Wstęp

W układach elektroenergetycznych coraz większą rolę odgrywa jakość energii elektrycznej, w tym minimalizacja wyższych harmonicznych. Jednym z często niedocenianych czynników wpływających na generowanie i wzrost harmonicznych prądu są długie przewody zasilające. Długość kabli, ich konstrukcja oraz obciążenia nieliniowe mogą znacząco wpływać na przebieg prądu i poziom zniekształceń.

Dlaczego długość kabla wpływa na harmoniczne?

Każdy kabel wprowadza do układu:

• Indukcyjność rozproszoną (przeciwdziałającą zmianom prądu),
• Pojemność rozproszoną (magazynującą ładunki elektryczne),
• Rezystancję przewodnika (powodującą straty mocy).

Dla sygnałów wyższych częstotliwości (czyli dla wyższych harmonicznych):

• Impedancja kabla wzrasta,
• Układ zaczyna zachowywać się jak filtr rezonansowy,
• Pojawia się zjawisko rezonansu harmonicznych, co może prowadzić do
  niekontrolowanego wzrostu amplitudy wyższych harmonicznych prądu i napięcia.

Jaki wpływ ma długość kabla?

Zasada ogólna:

Im dłuższy kabel, tym większa całkowita indukcyjność i pojemność układu.

To oznacza:

• Większe tłumienie podstawowej składowej częstotliwości (50/60 Hz),
• Ale wzmocnienie określonych wyższych harmonicznych,
• Większe ryzyko rezonansu szeregowego lub równoległego.

Konkretne dane liczbowo:

• Przy kablu o długości ~50–100 metrów: wzrost poziomu 3. i 5. harmonicznej może
  wynieść 5–10% w stosunku do układu bez wydłużonego kabla.
• Przy długościach >150 metrów: wzrost może sięgać 15–25% lub więcej, szczególnie
  przy obciążeniach nieliniowych (np. falowniki, zasilacze impulsowe).
• W układach z kablami >300 metrów: obserwuje się czasami nawet podwojenie
  poziomu wyższych harmonicznych w porównaniu do układów standardowych.

Uwaga: Długość krytyczna dla ryzyka rezonansu zależy od:

• Typu kabla (jego parametrów L i C na metr długości),
• Charakteru obciążenia (nieliniowość, typ urządzeń),
• Topologii sieci (uziemienie, rozgałęzienia).

Typowe problemy związane z długimi kablami

• Przegrzewanie transformatorów i kabli (prąd harmoniczny powoduje dodatkowe straty
  cieplne),
• Nadmierne grzanie kondensatorów kompensacyjnych,
• Błędy w pracy zabezpieczeń elektronicznych,
• Pogorszenie sprawności urządzeń i systemów,
• Zakłócenia w sieciach komunikacyjnych (np. Ethernet, PLC).

Praktyczne zalecenia:

✅ Stosuj odpowiednią średnicę przewodów — większe przekroje zmniejszają efekty
harmonicznych.

✅ Unikaj niepotrzebnego wydłużania kabli — planuj instalacje kompaktowo.

✅ W układach >100 m długości — rozważ instalację filtrów aktywnych lub pasywnych (LCL,
du/dt).

✅ Monitoruj jakość energii za pomocą analizatorów harmonicznych.

✅ W newralgicznych miejscach stosuj transformatory separacyjne lub urządzenia ograniczające
harmoniczne (np. dławiki sieciowe lub ECOD)

Podsumowanie

Długie kable nie są tylko pasywnym elementem instalacji — przy obecnych nieliniowych obciążeniach (VFD, UPS, komputery) aktywnie wpływają na poziom wyższych harmonicznych. Świadome projektowanie i kontrola parametrów sieci pozwala uniknąć kosztownych awarii i strat efektywności.

W nowoczesnych systemach zarządzania energią, długość kabli należy traktować jako istotny parametr projektowy — równie ważny jak rodzaj urządzeń czy moc zainstalowana.

schematyczny wykres rezonansu kabla względem częstotliwości harmonicznych.

Oto przygotowana tabela zależności długości kabla od wzrostu THD:

Opis:

• Przy długości kabla do 50 metrów efekt wzrostu harmonicznych jest zauważalny, ale
  umiarkowany (około 5% wzrostu THD).
• Powyżej 100 metrów, wzrost staje się istotny — nawet do 10–15% dodatkowego
  zniekształcenia harmonicznego.
• Dla instalacji powyżej 300 metrów może wystąpić drastyczny wzrost harmonicznych
  — ryzyko rezonansów i poważnych zakłóceń.