Harmonische vervorming

Harmonische vervorming
De spanning in Nederland heeft een frequentie van 50 Hertz. Men spreekt over harmonische
vervorming wanneer er in de spanning ook andere frequenties dan deze basisfrequentie
aanwezig zijn. In de meeste gevallen gaat het hierbij om veelvouden van 50 Hz; de
zogenaamde hogere harmonischen.
Mogelijke gevolgen van harmonische
vervorming zijn: extra energieverliezen,
uitval van elektronische apparatuur
en overbelasting van nulgeleiders.
De Netcode stelt grenzen aan de
totale harmonische vervorming.
Een grenswaarde voor het laag- en
middenspanningsnet (tot 35 kV) is 8%
gedurende 95% van een week. Voor
harmonische vervorming in de stromen is
25% het maximaal toelaatbare.
Harmonische vervorming wordt veroorzaakt door niet-lineaire belastingen. De belangrijkste
bron van harmonische vervorming is vermogenselektronica, zoals gelijkrichters van
computers, televisies of besturingssystemen van elektromotoren. Ook spaarlampen, LED/ TL-verlichting en omvormers voor zonnepanelen kunnen hogere harmonischen in het
elektriciteitsnet veroorzaken.
Oplossingen voor problemen met harmonischen
Om het probleem op te lossen moet er apparatuur geïnstalleerd worden die weinig of geen
harmonischen genereren. Dit is echter een onbegonnen zaak. Oplossingen kunnen zijn:
Vergroting van aderdiameter van de nul geleider:
In de meeste driefasen systemen met een gezamenlijke nul, is de nulleiding even groot
gekozen als de fase geleiders. Voor systemen met een hoge niet-lineaire belasting dient de
nulleiding echter ruimer uitgevoerd te worden.
Gebruik van gescheiden nul geleiders:
Een andere methode kan zijn, om de nulleiding niet te combineren. Bij iedere kabel
wordt dan gescheiden een individuele nulleiding getrokken. Hoewel deze manier
succesvol bijdraagt aan het elimineren van de harmonischen stroom door het systeem,
moeten de voedingskabel en de geleiders binnen de verdeelinrichting nog steeds ruim
gedimensioneerd worden.
Extra grote transformatoren en generatoren:
Transformatoren en generatoren die belastingen voeden die harmonischen produceren
dienen extra groot gedimensioneerd te worden.
Speciale transformatoren:
Er zijn diverse speciale typen transformatorschakelingen die harmonischen kunnen
elimineren. Bijvoorbeeld, de traditionele ster/driehoek transformatorschakeling zal alle
drievoudige harmonischen (derde, negende, vijftiende, eenentwintigste, enz.) afvangen in
de driehoek schakeling. Additionele windingen kunnen worden toegepast om de andere
harmonischen te elimineren. Deze speciale transformatoren worden veelvuldig toegepast in
computerruimten met belastingen die harmonischen creëren, zoals mainframes.
Filtering:
Harmonischen filters kunnen goed functioneren bij het elimineren van harmonischen.
Deze filters kunnen de harmonischen vrijwel compleet elimineren en de arbeidsfactor
verbeteren. Eliminatie van harmonischen en verbetering van de arbeidsfactor verlagen de
elektriciteitskosten.
Onderstaand het effect na inschakeling van de OptiVolt MultiLiner® met harmonischen filter:
Scheiding van apparatuur:
Totdat er apparaten verkrijgbaar zijn die weinig tot geen harmonischen produceren zal
de belasting zo veel mogelijk over de verschillende circuits verdeeld moeten worden.
Deze scheiding van ‘vuile’ en ‘schone’ belasting is fundamenteel voor het hedendaags
elektrotechnisch ontwerp. Dit zorgt echter voor meer verdeelcircuits, verdeelkasten en
paneelborden.
Intelligente correctie als oplossing voor vermindering van harmonischen:
Uit het bovenstaande kan worden opgemaakt dat hoe verder weg van de harmonischen
belasting een correctie wordt geïmplementeerd, hoe complexer en kostbaarder deze
maatregel wordt. Wanneer naar aanleiding van een gedegen onderzoek besloten wordt
om correctieve maatregelen te nemen, dienen deze zo dicht mogelijk bij de storende
belasting te worden geïmplementeerd. Deze manier van corrigeren, zo dicht mogelijk bij de
bron, voorkomt de volgende problemen:
•
Onnodig belasten van het elektriciteitsnet;
•
Toename van lijnverliezen door warmte;
•
Het aanspreken van beveiligingapparaten;
•
Minder efficiënte werking van andere aangesloten machines;
•
Toename van onderhoud en revisie aan andere aangesloten machines (vooral motoren);
•
Gevaar voor veiligheid aan personen en omgeving door overbelaste nulgeleiders en fasegeleiders.
Het centraal behandelen van harmonischen vermindert de excessieve stromen door het
hoogspanning- of distributienet. Het lost echter niet de problemen van de interne elektrische
infrastructuur op. Behandeling aan of bij de belasting welke de harmonischen veroorzaakt is
de intelligentste oplossing voor bovenstaande problemen.
Consequenties in kosten door harmonischen
Oudere meters meten alleen de stroom met de fundamentele frequentie (50 Hz). Ook de
traditionele elektromechanische kWh meters detecteren harmonischen niet.
Elektriciteitsleveranciers plaatsen geen traditionele kWh meters bij ondernemingen.
Tegenwoordig worden digitale, afleesbare kWh meters gebruikt. Deze moderne meters
meten de stromen tot in het kilohertz bereik en nemen deze mee in de meting. Hierdoor
worden, naast het hogere energieverbruik veroorzaakt door meer warmteontwikkeling als
gevolg van de hoge harmonischen, de elektriciteitskosten verder verhoogd door het meten
van hoge harmonischen.