Harmonische stroom leidt tot extra warmte-ontwikkeling in kabels, verdeelinstallaties en beveiligingstoestellen. Dit kan resulteren in een verminderde levensduur van de installatie, defecten, uitval en zelfs brand. Ook zorgt harmonische stroom ervoor dat er harmonische spanning ontstaat op het gehele netwerk. Harmonische spanning- en stroom worden samen ook wel “Harmonische vervuiling” genoemd.

In het Europese elektriciteitsnetwerk heeft de stroom en de spanning een frequentie van 50Hz. Harmonische stroom is een stroom die niet 50Hz is, maar een veelvoud hiervan. Zo is een golf van 150 Hz de derde harmonische (3*50) en 250 Hz de 5e harmonische (5*50) van 50 Hz.

Wat veroorzaakt harmonische stroom?

Harmonische stroom wordt veelal veroorzaakt door elektronica. Elektronica bevat componenten die de stroom schakelen, om deze van AC naar DC om te zetten. Voorbeelden van deze componenten zijn transistoren, IGBT’s, MOSFET’s, diodes en thyristors. Hierdoor is de opgenomen stroom niet meer sinusvormig (non-fundamenteel) en bestaat dus voor een deel uit harmonische stromen.

Waarom kan een kabel warmer worden van harmonische stroom?

Door de toevoeging van harmonischen zal de stroom toenemen. Dit zorgt voor een hogere belasting van de kabels en dus meer warmte.

Ook is er het zogenaamde ‘skin effect’. Dit betekent dat stroom met een hogere frequentie zich enkel via de buitenkant van de geleider wil verplaatsen, wat leidt tot meer warmte-ontwikkeling in de kabel.

Vaak wordt er tijdens de ontwerpfase geen rekening gehouden met harmonische stroom. Hierdoor ontstaat het risico op onderdimensionering. Dit is zeer risicovol en kan leiden tot brand als de beveiligingstoestellen ongevoelig zijn voor harmonischen.

Waarom kan de nul doorbranden bij harmonische vervuiling?

In een gebalanceerd drie-fasen systeem loopt er geen (of weinig) stroom door de nul. Harmonischen van onder andere de 3^e, 9^e en 15^e orde zijn ‘homopolair’ en gedragen zich daardoor als enkelfasige belasting: Het pad van de stroom loopt door de nulgeleider. Daarnaast wordt homopolaire stroom per fase uitgedrukt. In de nulgeleider van een drie-fasen installatie stroomt dus 3x zoveel. Bij grote hoeveelheden 3^e 9^e of 15^e harmonische kan het dus zijn dat de nul geleider te klein gedimensioneerd is en door kan branden.

Bestaan er ook even harmonische?

Even harmonische (2,4,6 etc.) bestaan ook maar komen in mindere mate voor. Desondanks dragen ze wel bij aan de totale vervorming. Even harmonische worden veelal veroorzaakt door enkelfasige belastingen die enkel de bovenkant- of onderkant van de sinus gebruiken. Wel kan het een indicatie zijn voor de aanwezigheid van een DC-stroom in het netwerk.

Wat zijn de normen omtrent harmonische stromen?

Afhankelijk van de bedrijfssituatie zijn verschillende normen van toepassing.

De netcode (EN50160) zegt bijvoorbeeld praktisch niets over de limieten van de harmonische stromen, maar wel over harmonische spanning. De NEN1010 richt zich enkel op de effecten van de homopolaire harmonischen, en stelt dat de dimensionering van de nulgeleider daarop aangepast moet worden. Er zijn diverse EN61000- normen omtrent harmonische stroom, afhankelijk van de aansluitwaarde van het toestel en de omgeving van het toestel (residentieel/commercieel en industrieel). Deze zeggen echter enkel iets over het individuele toestel en niet over meerdere toestellen in de installatie.

Wat is het verschil tussen harmonische stroom en harmonische spanning?

Harmonische stroom veroorzaakt harmonische spanning in de installatie. Harmonische spanning heeft effect op alle aangesloten apparaten in de installatie terwijl harmonische stroom enkel effect heeft op beveiligingstoestellen, transformatoren en kabels.

Wat kunt u doen tegen harmonische stroom?

Kwalitatief hoogwaardige toestellen consumeren normaliter zo weinig mogelijk harmonische stroom. De problemen ontstaan ook meestal niet door één toestel maar door een combinatie van netimpedantie, interactie tussen toestellen en andere externe factoren. Meten is de beste manier om problemen in kaart te brengen en een effectieve oplossing te bieden.

Er zijn diverse oplossingen voor harmonische stroom zoals passief en actief filteren.