Harmoniczne prądu to niewidoczne zakłócenia, które mogą prowadzić do awarii maszyn, przegrzewania transformatorów i niepotrzebnych kosztów energii. Wyjaśniamy, skąd się biorą, jakie są ich skutki i jak filtry aktywne Elsta Elektronika eliminują problem.

Harmoniczne prądu (często nazywane „wyższymi harmonicznymi”) to składowe przebiegu prądu o częstotliwościach będących całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej (w Polsce 50 Hz). W idealnym świecie prąd i napięcie miałyby kształt idealnej sinusoidy. W rzeczywistych, nowoczesnych instalacjach przemysłowych ten kształt bywa istotnie zniekształcony – właśnie przez harmoniczne.

Dlaczego to ważne biznesowo? Bo obecność harmonicznych zwiększa straty energii, przegrzewa przewody i transformatory, wywołuje zakłócenia w automatyce oraz skraca żywotność urządzeń. W skrajnym przypadku prowadzi do awarii i przestojów. Dobra wiadomość: te zjawiska da się skutecznie opanować.

W tym artykule wyjaśniamy:

• czym jest harmoniczna prądu i skąd się bierze,
• jakie są objawy i skutki w zakładach przemysłowych,
• jak mierzyć i interpretować THD (Total Harmonic Distortion),
• jakie rozwiązania naprawdę działają (filtry aktywne, kompensacja mocy biernej),
• jak podejść do tematu krok po kroku, by uzyskać stabilność i oszczędności.

Czym są harmoniczne prądu?

Harmoniczna prądu definicja

Harmoniczne prądu to dodatkowe składowe sygnału o częstotliwości równej 2×, 3×, 4×… częstotliwości podstawowej (50 Hz). Ich sumowanie z sinusoidą powoduje odkształcenie przebiegu – im większy udział harmonicznych, tym dalej od ideału.

Dlaczego powstają?

Źródłem są odbiorniki nieliniowe, czyli takie, których prąd nie jest proporcjonalny do napięcia. W praktyce to m.in.:

• napędy z przemiennikami częstotliwości (falowniki), prostowniki i przekształtniki,
• zasilacze impulsowe (IT, automatyka, elektronika),
• oświetlenie LED, UPS-y, stacje ładowania, piece indukcyjne/łukowe, spawarki,
• rozproszone źródła energii (falowniki PV).

Nowoczesny przemysł oznacza coraz więcej elektroniki mocy – a to naturalnie podnosi poziom harmonicznych w sieciach nn.

Jak rozpoznać problem? Objawy i skutki w zakładzie

Najczęstsze symptomy

• Nadmierne nagrzewanie przewodów, rozdzielnic i transformatorów (mimo „nominalnych” obciążeń).
• Migotanie oświetlenia, zakłócenia w systemach AV i IT, niestabilność sterowników.
• Błędne zadziałania zabezpieczeń, wyzwalanie RCD/MCCB bez jasnej przyczyny.
• Wysokie rachunki – większe straty i często także opłaty za moc bierną.
• Zwiększona awaryjność urządzeń i skrócenie ich żywotności.
  
  

Koszty ukryte i jawne

• Straty cieplne = większa konsumpcja energii.
• Degradacja izolacji i łożysk, „tajemnicze” przestoje.
• Ewentualne kary/rozliczenia za przekroczenia parametrów jakości energii czy mocy biernej.

THD – jak mierzyć i interpretować zniekształcenia?

THD (Total Harmonic Distortion) określa udział wszystkich harmonicznych w stosunku do składowej podstawowej. Wyróżnia się:

• THDi – dla prądu,
• THDu – dla napięcia.
  
  

Dobre praktyki pomiarowe

1. Analizator jakości energii podłączony możliwie blisko źródła problemu (lub na szynach głównych – dla obrazu całości).
2. Rejestracja w czasie – praca produkcji i cykle obciążenia zmieniają sytuację dynamicznie.
3. Widmo harmonicznych – nie tylko sam % THD, ale też które rzędy dominują (np. 5., 7., 11., 13.).
4. Korelacja z pracą linii – porównaj wykresy THD z harmonogramem produkcji, rozruchem napędów, cyklami spawarek itp.
   
   

Jeśli nie masz danych – zacznij od krótkiej kampanii pomiarowej. Na jej podstawie przygotujemy rekomendację rozwiązania i wycenę oszczędności: umów bezpłatną konsultację.

Jak ograniczać wyższe harmoniczne? Przegląd metod

1) Działania organizacyjne

• Uporządkowanie uziemień i przewodu neutralnego (N), szczególnie w przypadku występowania harmonicznych trzeciego rzędu,
• Segmentacja systemu zasilania – oddzielenie odbiorników „brudnych” (generujących zakłócenia) od odbiorników wrażliwych,
• Przegląd parametrów napędów, takich jak czasy narastania oraz zastosowanie filtrów wejściowych i wyjściowych.
  

To pomaga, ale rzadko rozwiązuje problem całościowo.

2) Filtry pasywne

Sprawdzają się selektywnie (wybrane rzędy, stałe punkty pracy). W środowisku zmiennych obciążeń i wielu źródeł zakłóceń ich efektywność bywa ograniczona.

3) Filtry aktywne – rozwiązanie „all-in-one”

Filtr aktywny dokonuje pomiaru prądu/napięcia w czasie rzeczywistym i generuje prąd kompensacyjny, który „niweluje” niepożądane składowe. Efekt: prąd widziany od strony sieci zbliża się do sinusoidy. Nowoczesne urządzenia łączą:

• filtrację harmonicznych (szerokie pasmo – do wysokich rzędów),
• kompensację mocy biernej (indukcyjnej i pojemnościowej),
• symetryzację prądów fazowych (równomierne obciążenie).
  

To realna poprawa jakości energii + wymierne oszczędności.

Filtry aktywne Elsta Elektronika – podejście inżynierskie do jakości energii

APF-100 – kompaktowy filtr aktywny do małych i średnich mocy

• Praca w sieciach 4-przewodowych nn, równolegle do odbiorów.
• Filtracja wyższych harmonicznych, kompensacja mocy biernej, symetryzacja prądów.
• Skuteczny w aplikacjach o mocy 10–200 kW (małe zakłady produkcyjno-przetwórcze, IT, HVAC, LED).
• Intuicyjna konfiguracja, interfejs użytkownika (WEB, Modbus), szybka odpowiedź układu.
  
  

APF-300 – wysoka moc i modułowość dla przemysłu

• Wolnostojąca szafa do rozdzielni nn; prąd kompensacyjny aż do 400 amper.
• Możliwość pracy równoległej (skalowanie mocy), budowa modułowa, wysoka odporność środowiskowa.
• Idealny dla dużych zakładów produkcyjnych i przetwórczych, z wieloma źródłami zakłóceń i zmiennym profilem obciążeń.
  
  

Wspólne korzyści APF-100 / APF-300:

• THDi w dół – stabilna praca linii i mniejsze straty.
• Niższe rachunki – dzięki kompensacji mocy biernej i redukcji strat.
• Mniej przestojów – ochrona infrastruktury i elektroniki mocy.
• Szybka, płynna regulacja – dostosowanie do zmian obciążenia w czasie rzeczywistym.
• Monitoring – pełna transparentność parametrów i dowody oszczędności.
  
  

Kompensacja mocy biernej – dlaczego to się zwraca?

W wielu przedsiębiorstwach istotnym składnikiem rachunków są opłaty za energię bierną (indukcyjną i/lub pojemnościową). Filtry aktywne Elsta Elektronika, oprócz filtracji harmonicznych, kompensują moc bierną w sposób dynamiczny. Efekt:

• poprawa współczynnika mocy,
• redukcja opłat – w wielu przypadkach do zera,
• bardziej stabilna sieć, lepsze wykorzystanie transformatorów i rozdzielnic.

Podsumowanie

Harmoniczne prądu to jedno z najczęstszych źródeł problemów z jakością energii w nowoczesnych zakładach. Przekładają się na realne koszty – zarówno na fakturach, jak i w utrzymaniu ruchu. Filtry aktywne Elsta Elektronika (APF-100 i APF-300) łączą eliminację wyższych harmonicznych, kompensację mocy biernej i symetryzację obciążeń, zapewniając stabilność zasilania, mniejsze straty i niższe rachunki.