Współczesne zakłady przemysłowe coraz częściej zmagają się z problemem obniżonej jakości energii. Jednym z kluczowych czynników, który wpływa na stabilność i efektywność pracy urządzeń, są wyższe harmoniczne w sieci – niewidoczne gołym okiem zakłócenia elektryczne, które mogą powodować awarie, straty energii i wzrost kosztów eksploatacji.

Zrozumienie zjawiska wyższych harmonicznych i jego wpływu na instalacje elektryczne to dziś podstawa w utrzymaniu niezawodnej infrastruktury przemysłowej.

Co to są harmoniczne i jak powstają w instalacjach przemysłowych?

Harmoniczne to składowe prądu lub napięcia o częstotliwościach będących wielokrotnością częstotliwości podstawowej (w Polsce: 50 Hz). Przykładowo:

• 3. harmoniczna = 150 Hz
• 5. harmoniczna = 250 Hz
• 7. harmoniczna = 350 Hz

W idealnych warunkach prąd i napięcie mają przebieg sinusoidalny. W rzeczywistości jednak w sieciach przemysłowych pojawiają się odbiorniki o nieliniowej charakterystyce, które zaburzają ten kształt.

Do takich urządzeń należą m.in.:

• falowniki i przemienniki częstotliwości,
• zasilacze impulsowe,
• napędy serwo, UPS-y i prostowniki,
• oświetlenie LED,
• piece łukowe, spawarki, zgrzewarki.

Każde z nich generuje prądy zniekształcone, które sumują się w sieci i powodują odkształcenia prądu – w efekcie fala sinusoidalna przestaje być sinusoidą, a sieć zaczyna pracować niestabilnie.

Jak harmoniczne wpływają na urządzenia, transformatory i układy sterowania?

Obecność wyższych harmonicznych w sieci ma szereg negatywnych konsekwencji:

1. Zwiększone straty mocy i energii
   Wyższeharmoniczne powodują dodatkowe nagrzewanie przewodów, transformatorów i silników. Nawet niewielki wzrost poziomu THDi (Total Harmonic Distortion of current) z 5% do 10% może skutkować wzrostem strat mocy o kilka procent w całej instalacji.
2. Skrócenie żywotności urządzeń
   Nadmierne nagrzewanie uzwojeń transformatorów czy silników prowadzi do degradacji izolacji i przedwczesnych awarii.
3. Nieprawidłowa praca systemów sterowania
   Wyższe harmoniczne mogą zakłócać sygnały komunikacyjne, powodować błędne odczyty czujników lub przypadkowe resetowanie sterowników PLC.
4. Awaryjne zadziałanie zabezpieczeń
   Zniekształcenia prądu mogą prowadzić do niepotrzebnego wyzwalania wyłączników różnicowoprądowych, nadprądowych i bezpieczników.

W skrócie – im wyższy poziom wyższych harmonicznych, tym większe ryzyko przestoju, strat i awarii.

Wpływ wyższych harmonicznych na moc bierną i kompensację

Zjawisko wyższych harmonicznych ściśle wiąże się z kompensacją mocy biernej. W obecności prądów o odkształconym przebiegu tradycyjne układy kompensacyjne (baterie kondensatorów) mogą wchodzić w rezonans z harmonicznymi, co w skrajnych przypadkach prowadzi do uszkodzenia kondensatorów lub dławików.

Ponadto:

• prądy harmoniczne zwiększają pozorną moc w systemie,
• powodują przeciążenia przewodów neutralnych,
• zaburzają pracę automatycznych regulatorów mocy biernej.

Dlatego w nowoczesnych systemach stosuje się inteligentne rozwiązania, które kompensują zarówno moc bierną, jak i prądy harmoniczne – dynamicznie i bez ryzyka rezonansu.

Jak ograniczyć zniekształcenia – filtry aktywne i pasywne

Filtr aktywny APF-300 – dynamiczna kompensacja prądowa

Rozwiązaniem nowej generacji są aktywne filtry harmonicznych (APF), które analizują przebieg prądu w czasie rzeczywistym i generują prąd kompensacyjny niwelujący wpływ wyższych harmonicznych..

Urządzenie APF-300 marki Elsta Elektronika:

• eliminuje wyższe harmoniczne prądu do 50. rzędu,
• kompensuje moc bierną indukcyjną i pojemnościową,
• symetryzuje prądy fazowe,
• działa natychmiastowo – z czasem reakcji poniżej 1 ms.

Dzięki zastosowaniu technologii POWER QUALITY TECHNOLOGY, filtr automatycznie dostosowuje się do warunków pracy sieci i zapewnia redukcję THDi do poziomu poniżej 5%.

Monitoring harmonicznych – rola analizatorów i raportów EN 50160

Pierwszym krokiem w walce z wyższymi harmonicznymi jest pomiar i diagnostyka jakości energii.
 Analizatory jakości energii elektrycznej umożliwiają:

• detekcję i zapis wartości THD (napięcia i prądu),
• analizę widma harmonicznych w czasie rzeczywistym,
• rejestrację mocy czynnej, biernej i pozornej,
• porównanie wyników z normą EN 50160,
• generowanie raportów i alarmów w przypadku przekroczeń dopuszczalnych poziomów.

Systemy Elsta Elektronika wykorzystują zaawansowane układy pomiarowe wraz z układem sterowania i energoelektroniką filtrów aktywnych, co pozwala nie tylko diagnozować problem, ale też natychmiast go kompensować w czasie rzeczywistym.

Zredukuj wyższe harmoniczne – poznaj działanie filtrów aktywnych Elsta Elektronika

Wyższe harmoniczne w sieci to cichy zabójca efektywności energetycznej.

Nie tylko podnoszą koszty eksploatacji, ale też skracają żywotność maszyn i zakłócają procesy technologiczne.

Dzięki filtrom aktywnym APF-100 i APF-300 Elsta Elektronika możesz:

• skutecznie ograniczyć wyższe harmoniczne prądu,
• poprawić współczynnik mocy,
• ustabilizować parametry zasilania,
• zniwelować awarie i przestoje,
• zaoszczędzić.

Zredukuj wyższe harmoniczne – poznaj działanie filtrów aktywnych Elsta Elektronika.