Arnau Sans, Lead Engineer, HyTEPS
‘Supraharmonischen’ verwijst naar storingen in elektrische systemen binnen een specifiek frequentiebereik: voor Europese 50 Hz-systemen is dat 2,5 kHz tot 150 kHz. In 60 Hz-systemen begint het frequentiebereik bij 3,0 kHz. Moderne elektronica, ongeacht het prijsniveau, werkt meestal met hogere schakelfrequenties. Deze schakelfrequenties hebben de neiging om minder storing te injecteren in de stroom die door kabels loopt. Daaruit voortvloeiende hogere harmonischen in elektrische installaties zorgen echter voor unieke uitdagingen, die anders zijn dan bij ‘traditionele’ harmonischen tot zo’n 2,5 kHz.
Supraharmonischen komen steeds vaker voor in elektrische installaties, om uiteenlopende redenen. Moderne elektrische installaties zijn complexer dan ooit, met onderling verbonden systemen en apparaten die op elkaar inwerken op manieren die supraharmonischen genereren. Nieuwe elektronica is compacter, waardoor de complexiteit van installaties toeneemt. Dat leidt tot interferentie, waardoor belastingen niet goed werken, alarmsignalen onbedoeld afgaan, of voedingen uitvallen omdat condensatoren (passieve componenten) vaak hogere frequenties absorberen.
Vermogenselectronica
Een belangrijke oorzaak van toegenomen supraharmonischen is het steeds meer wijdverbreide gebruik van elektronische apparatuur die gebruik maakt van vermogenselektronica met hogere schakelfrequenties. Een andere oorzaak is de opkomst van stroomomvormers in bijvoorbeeld zonne-energiesystemen, opladers voor elektrische voertuigen of batterijopslagsystemen. Elektronische apparatuur is tegenwoordig vaak gevoeliger voor supraharmonischen. Storingen veroorzaakt door interferentie kunnen resulteren in productieverlies (systemen vallen uit), maar ook hoorbaar geluid en trillingen in transformatoren, schakelapparatuur en andere elektrische componenten. Aanhoudende Elektromagnetische Interferentie (EMI), spanningsvervormingen en -fluctuaties en harmonische resonanties tasten de levensduur van componenten en de stabiliteit en kwaliteit van de stroom aan.
Uitdagingen bij het omgaan met supraharmonischen
In het verleden bevatten systemen nauwelijks elektronica, dus was men zich nauwelijks bewust van de mogelijke aanwezigheid van hogere frequenties die problemen kunnen veroorzaken. Als gevolg hiervan bestaat er momenteel geen uitgebreide standaardisatie of regelgeving met betrekking tot supraharmonische limieten en mitigatie. Dat betekent dat apparaten en systemen niet altijd zijn ontworpen met adequate maatregelen in het achterhoofd. Ieder apparaat zal een zeker niveau van supraharmonische stroom injecteren. Als er zes identieke belastingen zijn geïnstalleerd, zie je normaal gesproken vanzelf hogere harmonischen. Uiteindelijk wordt de mate van overlast bepaald door de mate waarin de stroom zich opbouwt op de spanningsgolfvorm, of de aanwezigheid van stroomkabels zich in de buurt van communicatiekabels.
Naarmate vermogenselektronica steeds vaker wordt ingezet, zien we vaker problemen met supraharmonischen. Soms blijken hulplasten, bijvoorbeeld in de buurt van batterijomvormers, gevoeliger voor storingen. Supraharmonischen kunnen zich ook via de gemeenschappelijke aarde verplaatsen en belastingen zoals computers en beeldschermen beïnvloeden. Bij het inperken van ‘gewone’ harmonischen worden technieken ingezet zoals passieve en actieve filters en slimme ontwerpen van installaties. Supraharmonischen kunnen echter niet worden aangepakt met traditionele harmonische filters.
Oplossingen: slimme analyse en gespecialiseerde technieken
Meten en mitigeren van supraharmonischen vereist gespecialiseerde apparatuur. Standaard PQ-analyzers en harmonische meters zijn vaak ontoereikend. Het doorgronden en inperken van supraharmonische problemen in installaties vraagt ook om gespecialiseerde methoden en diepgaande kennis. Supraharmonischen kunnen sterk variëren tussen installaties, wat geavanceerde monitoring, analysetools en specifieke training vereist. Op basis van ervaring, de juiste Power Quality meters, oscilloscopen, spectrum analyzers en data-verzameling en -analyse wordt het mogelijk om supraharmonische frequenties en grootheden te identificeren en bronnen en patronen te lokaliseren. Op basis hiervan kunnen EMI-filters, afscherming en aarding worden geïmplementeerd om ongewenste frequenties te dempen en problemen zoals resonantie tegen te gaan.
Diepgaande kennis van supraharmonischen en problemen met de kwaliteit van elektriciteit is nodig om complexe interacties tussen componenten te begrijpen en in kaart te brengen hoe deze interacties supraharmonischen veroorzaken of versterken. Met de juiste kennis wordt het mogelijk om ervoor te zorgen dat oplossingen voldoen aan huidige en opkomende regelgeving en best practices. Inschakelen van specialisten zorgt ervoor dat alle stappen effectief worden uitgevoerd. Dat betekent betere stroomkwaliteit en betrouwbare, langdurige werking van elektrische systemen.
