Harmonische Phänomene in elektrischen Systemen: Ursachen, Effekte und Risiken

Harmonischesind ein kritisches, aber oft übersehenes Phänomen in elektrischen Systemen. Sie repräsentieren Verzerrungen der idealen Sinuswellenform von Spannung oder Strom, die bei Frequenzen auftreten, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind (z. B. 50 Hz oder 60 Hz). Während Harmonische moderne Stromversorgungssysteme innewohnt, kann ihre unkontrollierte Präsenz zu schweren operativen und finanziellen Folgen führen. In diesem Artikel werden ihre Ursachen, Effekte und Risiken untersucht.

Was verursacht Harmonische?

HarmonischeStammen hauptsächlich aus nichtlinearen Lasten - Den Evise, bei denen der Strom nicht mit der Sinus -Spannungswellenform übereinstimmt. Häufige Beispiele sind:

Variable Frequency-Laufwerke (VFDs) in Industriemotoren, Schaltmodus-Netzteilen (z. B. Computer, Server, LED-Beleuchtung), Wechselrichter für erneuerbare Energien (Solar-/Windsysteme), unterbrechungsfreie Netzteile (UPS) und Ladestationen mit Elektrofahrzeugen. Diese Lasten stören den glatten Stromfluss und erzeugen verzerrte Wellenformen. Beispielsweise kann ein VFD Strom in kurzen Impulsen anstelle einer kontinuierlichen Sinuswelle zeichnen, was zu Harmonischen wie dem 3. (150 Hz), 5. (250 Hz) oder 7. (350 Hz) Harmonischen führt.

Was sind die Auswirkungen von Harmonischen?  

Die Harmonische beeinträchtigen die Stromqualität und versteckt den Strominfrastrukturen erhebliche Versteckkosten:  

Harmonische verursachen Energieverluste und erhöhte Kosten. Beispielsweise können harmonische Ströme fünfter Ordnung zu bis zu 15% zusätzlicher Energieabfälle in Verteilungssystemen (US-amerikanisches Ministerium für Energieforschung) führen. Diese Ineffizienz kann zu höheren Stromrechnungen führen.  

Es kann Geräteschäden und eine verringerte Lebensdauer verursachen, da harmonische Ströme Wirbelströme und Hystereseverluste erzeugen, was zu Überhitzung führt. Transformatoren, die in hochharmonischen Umgebungen arbeiten, können 30–50% schneller ausfallen als die Lebensdauer der Nennleistung. Darüber hinaus können Harmonische Resonanz verursachen, was zu einer Überlastung des Kondensators und potenziellen Explosionen oder Bränden führt. Darüber hinaus akkumulieren in dreiphasigen Systemen dritter Ordnung (3., 9. usw.) auf der neutralen Linie, was möglicherweise zu einer Überhitzung führt.  

Harmonische können auch operative Störungen verursachen, insbesondere bei sensiblen Geräten wie medizinischen Geräten, Laborinstrumenten oder Servern des Rechenzentrums, die auf sauberer Strom stützen. Die durch Harmonische verursachte Spannungsverzerrung kann zu einem Ausfall von Geräten, einer Datenbeschädigung oder ungeplanten Ausfallzeiten führen.

Compliance- und Sicherheitsrisiken im Zusammenhang mit Harmonischen sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung. Das in Standards wie IEEE 519-2022 festgelegte harmonische Grenzwerte kann zu regulatorischen Bußgeldern führen. Darüber hinaus kann eine Überhitzung von Geräten Brandgefahren und Sicherheitsrisiken verursachen.

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