2.4.3. Вплив гармонік на статичне устаткування

Лінії електропередач. Гармоніки струму в лініях приводять до додаткових втрат електроенергії і напруги.

У разі кабельних ліній гармоніки напруги збільшують дію на діелектрик пропорційно збільшенню максимального значення амплітуди. Це, в свою чергу, збільшує число пошкоджень кабелю і вартість ремонтів.

У лініях надвисокої напруги гармоніки напруги з тієї ж причини (збільшення амплітуди) можуть викликати збільшення втрат на корону.

Трансформатори. Гармоніки напруги викликають в трансформаторах збільшення втрат на гістерезис, втрат, пов'язаних з вихровими струмами в сталі, і втрат в обмотках. Крім того, скорочується термін служби ізоляції. Втрати активної потужності від струмів вищих гармонік в силових трансформаторах визначають за формулою

,

де – струм ν-ї гармоніки, що протікає через трансформатор; – опір короткого замикання трансформатора при промисловій частоті;

–коефіцієнт, що враховує збільшення опору короткого замикання для вищих гармонік внаслідок поверхневого ефекту і ефекту близькості.

Для силових трансформаторів приймають

;;;

Збільшення втрат в обмотках найбільш важливо у разі перетворюючого трансформатора, оскільки наявність фільтру, що приєднується зазвичай до сторони змінного струму, не знижує гармонік струму в трансформаторі. Тому потрібно встановлювати трансформатори великої потужності. Крім того, спостерігаються локальні перегріви бака трансформатора.

Важлива складова дії гармонік на потужні трансформатори полягає в циркуляції потрійного струму нульової послідовності в обмотках, сполучених в трикутник. Це може привести до їх перевантаження.

Батареї конденсаторів. Додаткові втрати в конденсаторах визначаються виразом

,

де - питомі втрати на основній частоті, кВт/квар; С - ємність конденсатора; - напруга n-ї гармоніки.

Ці втрати приводять до додаткового нагріву конденсаторів. У загальному випадку конденсатори проектуються так, щоб допускати певне струмове перевантаження. Конденсатори, що випускаються у Великобританії, допускають перевантаження 15, в Європі і Австралії -30, у США - 80, в СРСР - 30 %. При перевищенні цих значень, що спостерігаються в умовах підвищених гармонік напруги на вводах конденсаторів, останні перегріваються і виходять з ладу.

2.4.4. Вплив гармонік на системи дистанційного керування струмами тональної частоти

Такі системи часто використовуються для дистанційного включення і відключення вуличного освітлення і для управління навантаженням (наприклад, побутовими водонагрівачами). Помилкова робота такої системи може виникнути у випадку, якщо в мережі є гармоніки, частоти яких близькі до частоти системи управління. Амплітуда гармоніки напруги, яка може привести до спрацьовування реле, залежить від його характеристик (чутливості і селективності) і близькості частот впливаючої гармоніки і системи управління.

Можливі два види дії: а) блокування сигналу, коли гармонійна перешкода не дозволяє виділити сигнал, що управляє (наявність конденсаторів може приводити до такого ж результату завдяки їх властивості поглинати напругу підвищеної частоти); б) помилкова робота реле через виникнення мережевих гармонік за відсутності сигналу, що управляє.

Типи реле, що раніше випускалися, були електромеханічними з відповідними фільтрами вищих гармонік. Хоча вони були повільнодіючими, але володіли хорошою селективністю. Проте ці реле були схильні до помилкових спрацьовувань у зв'язку з низьким ступенем кодування сигналу, що дозволяє впливати на реле будь-якій гармоніці, що пройшла через фільтр.

Нові реле в основному є електронним еквівалентом електромеханічних попередників. Вони зазвичай включають п'єзоелектричні або активні фільтри, а високий ступінь кодування сигналу мінімізує помилкові спрацьовування.

У майбутньому реле систем дистанційного керування використовуватимуть цифрові фільтри, які володіють майже ідеальною здатністю виділяти сигнали встановленої частоти за наявності перешкод у вигляді вищих гармонік.