Несинусоидальность напряжения и тока в системах электроснабжения

На современных предприятиях, в том числе и селискохозяйственных, значительное распространение получили нагрузки, вольт-амперные характеристики которых нелинейны K их числу относятся тиристорные преобразователи, газоразрядные лампы, частотные приводы, устройства плавного пуска двигателя, конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности (без фильтров), полупроводники, трансформаторы, реакторы, нелинейная нагрузка искажающая форму кривой тока (что генерирует гармоники) и др. Эти нагрузки потребляют из сети ток, кривая которого оказывается несинусоидальной, в результате возникают нелинейные искажения кривой напряжения сети или, несинусоидальные режимы.

Несинусоидальные режимы неблагоприятно сказываются на работе силового электрооборудования, систем релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи.//

Возникающие при этом экономические ущербы обусловлены главным образом, ухудшением энергетических показателей, снижением надежности функционирования электросетей и сокращение срока службы электрооборудования.

Основной круг вопросов, составляющих содержание проблемы несинусоидальности, сводится к следующим:

- оценка электромагнитной совместимости источников высших гармоник и других нагрузок;

- количественная оценка высших гармоник тока, генерируемых различными нелинейными нагрузками, и прогнозирование значений высших гармоник тока и напряжения в электросетях.

- снижение уровней высших гармоник.

Несинусоидальность напряжения сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности (искажения) кривой напряжения, который определяется по формуле:

где U_n - действующее значение напряжения n - й гармоники;

U₁ - действующее значение первой или основной гармоники.

Любую несинусоидальную периодическую функцию f(wt) с периодом 2p, удовлетворяющую условию Дирихле// можно представить в виде суммы постоянной величины и бесконечного ряда синусоидальных величин с кратными частотами. Такие синусоидальные составляющие называются гармониками. Синусоидальная составляющая, период которой равен периоду несинусоидальной периодической величины, называется основной гармоникой. Остальные составляющие синусоиды с частотами со второй по n-ю называются высшими гармониками/4/.

Эффекты, вызываемые высшими гармониками напряжения и токаусловно могут быть разделены на эффекты мгновенного и длительного возникновения.

Проблемы мгновенного возникновения включают:

искажение формы питающего напряжения;

падение напряжения в распределительной сети;

эффект гармоник, кратных трем (в трехфазных сетях);

резонансные явления на частотах высших гармоник;

наводки в телекоммуникационных и управляющих сетях;

повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании;

вибрация в электромашинных системах.

Проблемы длительного возникновения приводят к:

нагреву и дополнительным потерям в трансформаторах и электрических машинах;

нагреву конденсаторов;

нагреву кабелей распределительной сети.

Рис.1.
Питающее напряжение

Для ослабления влияния проблем, вызываемых высшими гармониками тока при нагрузках с высоким значением коэффициента амплитудымогут использоваться несколько методов, к числу которых относятся:

1.Обеспечение симметричного режима работы трехфазной системы.

2.Включение в систему разделительного трансформатора с обмотками "треугольник-звезда".

3.Использование фильтров подавления гармоник.

4.Применение двенадцатиполупериодного выпрямителя в силовых преобразователях.

5.Соединения вторичных обмоток трансформаторов по схеме «зигзаг».