Спотворення від гармонік у мережах розподілу електроенергії походять із трьох основних категорій джерел: обладнання для виробництва електроенергії, інфраструктура передачі та розподілу та підключене навантаження кінцевого-користувача.
Гармоніки, вироблені генераторними блоками
Під час виробництва практично неможливо побудувати три{0}}фазні обмотки генератора з абсолютно однаковим імпедансом, а також неможливо сконструювати залізні сердечники для досягнення повністю рівномірної магнітної проникності по всій конструкції. У поєднанні з незначними механічними та монтажними допусками генератори природним чином видають невелику кількість гармонійних спотворень за нормальних робочих умов-, хоча цей рівень спотворень зазвичай незначний для більшості сценаріїв роботи мережі.
Гармоніки, що виникають через мережеве обладнання T&D
Силові трансформатори є основним джерелом гармонік у системах передачі та розподілу. Це викривлення виникає через магнітне насичення всередині трансформаторних залізних сердечників, що створює не-лінійну криву реакції намагніченості. Щоб збалансувати витрати на виробництво та розмір обладнання, розробники трансформаторів вибирають робочу щільність потоку, яка знаходиться близько до коліна насичення кривої намагніченості. Ця робоча точка змінює форму струму намагнічування у форму хвилі з різким піком, яка містить значні гармонічні компоненти непарного{4}}порядку.
Інтенсивність цих гармонік змінюється залежно від двох ключових факторів: внутрішнього розташування магнітного кола та глибини насичення залізного сердечника. У міру посилення насичення трансформатор віддаляється від лінійної магнітної роботи, підвищуючи величини гармонійного струму. За стандартних конструктивних параметрів компонент 3-ї гармоніки може досягати 0,5% від номінального струму трансформатора.
Гармонійні спотворення, спричинені-бічними навантаженнями клієнта
Широкий асортимент споживчого та промислового обладнання вносить значне гармонічне забруднення загальної мережі, причому різні типи навантажень створюють чіткі профілі спотворень.
Напівпровідникове випрямне обладнання
Схеми випрямляча повсюдно використовуються у важких промислових системах, включаючи електричні залізничні системи тяги, алюмінієві електролізні елементи, промислові зарядні станції акумуляторів і комерційні імпульсні джерела живлення, і вони вводять найбільшу кількість гармонік у глобальні електромережі. Ці пристрої покладаються на логіку керування фазовим-зсувом, яка формує сегментовані не-синусоїдальні форми струму з мережі; отримані спотворені залишкові форми хвилі містять щільний гармонічний вміст. Для однофазних-налаштувань випрямляча з індуктивним навантаженням домінують гармонічні струми непарного-порядку, а третя гармоніка може становити 30% струму основної частоти. При підключенні до ємнісних навантажень обладнання генерує гармонічні напруги непарного-порядку, де рівні спотворень зростають разом зі збільшенням значень ємності. Три{11}}фазні повністю керовані 6-імпульсні мостові випрямлячі подають 5-й і вищі непарні гармоніки назад у первинні обмотки трансформатора та кабелі живлення. Навіть оновлені топології 12-імпульсного випрямляча все ще виробляють вимірні струми 11-ї і вище гармонік. Польові дослідження промисловості вказують на те, що приблизно 40% усіх слідів гармонійних спотворень мережі сходять до апаратного забезпечення випрямляча, цементуючи цю категорію обладнання як єдине найбільше джерело гармонік у сучасних електромережах.
Частотні приводи
Системи VFD широко використовуються для регулювання швидкості вентиляторів, водяних насосів, пасажирських ліфтів та інших обертових механізмів. Їхнє керування модуляцією фазового кута дає дуже складні гармонічні спектри, що включають як цілий-порядок, так і між-гармонічні дробові компоненти. На багатьох великих-промислових об’єктах використовуються високо-потужні частотно-частотні частотні блоки, а прискорене впровадження регулювання змінної швидкості постійно погіршує проблеми гармонійних спотворень у розподільчих мережах протягом останніх років.
Дугові печі та печі з карбіду кальцію
Електричні плавильні печі стикаються з внутрішньою нестабільністю роботи під час нагрівання сировини: три електроди печі рідко підтримують постійний контакт із нерівномірним, нерівномірним завантаженням печі. Ця невідповідність створює флуктуаційне незбалансоване три-фазне навантаження, яке генерує гармонійні струми, які поширюються через-з’єднані трикутником обмотки трансформатора в основну мережу. Найпомітнішими компонентами спотворення тут є гармоніки 2-го та 7-го порядку. Дані вимірювань на місці показують, що ці гармоніки зазвичай становлять від 8% до 20% амплітуди основної хвилі, а в екстремальних умовах експлуатації піки спотворень підвищуються до 45%.
Газорозрядні освітлювальні вироби
Люмінесцентні лампи, ртутні лампи високого-тиску, натрієві лампи високого-тиску та металогалогенні лампи підпадають під технологію газорозрядного освітлення. Лабораторне випробування їх напруг-струмових характеристик виявило серйозну не-лінійну поведінку, а деякі моделі ламп навіть демонструють негативні профілі кривої V-I. Установлення цих освітлювальних навантажень вводить значні гармонічні струми непарного-порядку в лінії розподілу низької-напруги.
Побутова техніка
Звичайна побутова електроніка, зокрема телевізори, пристрої запису, настільні комп’ютери та портативні комп’ютери, освітлювальні прилади з регулюванням яскравості та прилади для приготування-температури, що регулюються, — усе це об’єднує схеми регулювання напруги та випрямлячі, які генерують значні гармонічні спотворення-непарного порядку. Моторизовані побутові товари, такі як пральні машини, вентилятори та кондиціонери повітря, також спотворюють форми хвилі сітки через постійні зміни незбалансованих струмів обмотки. Хоча кожен окремий побутовий пристрій споживає лише низьку потужність, величезний обсяг цих пристроїв, підключених до житлових мереж у всьому світі, робить їх не-незначним внеском у загальне гармонічне забруднення.