Izobličenje od harmonika unutar elektrodistribucijskih mreža potječe iz tri osnovne kategorije izvora: oprema za proizvodnju električne energije, prijenosna i distribucijska infrastruktura te kraj-korisnička priključena opterećenja.
Harmonici koje proizvode generatorske jedinice
Tijekom proizvodnje praktički je nemoguće izraditi tro-fazne namote generatora sa savršeno identičnom impedancijom, niti se željezne jezgre mogu projektirati za postizanje potpuno jednolike magnetske propusnosti u cijeloj strukturi. U kombinaciji s manjim mehaničkim i montažnim tolerancijama, generatori prirodno proizvode malu količinu harmonijskog izobličenja u normalnim radnim uvjetima-iako je ta razina izobličenja obično zanemariva za većinu scenarija rada mreže.
Harmonici koji proizlaze iz T&D mrežnog hardvera
Energetski transformatori predstavljaju primarni izvor harmonika u prijenosnim i distribucijskim sustavima. Ovo izobličenje proizlazi iz magnetskog zasićenja unutar željeznih jezgri transformatora, što stvara ne-linearnu krivulju odziva magnetizacije. Kako bi uravnotežili troškove proizvodnje i veličinu opreme, dizajneri transformatora odabiru radnu gustoću toka koja je blizu koljena zasićenja krivulje magnetizacije. Ova radna točka preoblikuje struju magnetiziranja u valni oblik s oštrim vrhovima koji nosi značajne harmonijske komponente neparnog{4}}reda.
Ozbiljnost ovih harmonika mijenja se na temelju dva ključna čimbenika: unutarnjeg rasporeda magnetskog kruga i dubine zasićenja željezne jezgre. Kako se zasićenje pojačava, transformator se sve više udaljava od linearnog magnetskog rada, povećavajući magnitude harmonijske struje. Pod standardnim projektnim parametrima, komponenta 3. harmonika može doseći čak 0,5% nazivne struje transformatora.
Harmonijsko izobličenje koje stvaraju-bočna opterećenja korisnika
Širok raspon potrošačke i industrijske opreme unosi značajno harmoničko onečišćenje u javnu mrežu, s različitim tipovima opterećenja koji stvaraju različite profile izobličenja.
Oprema za poluvodički ispravljač
Ispravljački krugovi su sveprisutni u teškim industrijskim primjenama, uključujući sustave električne tračnice, ćelije za elektrolizu aluminija, industrijske stanice za punjenje baterija i komercijalna sklopna napajanja, i oni ubrizgavaju najveću količinu harmonika u globalne električne mreže. Ovi se uređaji oslanjaju na-kontrolnu logiku faznog pomaka, koja crta segmentirane, ne-sinusne valne oblike struje iz mreže; rezultirajući iskrivljeni zaostali valni oblici sadrže gust harmonijski sadržaj. Za jedno-fazne postavke ispravljača uparene s induktivnim opterećenjima, dominiraju harmoničke struje neparnog-reda, a treći harmonik može činiti 30% struje osnovne frekvencije. Kada je spojena na kapacitivna opterećenja, oprema generira harmonijske napone neparnog-reda, pri čemu razine izobličenja rastu zajedno s povećanim vrijednostima kapacitivnosti. Tro{11}}fazni potpuno kontrolirani 6-impulsni premosni ispravljači vraćaju 5. i više harmonike neparnog reda natrag u primarne namotaje transformatora uzvodno i dovodne kablove. Čak i nadograđene topologije ispravljača s 12 impulsa i dalje proizvode mjerljive struje 11. i više harmonika. Istraživanja na terenu pokazuju da otprilike 40% svih harmonijskih izobličenja mreže dolazi do hardvera ispravljača, čime se ova kategorija opreme učvršćuje kao najveći pojedinačni izvor harmonika u modernim energetskim mrežama.
Pogoni promjenjive frekvencije
VFD sustavi naširoko su raspoređeni za regulaciju brzine ventilatora, vodenih pumpi, putničkih dizala i drugih rotirajućih strojeva. Njihova kontrola modulacije faznog kuta daje vrlo složene harmonijske spektre, koji sadrže i cjelobrojne-redove i inter-harmonijske frakcijske komponente. Mnoga-industrijska postrojenja velikih razmjera postavljaju-snažne VFD banke, a ubrzano usvajanje promjenjive kontrole brzine stalno je pogoršavalo probleme harmonijskih izobličenja u distribucijskim mrežama tijekom posljednjih godina.
Lučne peći i peći od kalcijevog karbida
Električne peći za taljenje suočavaju se s inherentnom radnom nestabilnošću tijekom zagrijavanja sirovina: tri elektrode peći rijetko održavaju dosljedan kontakt s neravnomjernim, nepravilnim punjenjem peći. Ova nedosljednost stvara fluktuirajuće neuravnoteženo tro-fazno opterećenje, koje stvara harmonijske struje koje se šire kroz trokut-povezane namote transformatora i u glavnu mrežu. Najistaknutije komponente izobličenja ovdje su harmonici 2. i 7. reda. Podaci mjerenja na lokaciji pokazuju da se ovi harmonici obično nalaze između 8% i 20% osnovne amplitude vala, s ekstremnim radnim uvjetima koji guraju vrhove izobličenja do 45%.
Proizvodi za rasvjetu s izbojem u plinu
Fluorescentne cijevi, visoko{0}}živine žarulje, visoko{1}}natrijeve žarulje i metalhalogena svjetla spadaju u tehnologiju rasvjete s izbojem u plinu. Laboratorijsko testiranje njihovih naponskih-strujnih karakteristika otkriva ozbiljno ne-linearno ponašanje, a određeni modeli žarulja čak pokazuju negativne profile V-I krivulje. Instalacije ovih rasvjetnih opterećenja uvode znatne harmonijske struje neparnog-reda u distribucijske vodove niskog-napona.
Kućanski aparati za kućanstvo
Uobičajena kućanska elektronika, uključujući televizore, uređaje za snimanje, stolna i prijenosna računala, rasvjetna tijela s mogućnošću prigušivanja i uređaje za kuhanje s podesivom-temperaturom, svi integriraju strujne krugove za regulaciju napona i ispravljače, koji generiraju značajna harmonička izobličenja-neparnog reda. Motorizirani kućanski proizvodi kao što su perilice rublja, ventilatori i jedinice za klimatizaciju također iskrivljuju valne oblike mreže stalno mijenjajući neuravnotežene struje namotaja. Dok svaki pojedinačni uređaj u kućanstvu troši samo malu snagu, sama količina ovih jedinica povezanih na stambene mreže diljem svijeta čini ih nezanemarljivim doprinositeljem sveukupnom harmonijskom onečišćenju.