED blesk);
• Väčšina zariadení používajúcich polovodičové zariadenia (tranzistory a / alebo diódy, polovodičové relé);

Dôsledky harmonického znečistenia

Dôsledky harmonického znečistenia zariadenia sú od porúch zariadenia po úplne spálené rozvádzače. V závislosti od stupňa harmonického znečistenia a citlivosti pripojeného zariadenia sa môžu negatívne účinky harmonického znečistenia prejaviť rýchlejšie.

Negatívne účinky harmonického znečistenia:

• Zvýšený odpor káblov, čo má za následok viac tepla v kábloch = > riziko požiaru a „kožný efekt“
• Vysoké nulové toky, ktoré môžu spôsobiť nepredvídané problémy = > riziko zlyhania
• Neočakávané vypnutie bezpečnostného zariadenia = > bezpečnostné riziko
• Dodatočný jalový výkon (jalový výkon vyvolaný harmonickými – odkaz na jalový výkon) v zariadení = > strata energie a kapacity
• Spínacie zariadenia – napríklad frekvenčné meniče – môžu spotrebovať viac ako 50% jalového výkonu = > strata energie a kapacity
• Nežiaduce prúdy cez káble = > chyby
• Preťaženie motorov a transformátorov = > zvýšený hluk a negatívny smer rotácie
• Skrátená životnosť zariadenia v dôsledku zvýšených prevádzkových teplôt = > zbytočné náklady

Čo sú to harmonické? 

Harmonická je frekvencia, ktorá je násobkom jej základnej frekvencie. Základ európskej siete napätia je 50 Hz. So základnou frekvenciou 50 Hz zahŕňajú násobky výlučne frekvencie 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz atď. Tieto „viacnásobné“ frekvencie sa nazývajú harmonické. Ak je základná frekvencia 50 Hz, 3. harmonická 150 Hz; 5. harmonická je 250 Hz a 7. harmonická je 350 Hz.

Celkové harmonické skreslenie alebo THD napätie a prúd sa vyjadruje od 2. harmonického do 50. harmonického. Presnejšie povedané, THDu opisuje celkovú harmóniu v napätí a THDi opisuje celkovú harmóniu v prúde.

Tri skupiny harmonických

Harmonické možno rozdeliť do troch skupín, známych tiež ako smery otáčania. Za predpokladu základnej frekvencie 50 Hz, ktorej fázor sa otáča v smere hodinových ručičiek, má každá z týchto skupín iný účinok.

Každé zariadenie má svoje vlastné charakteristické harmonické. Napríklad frekvenčné meniče často produkujú 5. a 7. harmonickú a LED blesk často produkuje 3. harmonické. V oblasti kvality energie merame harmonické znečistenie až do 500. Harmonické. Na to používame analyzátory kvality energie Elspec. Pre vysokofrekvenčné merania v spektre EMC potom osciloskopy a analyzátory pohonných hmôt Fluke MDA 550.

Normy týkajúce sa maximálneho harmonického znečistenia

Maximálne harmonické znečistenie (napätie) vo verejných aj súkromných sieťach je definované v rôznych normách týkajúcich sa kvality elektriny.

ČSN EN50160 

• Norma kvality napätia pre dodávateľov / prevádzkovateľov sietí.
• Opisuje maximálne harmonické znečistenie.

ČSN EN50160

• Špecifikuje požiadavky na kvalitu siete, ktorú dodávateľ energie dodáva v sieťach s nízkym, stredným a vysokým napätím.
• Táto norma opisuje najdôležitejšie vlastnosti, ktoré musí kvalita siete spĺňať v „mieste pripojenia“ – v mieste prenosu od prevádzkovateľa siete ku konečnému užívateľovi.
• Táto norma neopisuje priemernú situáciu, ktorú koncový používateľ zvyčajne zažíva a nič nehovorí o potrebnej kvalite vnútri závodu alebo prevádzky zákazníka.

ČSN-EN-IEC61000

• Táto norma pre imunitu, ktorá obsahuje niekoľko podnoriem, je štandardom elektromagnetickej kompatibility (EMC) a definuje citlivosť a emisie elektrických zariadení a systémov.

Početné normy radu ČSN EN61000 boli vytvorené osobitne pre použitie na všetky typy elektrických inštalácií, od základných domácich inštalácií až po veľké priemyselné inštalácie.
ČSN EN61000 opisuje niekoľko noriem pre rôzne typy zariadení. Patria sem normy pre priemyselné frekvenčné meniče, ako aj normy pre meracie zariadenia určené na dosiahnutie stanovenej úrovne kvality merania.
Zatiaľ čo ČSN EN61000 možno aplikovať len spôsobom špecifickým pre zariadenie, v kombinácii s výsledkami analýzy ju možno použiť na mapovanie určitých rizík v špecifických situáciách sietí v priemysle.

Norma opisuje nielen odolnosť a maximálne emisie v aspektoch kvality elektrickej energie, ale aj odolnosť a emisie jednotlivých zariadení v súvislosti s EMC.
Obraz čarového spektra harmonických.

Ak hľadáte špecialistu v oblasti energetiky, ktorý vám povie, ako účinne nakladať s harmonickým znečistením. Potom nás neváhajte ďalej kontaktovať, aj keď potrebujete doplňujúce informácie.

Vrátiť sa na rozcestník