Форум электриков, монтажников, энергетиков, проектировщиков.

Что собой представляют гармоники?

Гармоники позволяют представить любую форму периодической кривой; согласно теореме Фурье, любая периодическая функция с периодом Т может быть предствлена как суммирование:
-синусоиды с одинаковым периодом Т;
-нескольких синусоид с одинаковой частотой как целых кратных основной гармонике;
-возможной постоянной составляющей, если функция имеет среднее значение, отличное от нуля в периоде.
Гармоника с частотой, соответствующей периоду первоначальной формы кривой, называется основной гармоникой, а гармоника с частотой, в "n" раз большей, чем основная гармоника, называется гармонической составляющей порядка "n".
Наличие гармоник в электрической системе является показателем искажения формы кривой напряжения или тока, и это подразумевает такое изменение электропитания, которое может привести к неисправности оборудования и защитных устройств.

Гармоники образуются нелинейными нагрузками. Если подать синусоидальное напряжение на нагрузку такого типа, мы получим ток с несинусоидальной формой кривой.
Основное оборудование, генерирующее гармоники:
-персональные компьютеры;
-люминесцентные лампы;
-статические преобразователи;
приводы с переменной скоростью;
-сварочные агрегаты.
В общем случае, искажение формы кривой происходит из-за наличия мостовых выпрямителей, полупроводниковые элементы которых пропускают ток только на протяжении части целого периода, таким образом произведя прерывистые кривые с соответствующим введением многочисленных гармоник.
Причиной гармонического загрязнения могут быть также и трансформаторы; при подаче абсолютно синусоидального напряжения на трансформатор возникает синусоидальный поток намагничивания, но вследствие явления магнитного насыщения железа, ток намагничивания не будет синусоидальным.

Основные проблемы, вызываемые гармоническими токами:
1 перегрузка нейтралей;
2 увеличение потерь в трансформаторах;
3 усиление скин-эффекта.
Основные влиятния гармонических напряжений:
4 искажение напряжения;
5 нарушение крутящего момента асинхронных двигателей.

При повышении частоты токи имеют тенденцию протекать по внешней поверхности проводника. Это явление известно как скин-эффект, который больше всего выражен при высоких частотах. При частоте питания 50 Гц скин-эффект ничтожно мал, но при частоте 350 Гц, что соответствует 7-й гармонике, поперечное сечение для прохождения тока уменьшается, вызывая увеличение сопротивления, дополнительные потери и нагревание.
При наличии гармоник высшего порядка необходимо учитывать скин-эффект, так как он влияет на срок службы кабелей. Для устранения этой проблемы можно использовать многожильные кабели или систему сборных шин, сформированную из множества простых изолированных проводников.

Из ТКП 45-4.04-149-2009.
При наличии в трехфазной сети, даже симметрично загруженной, нелинейной нагрузки с несинусоидальными токами (например, информационно-вычислительная техника), следует учитывать, что в нулевом рабочем проводнике протекают токи, превышающие приблизительно в раз ток в фазном проводе.