Анализ гармонических составляющих

На таком нарушении качества электроэнергии, как гармонические искажения, следует остановиться подробнее. Если гармоники напряжения являются причиной сбоев чувствительного оборудования, ни у кого не возникает сомнений, что с ними нужно бороться. Однако если видимых последствий гармоник нет, то они могут оставаться незамеченными неограниченное время. Тем не менее, гармоники далеко не так безобидны, как многие считают, причем внимательно следует относиться к искажениям и напряжения и тока.

Анализ влияния гармонических составляющих на работу электрооборудования.

1. Перегрев трансформаторов при умеренных нагрузках:

Гармонические искажения являются причиной дополнительных потерь в силовых трансформаторах. При нагрузках, близких в максимальным, дополнительные потери по этой причине могут привести к выходу из строя в результате перегрева и прогара изоляции обмоток. При современной тенденции использования оборудования в режимах, близким к его максимальным возможностям, и одновременном росте загрязненности гармоническими искажениями сетей низкого напряжения упомянутая проблема встречается все чаще и чаще.

Из числа различных видов причин потерь в силовых трансформаторах особое внимание следует обратить на вихревые индукционные токи (токи Фуко), поскольку они растут примерно пропорционально квадрату частоты. Для точного установления величины потерь требуется изучить спектр гармонических искажений в электроустановке.

2. Воздействие на электродвигатели:

Гармонические искажения напряжения вызывают дополнительные потери в асинхронных электродвигателях. 5-я гармоника создает противовращающееся магнитное поле, а 7-я – несинхронно вращающееся. Образующиеся в результате этого крутящий (механический) момент вызывает повышенные нагрузки и износ в подшипниках и соединениях вращающихся частей привода. Однако поскольку скорость вращения фиксирована, дополнительная энергия гармоник рассеивается в виде тепла, приводя к преждевременному старению агрегата. Гармонические токи также наводятся на ротор, вызывая дополнительный нагрев, который приводит к уменьшению зазора между ротором и статором, т. е. снижает КПД агрегата в еще большей степени.

Особое внимание следует обратить на пуск электропривода, функционировавшего при больших нагрузках после остановки при перерывах электропитания. И так уже разогретый агрегат в процессе раскрутки при пуске может выйти из строя. При выборе номинальной мощности электропривода следует принимать во внимание:

- что обычно при проектировании электропривода оптимальные характеристики закладываются на 70% нагрузки;

- частоту провалов напряжения на объекте и количество времени, которое с точки зрения экономики процесса допустимо выделять на охлаждения электропривода перед повторным пуском.

3. Перегрев проводников в результате поверхностного эффекта (нагрева поверхностного слоя):

Все гармоники приводят к дополнительным потерям в фазных проводниках. Явление нагрева поверхностного слоя проводника ничтожно при частоте 50Гц, но уже становиться значимым при частоте 350Гц (7-я гармоника) и выше. Например, проводник диаметром 20мм имеет на 60% большее значение видимого сопротивления при 350Гц, чем при протекании постоянного тока. Увеличивающееся по мере роста частоты активное и емкостное сопротивление приводит к падению и еще большему искажению напряжения.

4. Перегрузка нейтрального проводника:

Ток в нулевом рабочем проводнике четырехпроводной системы трехфазного тока при нелинейной нагрузке превышает фазные токи. В прошлом, значение номинала нулевого рабочего проводника обычно принималось как половина значения номинала фазного проводника, но с тенденцией роста гармонической загрязненности типичных электроустановок ситуация становится критической, даже когда нагрузка фазных проводников далека от максимальной.

ГОСТ 13109-87 устанавливаются нормально допустимые и предельно допустимые значения искажения синусоидальности кривой напряжения (Табл.1).

Таблица 1 – Значения коэффициента искажения

синусоидальности кривой напряжения (в процентах)

Несимметрия напряжений

Несимметрия напряжений происходит только в трёхфазной сети под воздействием неравномерного распределения нагрузок по её фазам. Суммарная нагрузка предприятия содержит 85...90 % несимметричной нагрузки.