Vyššie harmonické

Spätný vplyv vyšších harmonických

Vplyv na prístroje a systémy malých výkonov

Harmonické skreslenie môže spôsobovať:

• nesprávnu funkčnosť niektorých spotrebičov využívajúcich napájacie napätie ako referenčné na generovanie riadiacich impulzov polovodičov, alebo ako časovú základňu na synchronizáciu niektorých systémov.
• rušenie spôsobené elektromagnetickým poľom. V prípadoch križovania alebo priblíženia sa trás vedení prenosu dát s výkonovými vedeniami, ktorými pretekajú neharmonické prúdy sa môžu indukovať prúdy a uzatvárať v dátových vedeniach od výkonových vedení, ktoré môžu spôsobovať poruchy zariadení, ku ktorým sú pripojené.
• uzatváranie sa prúdov vyšších harmonických cez pracovný vodič N (neutrál, nulový alebo nulový pracovný vodič) spôsobuje úbytok napätia v týchto vodičoch. V prípade sústavy TN-C nie sú zariadenia na rovnakom potenciály (ochranný vodič PEN), čo môže v nemalej miere rušiť prenos informácií medzi „inteligentnými“ zariadeniami. Navyše sa prúd uzatvára cez kovové konštrukcie budovy a vytvára rušiace elektromagnetické polia.

Vplyv na kondenzátory

Impedancia kondenzátorov sa znižuje so zvyšujúcou sa frekvenciou. Ak je napätie skreslené, tečie kompenzačnými kondenzátormi relatívne vysoký prúd vyšších harmonických, ktorý zvyšuje straty v kondenzátoroch a spôsobuje ich prehrievanie.

Ďalej prítomnosť indukčností (reaktorov) na iných miestach inštalácie zvyšuje riziko rezonancie s kondenzátormi, ktorá môže spôsobiť amplitúdu vyšších harmonických v kondenzátoroch. V praxi by nikdy nemali byť kondenzátory pripojené v sieťach s koeficientom harmonického skreslenia napätia vyšším ako 8 %.

Vplyv na transformátory

Vyššie harmonické spôsobujú dodatočné straty v transformátoroch:

• Joulove straty vo vedeniach, vznik skin efektu,
• straty spôsobené hysteréznymi a vírivými prúdmi v magnetických obvodoch. So vzatím týchto strát do úvahy je štandardizovaný vzorec na výpočet činiteľa odľahčenia k pre transformátor.

kde

Napríklad pre H5=25 %; H7=14 %; H11=9 %; H13= 8 %, je činiteľ odľahčenia 0,91.

Vplyv na striedavé generátory

Rovnako ako pre transformátory, tak aj v striedavých generátoroch spôsobujú vyššie harmonické prídavné straty vo vinutiach a v magnetických obvodoch. Ďalej harmonické vytvárajú impulzné momenty, ktoré generujú vibrácie a dodatočné ohrievanie tlmiacich vinutí.

Napokon skratová rázová reaktancia generátora (v porovnaním s percentuálnym napätím transformátora nakrátko – ek, Ucc) je relatívne vysoká a koeficient harmonického skreslenia napätia sa rýchlo zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom vyšších harmonických odoberaného prúdu.

Vplyv na výkonové vedenia a na neutrálny vodič

Vyššie harmonické spôsobujú dodatočné straty vo vodičoch spôsobené hlavne skin efektom.

Straty sú taktiež významnejšie v prípadoch, keď jednofázové záťaže odoberajú prúdy tretích harmonických a ich násobkov (napríklad výpočtová technika). Tieto prúdy tečú fázovým a navyše aj stredným vodičom N (v sústavách TN-S). Pri obsahu tretej harmonickej H3=75% v odoberanom prúde tečie cez stredný vodič 2,25 násobok prúdu základnej harmonickej fázového vodiča s frekvenciou 150 Hz.

Prúd v každej fáze je len    násobkom základnej harmonickej. V prípadoch prítomnosti nelineárnych záťaží musí byť obzvlášť kladený dôraz na dimenzovanie stredného vodiča. Použitie napäťovej sústavy TN-C je v týchto prípadoch vylúčené.

Pozn.: Ak je celkový prúd vo fáze (z dôvodu H3 = 75% x H1) 1,25 násobkom základnej harmonickej, potom celkový zdanlivý výkon dodávaný zdrojom do takejto záťaže je zvýšený čím vzrastá energetická náročnosť objektu o 25 %. Ideálnym riešením na zníženie spotreby je kompenzácia vyšších harmonických (návratnosť cca 2 roky v spotrebe energie, nehovoriac o zvýšení životnosti zariadení pripojených do elektroinštalácie a vedenia.).