Влияние гармоник на системы электроснабжения

б) снижение эффективности процессов
генерации, передачи и использования элек­-
троэнергии;

в) старение изоляции электрооборудо­-
вания и сокращение вследствие этого срока
его службы;

г) ложная работа оборудования.

Резонансы. Наличие в сетях конденсато­ров, используемых для компенсации реак­тивной мощности, может привести к мест­ным резонансам, которые, в свою очередь, могут вызвать чрезмерное увеличение тока в конденсаторах и выход их из строя.

Параллельный резонанс возникает вследствие высокого сопротивления гармо­никам тока на резонансной частоте. Так как большинство гармоник генерируется источ­никами тока, то это вызывает увеличение напряжения гармоник и большие их токи в каждой из параллельных ветвей.

Параллельные резонансы могут возни­кать в различных условиях, простейшие из них соответствуют случаю присоединения конденсаторов к тем же шинам, к каким присоединен источник гармоник. Резонанс в этом случае возникает между источником гармоник и конденсатором.

Предполагая сопротивление источника полностью индуктивным, резонансную час­тоту определим по формуле

(12.1)

где Q_c — мощность конденсаторов; S_{K 3} —

мощность короткого замыкания в точке общего присоединения.

Другая возможность возникновения параллельного резонанса иллюстрируется схемой, приведенной на рис. 12.1. Ток гар­моник, идущий от их источника, встречает большое сопротивление нагрузок на шинах. Это может привести к резонансу между индуктивностью системы L_c и

емкостью либо системы С_с, либо конденса­торов нагрузки С_н.

Для того чтобы определить условия резонанса в конкретном случае, необхо-

Рис. 12.2. Схема последовательного резонанса: К — конденсатор; Г — трансформатор: Н — актив­ная нагрузка

димо измерить токи гармоник в ветвях каж­дой нагрузки и ветви питания, а также напряжение гармоник на шинах. Если ток. текущий от шин в энергосистему, мал, а напряжение велико, это говорит о наличии резонанса между L_c и С_с. Если же значите­лен ток гармоники в ветви нагрузки I при большом напряжении гармоники на шинах, резонанс происходит между L_c и С_н.

Последовательный резонанс иллюстри­руется схемой на рис. 12.2. На высоких час­тотах сопротивление нагрузки может не учи­тывать, в то время как сопротивление кон­денсаторов резко снижается. Резонансную частоту этой цепи определяют по формуле

где P_н — мощность нагрузки; S_т — мощ­ность трансформатора; и_к — напряжение КЗ, %.

При последовательном резонансе боль­шой ток гармоники может течь через кон-

Глава 12. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Рис. 12.3. Настроенная цепь с фильтром-пробкой для управляющего сигнала:

Т — трансформатор; БЦ — блокирующая цепь; НН- нелинейная нагрузка; РК — регулирующий конденсатор

денсатор при относительно небольшом напряжении гармоники. Фактическое зна­чение тока определяется добротностью контура. Обычно на частоте 500 Гц она равна примерно 5.

Влияние резонансов на системы. Резо-нансы в системах электроснабжения обычно рассматриваются применительно к конденсаторам и, в частности, к силовым конденсаторам. При превышении гармони­ками тока уровней, предельно допустимых для конденсаторов, последние не ухудшают свою работу, однако через некоторое время выходят из строя.

Другой областью, где резонансы могут приводить к выходу из строя элементов оборудования, являются системы управле­ния нагрузкой с помощью тональных час­тот. Для того чтобы предотвратить погло­щение сигналов силовыми конденсато­рами, их цепи разделяются настроенными последовательными фильтрами (фильтр-пробка) (рис. 12.3). При местном резонансе гармоники тока в цепи силового конденса­тора резко возрастают, что приводит к выходу из строя настроенного конденса­тора последовательного фильтра. На рис. 12.4 приведен линейный спектр гармоник тока в цепи фильтра, измеренный на установке, где был зафиксирован выход из строя пос­ледовательного фильтра.

Вращающиеся машины.

Потери электроэнергии. Гармоники напряжения и тока приводят к дополни­тельным потерям в обмотках статора, в

Рис. 12.4. Токи гармоник в блокирующей цепи

цепях ротора, а также в стали статора и ротора. При этом потери в проводниках статора и ротора из-за вихревых токов и поверхностного эффекта больше, чем потери, определяемые активным сопротив­лением. Токи утечки, вызываемые гармо­никами в торцевых зонах статора и ротора, приводят к дополнительным потерям.

У асинхронного двигателя с ротором со скошенными пазами и пульсирующими магнитными потоками в статоре и роторе высшие гармоники вызывают дополни­тельные потери в стали. Значение этих потерь зависит от угла скоса пазов и харак­теристик магнитопровода.

Влияние формы кривой напряжения на потери в асинхронном двигателе было показано на примере двигателя мощностью 16 кВт, работающего с полной загрузкой при номинальном напряжении и частоте сети 60 Гц. При синусоидальной форме кривой напряжения полные потери соста­вили 1.3 кВт, а при к ваз и прямоугольно и форме — 1, 6 кВт.

Потери от высших гармоник в двига­теле постоянного тока, питающегося от выпрямителя в среднем распределяются следующим образом: обмотки статора — 14, 2 %. цепи ротора — 41, 2 %, торцевые зоны — 18, 8 %; потоки в пазах — 25, 8 %.

В синхронных машинах потери, за исключением последней составляющей, распределяются приблизительно так же. Следует отметить, что соседние нечетные гармоники в статоре синхронной машины