Ce sunt armonicele și cum ne afectează? Profesioniști din sectorul electricității în inginerie electrică
Autor: Frank Piolet, Manager de produs al companiei Socomec, domeniul de măsurare și managementul energiei.
Odată cu instalarea masivă a echipamentelor bazate pe electronice de putere (calculatoare, variatoare de viteză, invertoare ...), majoritatea utilizatorilor se confruntă cu prezența armonicilor în rețelele de distribuție electrică. Acest articol vă va ajuta să înțelegeți mai bine cauza anumitor defecțiuni și cum să le evitați.
Fiecare rețea electrică este alcătuită dintr-o anumită cantitate de sarcini. Când curentul printr-o sarcină are aceeași formă ca tensiunea, această sarcină se numește liniară; dimpotrivă, atunci când forma curentului nu corespunde cu forma tensiunii, sarcina se numește neliniară (vezi figurile 1 și 2)
Curenții armonici sunt componentele similare ale unui curent electric periodic descompus în seria Fourier. Armonicile au o frecvență care este un multiplu (2, 3, 4, 5,… n) al frecvenței fundamentale (50 sau 60 Hz în rețelele electrice). Numărul „n” determină intervalul componentei armonice. „Armonica de rang n” se numește componenta armonică a rangului corespunzătoare „n” ori frecvența rețelei. Exemplu: pentru o frecvență fundamentală de 50 Hz, armonica de rangul 5 va avea o frecvență de 250 Hz.
Trebuie avut în vedere faptul că, pe lângă armonicile indicate mai sus, în rețele există și alte două tipuri de componente suprapuse pe unda fundamentală. Interharmonice care se caracterizează printr-o frecvență care nu este un multiplu al fundamentalului (de exemplu: 175 Hz nu este un multiplu de 50 Hz) și infra-armonice care au o frecvență mai mică decât cea a rețelei.
Primele, deși prezente doar într-o cantitate mică, pot, de exemplu, să perturbe semnalele de telecomandă trimise de distribuitorii de energie electrică, în timp ce acestea din urmă se datorează de obicei convertizoarelor de ciclu, cuptoarelor cu arc sau unităților de viteză variabilă.
Măsurarea armonicilor prezente într-o rețea
Armonicele rezultate sunt de obicei explicate prin distorsiunea armonicii totale (THD). Calculul THD permite calificarea globală a nivelului de contaminare a unei rețele în tensiune sau curent (a se vedea tabelul 1 de mai jos).
În ceea ce privește THDR definit conform standardului DIN, acesta reprezintă distorsiunea armonică în raport cu valoarea efectivă reală:
Pe de o parte, puterea aparentă este obținută din
b) Influența asupra factorului de creastă
Efectele generale ale armonicilor asupra rețelelor electriceGenerate de consumatori, armonicele curente se propagă în rețele și creează distorsiuni ale undelor de tensiune în impedanțele de linie. Aceste deformări de tensiune sunt redistribuite utilizatorilor în întreaga rețea a furnizorului de energie electrică. Armonica de rangul 3 merită o atenție specială în cazul rețelelor trifazate. De fapt, curenții armonici de rangul 3 și multiplii lor sunt în fază (vezi figura 7) și se adaugă în mod vectorial în conductorul neutru (In = I1 + I2 + I3). Dacă receptoarele constau în principal din încărcări ale computerului, curenții de rangul 3 și multiplii de rang de 3 se adună în conductorul neutru, generând un curent neutru cu 130% mai mare decât curenții de fază.