En un sistema de energía normal, los equipos eléctricos con características de cambio de impedancia lineal no afectarán la fuente de alimentación con una frecuencia de 50 Hz y una forma de onda sinusoidal estándar cuando estén funcionando. Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia, cada vez existen más equipos eléctricos con características de impedancia no lineal (cargas no lineales). Cuando estas cargas no lineales están funcionando, causarán que la frecuencia de la fuente de alimentación y la forma de onda del sistema eléctrico se distorsionen, a partir de lo cual se pueden descomponer formas de onda sinusoidales de diferentes frecuencias. Las ondas sinusoidales de CA distintas a 50 Hz descompuestas se denominan colectivamente armónicos. Entre ellos, el armónico con una frecuencia de tres veces 50 Hz, es decir, 150 Hz, se denomina tercer armónico; el armónico con una frecuencia de cinco veces 50 Hz, es decir, 250 Hz, se llama quinto armónico; el armónico con una frecuencia de siete veces 50 Hz, es decir, 350 Hz, se llama séptimo armónico.
2. ¿Cuáles son los peligros de los armónicos generados por las luces?
Las lámparas LED de bajo consumo, pantallas LED, cargadores, calentadores, inversores, esterilizadores, terminales de PC y otras cargas no lineales que utilizan rectificación de diodos monofásicos generarán corrientes armónicas impares relativamente graves cuando estén en funcionamiento. El tercer armónico es el más grande y es el componente armónico principal. Los armónicos quinto, séptimo y undécimo también son significativamente más altos. Sin embargo, la corriente del tercer armónico no puede tener un desplazamiento vectorial en la línea neutra como la onda fundamental y las corrientes armónicas quinta, séptima y undécima de otras frecuencias. En cambio, se superpone completamente a la línea neutra en un ángulo vectorial de 360 grados, lo que da como resultado que la corriente del tercer armónico en la línea neutra sea aproximadamente tres veces mayor que en la línea de fase. Por lo tanto, cuando el contenido de corriente del tercer armónico generado por la carga del rectificador monofásico alcanza más del 35%, la corriente de línea neutra aumentará anormalmente y excederá la corriente de línea de fase.
En muchos casos, la corriente neutra aumenta anormalmente a aproximadamente 2 veces la corriente de fase, lo que causa un gran daño al sistema de distribución de bajo voltaje, que incluye principalmente cuatro aspectos:
A. Sobrecorriente del neutro: provoca que el cable se caliente, envejezca y se rompa, quema equipos eléctricos e induce riesgos de incendio difíciles de prevenir y controlar;
B. Disparo anormal de la protección de distribución: incluso si la carga en la línea no alcanza el valor de diseño de distribución, se producirá el disparo de la protección de secuencia cero;
C. Sobrecalentamiento del transformador: una gran cantidad de corriente armónica neutra regresa al transformador, lo que hace que el transformador se caliente y aumente el ruido;
D. Desperdicio de energía: la corriente del tercer armónico en el sistema de distribución aumentará directamente el consumo de energía del equipo de carga y del equipo de suministro de energía.
3. ¿Por qué el tercer armónico es tan grande?
En un sistema de distribución trifásico normal de cuatro hilos, suponiendo que la carga trifásica esté equilibrada, la corriente en la línea neutra debe ser muy pequeña. Sin embargo, las cajas de luz publicitarias que rodean un edificio están iluminadas por lámparas fluorescentes con balastros electrónicos; la carga de la línea trifásica está equilibrada y la corriente de cada fase es de aproximadamente 60 A, pero la corriente del neutro alcanza los 90 A. ¿Por qué es esto?
Respuesta: Esto es causado por el circuito rectificador.
Cuando la forma de onda actual de la línea de fase es una onda sinusoidal, si difieren en 120 grados y tienen la misma amplitud, el resultado de la superposición de vectores en la línea neutra es una suma de 0; pero si la corriente en la línea de fase es pulsada y difiere en 120 grados, se superpondrán a la línea neutra; la corriente de pulso en la línea neutra está escalonada y no se puede compensar; cuente el número de corrientes de pulso en la línea neutra, hay tres en un ciclo, por lo que la corriente en la línea neutra es la suma de las corrientes de cada línea de fase.
Hoy en día, la mayoría de las cargas eléctricas son cargas de circuitos rectificadores, por lo que incluso si la carga trifásica está equilibrada, habrá una gran corriente en la línea neutra. Hay dos razones principales para el daño de una corriente excesiva de línea neutra:
A. El área de la sección transversal de la línea neutra no es mayor que la de la línea de fase, y la corriente que excede la línea de fase inevitablemente causará que la línea neutra se sobrecaliente;
B. No hay fusible en la línea neutral y no se puede desconectar automáticamente en condiciones de sobrecorriente como la línea de fase.
4. ¿Cómo controlar los tres armónicos?
La razón por la que la corriente del tercer armónico es tan dañina es que la superposición de la corriente del tercer armónico en la línea neutra hará que la corriente de la línea neutra sea demasiado grande, provocando así un riesgo de incendio. Hoy en día, la mayoría de las cargas monofásicas son dispositivos con rectificadores como circuitos de entrada, desde cargadores de teléfonos móviles hasta dispositivos de accionamiento de energía como inversores. El problema de los terceros armónicos surge rápidamente. En los últimos años, muchos centros comerciales tienen valores de índice de aceptación de proyectos de tiendas para valores actuales de línea cero, por lo que la gestión actual de línea cero es imperativa. Instalar un dispositivo de filtro de potencia activo de bajo voltaje ZD-APF en la barra colectora del gabinete de distribución es una forma ideal de resolver este tipo de problema. El dispositivo inyecta corrientes armónicas de fases opuestas en la línea de fase en función de la corriente armónica detectada en la línea de fase para eliminar la corriente armónica en la barra colectora. Cabe señalar que la función del dispositivo es garantizar que la entrada del filtro cumpla con los requisitos armónicos. Por lo tanto, se debe seleccionar una ubicación de instalación razonable durante la instalación para evitar daños causados por armónicos residuales aguas abajo del filtro.
