4. Коэффициент искажения синусоидальности формы кривой напряжения (киск):
(3.3)
где U1- действующее значение первой, а
- действующее значение
- ой гармоники напряжения, представляемого
в виде спектра гармоник:
Значение коэффициента искажений не должно превышать 10 %.
Небольшие искажения обусловлены конструктивными особенностями генераторов. Большие – нелинейной нагрузкой, в том числе мощными полупроводниковыми преобразователями.
При больших искажениях вместо выражения (3.3) искажения оценивают по формуле:
(3.4)
Коэффициент искажения, рассчитанный по формуле (3.3), при любых искажениях будет меньше 100 %. При малых искажениях значения коэффициентов искажений, рассчитанных по формулам (3.3) и (3.4), практически совпадают.
Высшие гармоники нежелательны по ряду причин:
- возникают дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах, сетях;
-
затрудняется компенсация реактивной
мощности с помощью батарей конденсаторов
(Xc = 1/(
C));
- сокращается срок службы изоляции электрических машин и аппаратов;
- ухудшается качество работы систем защиты, автоматики, связи.
Дополнительные
потери (
Рдоп)
в обмотках статора АД, возникающие от
высших гармоник питающего напряжения,
можно оценить:
где
= 3
R; R – сопротивление фазы
обмотки статора;
- напряжение
- ой гармоники в относительных единицах;
«+» в (3.5) имеют гармоники порядка
= 3 к– 1; «-» в (3.5) – гармоники порядка
= 3 к + 1.
При несинусоидальности питающего напряжения, не превышающей 10…15 %, добавочные потери не вызывают нагрева АД.
Потери активной мощности от токов высших гармоник ( Рдоп) в обмотках трансформатора определяются:
где:
– сопротивление обмоток трансформатора;
– коэффициент, учитывающий увеличение
сопротивления трансформатора из-за
влияния поверхностного эффекта и эффекта
близости.
Для
силовых трансформаторов: к5 = 2,1; к7 = 2,5;
к11 = 3,2; к13 = 3,7. Потери в стали трансформатора
зависят от формы кривой подводимого
напряжения: при заостренной форме они
уменьшаются, при уплощенной –
увеличиваются. Форма кривой определяется
не только составом гармоник, но и фазовым
сдвигом гармоник относительно основной.
Потери в стали ~1/(
).
Батареи
конденсаторов, без применения
специальных мер защиты от высших
гармоник, фактически не работают. Связано
это с систематической перегрузкой
батарей по току. Однако, если перегрузка
токами высших гармоник не превышает 30
% Iн и конденсаторы не отключаются
защитой, то срок их службы сокращается,
так как при несинусоидальном напряжении
процесс старения диэлектрика конденсаторов
протекает более интенсивно. Коэффициент
диэлектрических потерь (tg
)
при киск= 5 % через 2 года эксплуатации
увеличивается в два раза.
В элементах автоматики и защиты, в зависимости от элементной базы и принципа работы, несинусоидальность напряжения может вызвать ложные срабатывания, отсутствие срабатывания, уменьшить точность регулирования. Для этих устройств существенным является то, что порядок гармоники определяет вид последовательности которую они образуют. Высшие гармоники порядка =3к+1 (4, 7, 10, 13…) в кривых напряжений образуют системы прямой последовательности. Гармоники =3к-1 (2, 5, 8…) – образуют системы обратной последовательности, гармоники =3к (3, 6, 9…) – нулевой последовательности.