|
4.5. Влияние несинусоидальности
напряжения ЭП с нелинейными вольт-амперными
характеристиками потребляют из сети несинусоидальные токи
при подведении к их зажимам синусоидального напряжения.
Токи высших гармоник, проходя по элементам сети, создают
падения напряжения в сопротивлениях этих элементов
и, накладываясь на основную синусоиду напряжения,
приводят к искажениям формы кривой напряжения в узлах
электрической сети. В связи с этим
ЭП с нелинейной вольт-амперной характеристикой часто
называют источниками высших гармоник.
Наиболее серьезные нарушения КЭ в электрической сети
имеют место при работе мощных управляемых вентильных
преобразователей . При этом порядок высших гармонических
составляющих тока и напряжения в сети определяется
по формуле  (4.9)
где m — число фаз выпрямления;
k — последовательный ряд натуральных чисел
(0,1,2…). В зависимости от схемы выпрямления
вентильные преобразователи генерируют в сеть
следующие гармоники тока: при 6-фазной схеме — до 19-го
порядка; при 12-фазной схеме — до 25-го порядка
включительно.
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения
в сетях с электродуговыми сталеплавильными
и руднотермическими печами определяется в основном
2, 3, 4, 5, 7-й гармониками. Коэффициент
искажения синусоидальности кривой напряжения установок дуговой
и контактной сварки определяется в основном
5, 7, 11, 13-й гармониками.
Токи 3-й и 5-й гармоник газоразрядных ламп
составляют 10 и 3 % от тока 1-й гармоники.
Эти токи совпадают по фазе в соответствующих линейных
проводах сети и, складываясь в нулевом проводе сети
380/220 В, обусловливают ток в нем, почти равный
току в фазном проводе. Остальными гармониками для
газоразрядных ламп можно пренебречь . Исследования кривой тока
намагничивания трансформаторов , включенных в сеть
синусоидального напряжения, показали, что при трехстержневом
сердечнике и соединениях обмоток U/U; и /U;
в электрической сети имеются все нечетные гармоники,
в том числе гармоники, кратные трем. Гармоники, кратные
трем, обусловлены несимметрией намагничивающих токов
по фазам:
 (4.10)
Действующее
значение намагничивающего тока трансформатора:
 (4.11)
Токи
намагничивания образуют системы токов прямой и обратной
последовательности, которые по абсолютной величине одинаковы
для гармоник, кратных трем. Для других нечетных гармоник токи
обратной последовательности составляют около 0,25 токов
прямой последовательности .
Если на вводы трансформаторов подается несинусоидальное
напряжение возникают дополнительные составляющие высших гармоник
тока. Трансформаторы ГПП дают 5-ю гармонику небольшой величины
. В целом несинусоидальные режимы обладают теми же
недостатками, что и несимметричные.
Высшие гармоники тока и напряжения вызывают
дополнительные потери активной мощности во всех элементах
системы электроснабжения: в линиях электропередачи ,
трансформаторах , электрических машинах ,
статических конденсаторах , так как сопротивления этих
элементов зависят от частоты. Так, например, емкостное
сопротивление конденсаторов, устанавливаемых в целях
компенсации реактивной мощности, с повышением частоты
подводимого напряжения уменьшается. Поэтому, если
в напряжении питающей сети есть высшие гармоники,
то сопротивление конденсаторов на этих гармониках
оказывается значительно ниже, чем на частоте
50 Гц. Из-за этого в конденсаторах,
предназначенных для компенсации реактивной мощности, даже
небольшие напряжения высших гармоник могут вызвать значительные
токи гармоник. На предприятиях с большим удельным весом
нелинейных нагрузок батареи конденсаторов работают плохо. Они или
отключаются защитой от перегрузки по току или
за короткий срок выходят из строя из-за вспучивания
банок (или ускоренного старения изоляции). Известны случаи, когда
на предприятиях с развитой кабельной сетью напряжением
6 — 10 кВ батареи конденсаторов оказываются
в режиме резонанса токов (или близких к этому режиму)
на частоте какой-либо из гармоник, что приводит
к опасной перегрузке их по току.
Высшие гармоники вызывают:
— Паразитные поля и электромагнитные моменты
в синхронных и асинхронных двигателях, которые ухудшают
механические характеристики и КПД машины. В результате
необратимых физико-химических процессов, протекающих под
воздействием полей высших гармоник, а также повышенного
нагрева токоведущих частей наблюдается:
- ускоренное старение изоляции электрических машин,
трансформаторов, кабелей;
- ухудшение коэффициента мощности ЭП;
- ухудшение или нарушение работы устройств автоматики,
телемеханики, компьютерной техники и других устройств
с элементами электроники;
- погрешности измерений индукционных счетчиков
электроэнергии, которые приводят к неполному учету
потребляемой электроэнергии;
- нарушение работы самих вентильных преобразователей при
высоком уровне высших гармонических составляющих.
— Наличие высших гармоник неблагоприятно сказывается
на работе не только электрооборудования потребителей,
но и электронных устройствах
в энергосистемах.
— Для некоторых установок (система импульсно-фазового управления
вентильными преобразователями, комплектные устройства автоматики
и др.) допустимые значения отдельных гармоник тока
(напряжения) указываются изготовителем в паспорте
изделия.
— Кривая напряжения, подводимого к ЭП, не должна
содержать высших гармоник в установившемся режиме работы
электросети. Следует подчеркнуть, что в условиях работы
ЭП, несинусоидальность напряжения проявляется совместно
с действиями других влияющих факторов и поэтому
необходимо рассматривать всю совокупность факторов
совместно.
|
