Компенсация высших гармоник тока.
В связи с быстрым ростом применения устройств использующих в своей схеме тиристоры, которые часто генерируют в сеть гармоники, появилось достаточно большое количество возмущений в электросетях. Эти возмущения приводят к систематическому недопроизводству, а то и сбоям производственного оборудования. Поэтому, необходимо использовать фильтры гармоник для предотвращения роста уровня нелинейных искажений в сети, поглощения (тепловыделения) гармоник, а также для рационального использования электроэнергии.
Искаженная кривая тока или напряжения может быть разложена на фундаментальную синусоиду (50 Гц) и сумму определенного количества частот кратных 50 Гц. Н.: 250 Гц – 5-я гармоника и 350 Гц - 7-я гармоника. Сумма определенного количества частот, которые могут быть добавлены к синусоиде 50 Гц для получения существующей формы тока или напряжения и называется гармониками. Соответственно при изменении их амплитуды, фазы и частоты изменяется кривая тока или напряжения как результат синтеза гармоник.
Нелинейные искажения проявляются как изменение синусоидальности кривой тока или напряжения. Частоты выше фундаментальной (50 Гц) называются гармониками, частоты ниже фундаментальной называются субгармониками.
Для примера на рисунке 3 ниже искаженная кривая представлена как сумма фундаментальной частоты 50 Гц и суммы гармоник 5-ой (250 Гц) и 7-ой (350 Гц).
|
Рис.3 |
Искаженная кривая = 50 Гц основная частота + 5-я гармоника (250 Гц) + 7-я гармоника (250 Гц).
Источники (усилители) гармоник:
Тиристорные контроллеры;
Частотные приводы;
Устройства плавного пуска двигателя;
Конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности (без фильтров);
Полупроводники;
Дуговая сварка;
Трансформаторы, реакторы;
Нелинейная нагрузка искажающая форму кривой тока, что генерирует гармоники.
Процесс инжиниринга для подавления гармоник:
Сбор данных (состояние системы, гармонический спектр, THD предел);
Построение карты импедансов системы;
Расчет импеданса гармоникам и определение порядка фильтра;
Расчет перетоков гармоник;
Отработка на специализированном ПО;
Проверка возможных ненормальных резонансов в системе, и вероятности усиления гармоник;
Разработка и производство системы подавления гармоник;
Проверка системы после инсталляции;
Отчет о проделанных измерениях и внедренном оборудовании.
Искажения (возмущения) вносимые гармониками.
Гармоники генерируемые источниками не остаются в системе а проявляются в соседних связанных электросетях и могут приводить к катастрофическим последствиям в других системах.
Перегрев и выход из строя трансформаторов;
Увеличение тока, или перегрузка током конденсаторов и шум;
Сбои в работе систем контроля;
Изменение напряжения;
Перегрузка вращающихся устройств;
Ошибки срабатывания автоматических выключателей;
Ошибки в коммуникационном оборудовании;
Большой ток в нейтрали и низкое напряжение между фазой и PE.
Фильтр гармоник – устройство, которое подавляет и потребляет гармоники генерируемые различным оборудованием. Он состоит из резистора, катушки индуктивности (реактора) и конденсатора.
Типовой фильтр гармоник состоит из одиночных шунтирующих фильтров для гармоник низкого порядка (3-15 я). Эти фильтры настроены на частоту гармоники, которую они подавляют. Для гармоник более высокой частоты, устанавливаются дополнительные фильтры.