2.3 Влияние гармоник на системы электроснабжения
После того как выявлены источники гармоник и определены их уровни, необходимо выяснить характер влияния гармоник на работу электрооборудования. Все элементы систем электроснабжения должны быть рассмотрены с точки зрения их чувствительности к гармоникам. На основе этого рассмотрения затем вырабатываются рекомендации по допустимым уровням гармоник в сетях.
Основными формами воздействия высших гармоник на системы электроснабжения являются: увеличение токов и напряжений гармоник вследствие параллельного и последовательного резонансов; снижение эффективности процессов генерации, передачи и использования электроэнергии; старение изоляции электрооборудования и сокращение вследствие этого срока его службы; ложная работа оборудования.
Резонансы. Наличие в сетях конденсаторов, используемых для компенсации реактивной мощности, может привести к местным резонансам, которые, в свою очередь, могут вызвать черезмерное 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 конденсаторами.
Предполагая сопротивление источника полностью индуктивным, резонансную частоту определим по формуле
(2.1)
где
- мощность силовых конденсаторов и
емкости питающей сети;
- мощность короткого
замыкания в точке общего присоединения
(рисунок 2.2).
1,3 – нагрузки; 2- источник гармоник; ТОП – точка общего присоединения
Рисунок 2.2 - Параллельный резонанс
Для
того чтобы определить условия резонанса
в конкретном случае, необходимо 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
и
,
.
Последовательный резонанс иллюстрируется рисунком 2.3. Данный вид резонанса возникает при наличии искажений на шинах источника питания. На высоких частотах сопротивление нагрузки может не учитываться, в то время как сопротивление конденсаторов резко снижается. Резонансную частоту этой цепи определяют по формуле
,
(2.3)
где - мощность силовых конденсаторов;
- мощность
трансформатора;
-
напряжение короткого замыкания
трансформатора;
-
мощность нагрузки.
Рисунок 2.3 - Схема последовательного резонанса
К – конденсатор, Т – трансформатор, Н – активная нагрузка
При последовательном резонансе большой ток гармоники может течь через конденсатор при относительно небольшом напряжении гармоники. Фактическое значение тока определяется добротностью контура. Обычно она составляет порядка 5 на частоте 500 Гц.
Влияние резонансов на системы. Резонансы 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.