2.4. Вплив гармонік на елементи систем електропостачання

2.4.1. Резонанси

Наявність в мережах конденсаторів, які використовуються для компенсації реактивній потужності, може привести до місцевих резонансів, які, у свою чергу, можуть викликати надмірне збільшення струму в конденсаторах і вихід їх з ладу.

Паралельний резонанс виникає внаслідок високого опору гармонікам струму на резонансній частоті. Оскільки більшість гармонік відносяться до джерел струму, це викликає збільшення напруги гармонік і великі їх струми в кожній з паралельних гілок.

Паралельні резонанси можуть виникати в різних умовах, найпростіші з них відповідають випадку приєднання конденсаторів до тих же шин, до яких приєднано джерело гармонік. Резонанс в цьому випадку виникає між джерелом гармонік і конденсатором.

Припускаючи опір джерела повністю індуктивним, резонансну частоту визначимо за формулою

,

де - потужність короткого замикання в точці загального приєднання; - потужність конденсаторів.

Інша можливість виникнення паралельного резонансу може виникнути, коли струм гармонік, що йде від їх джерела, зустрічає великий опір навантажень на шинах. Це може привести до резонансу між індуктивністю системи і ємністю або системи, або конденсаторів навантаження.

Дня того щоб визначити умови резонансу в конкретному випадку, необхідно виміряти струми гармонік у вітках кожного навантаження і у вітці живлення, а також напруга гармонік на шинах. Якщо струм, який тече від шин в енергосистему, малий, а напруга велика, це говорить про наявність резонансу між індуктивністю і ємністю конденсатора.

Послідовний резонанс. На високих частотах опір навантаження може не враховуватися, тоді як опір конденсаторів різко знижується. Резонансну частоту цього ланцюга визначають за формулою

,

де - потужність трансформатора; – напруга короткого замикання, %; - потужність навантаження.

При послідовному резонансі великий струм гармоніки може протікати через конденсатор при відносно невеликій напрузі гармоніки. Фактичне значення струму визначається добротністю контура. Зазвичай вона складає порядка 5 на частоті 500 Гц.

Вплив резонансів на системи. Резонанси в системах електропостачання зазвичай розглядаються стосовно конденсаторів, і зокрема до силових конденсаторів. При перевищенні гармоніками струму рівнів, гранично допустимих для конденсаторів, останні не погіршують свою роботу, проте через деякий час виходять з ладу.

Іншою областю, де резонанси можуть приводити до виходу з ладу елементів устаткування, є системи управління навантаженням за допомогою тональних частот. Для того, щоб запобігти поглинанню сигналів силовими конденсаторами, їх ланцюги розділяються настроєними послідовними фільтрами (фільтр-пробка). У разі місцевого резонансу гармоніки струму в колі силового конденсатора різко зростають, що приводить до виходу з ладу настроєного конденсатора послідовного фільтра.

В установці, в якій фільтри налаштовані на частоту 530 Гц з прохідним струмом 100 А кожен, блокували коло силової конденсаторної установки, яка складалась з 15 секцій по 65 квар. Конденсатори цих фільтрів вийшли з ладу через 2 дні. Причиною виявилося наявність гармоніки з частотою 350 Гц, в безпосередній близькості до якої були виявлені умови резонансу між настроєним фільтром і силовими конденсаторами.