Несинусоидальность напряжения. Способы и средства компенсации несинусоидальности напряжений

В СЭС современных предприятий большой удельный вес имеют ЭП с нелинейными вольт-амперными характеристиками: преобразовательные и сварочные установки, трансформаторы, электродвигатели и др. Характерной особенностью этих устройств является потребление ими из сети несинусоидальных токов при подведении к их зажимам синусоидального напряжения. Токи высших гармоник, протекая по элементам электрический сети, вызывают падение напряжения в сопротивлениях этих элементов, которые, накладываясь на основную синусоиду напряжения, приводят к искажению формы кривой напряжения сети. Исследования последней показали, что она в большинстве случаев носит периодический характер и симметрична относительно оси времени, то есть или не имеет четных гармоник, или они незначительны.

В силовых цепях всегда есть электрические машины и аппараты, имеющие схему соединения обмоток Δ и поэтому являющиеся фильтрами для гармоник, кратных трем. В целом в электрических сетях предприятий преобладают высшие гармоники канонического ряда (1, 5, 7, 11, 13, 17...). В связи с тем, что амплитуда токов высших гармоник обратно пропорцио­нальна номеру гармоники (), в практике проектирования обычно ограничиваются учетом гармоник до 17 (иногда 23) включительно. Так как основными источниками гармоник являются выпрямительные установки, то номера гармоник, генерируемых ими, определяются из выражения

n_у = рk ± 1,

где р - число фаз выпрямления; k - последовательный ряд чисел 1, 2, 3...

Расчет уровня гармоник в электрических сетях может быть произведен методами, изложенными в [23, 69, 70].

Наличие высших гармоник в напряжении электрической сети приводит к следующим отрицательным последствиям.

1. Происходят дополнительные потери асинхронного режима (АР) в проводниковых элементах СЭС (обмотках электродвигателей, трансформаторов, проводах ЛЭП и др.), что вызывает их дополнительный нагрев и сокращает срок службы. Кроме того, высшие гармоники приводят к увеличению диэлектрических потерь в изоляции элементов электрической сети и, следовательно, к ускорению их старения и сокращения срока службы. Так например, при К_нс = 5 % tg δ БСК увеличивается в течение двух лет в два раз; при К_нс = 6 – 8 % - через 3,5 года эксплуатации токи утечки в изоляции кабельной линии становятся на 43 % выше, чем у кабельной линии, работающей в электрической сети с К_нс ≈ 0.

2. Ограничивается область применения БСК вследствие появления резонансных или близких к ним режимов на одной из частот высших гармоник. При этом перегрузка по току БСК может достигнуть 400 %, что приводит к выходу их из строя. Для устранения этих явлений приходится идти на удорожание схем подключения БСК (реактивирование) или применять специальные технические средства по снижению уровня гармоник в электрической сети.

3. Ухудшается работа преобразовательных установок как в часы силовой цепи (увеличение пульсации при выпрямлении), так и в части снижения надежности работы блоков управления.

4. Значительно увеличивается погрешность в работе счетчиков электрической энергии.

5. Повышается вероятность перехода однофазных замыканий на землю в сетях напряжения выше 1000 В с изолированной нейтралью в межфазные, так как дугогасящие катушки настраиваются только на токи основной частоты.

6. Ухудшается качество и даже происходят сбои в работе связи, систем РЗА, телемеханики.

Существуют два метода снижения несинусоидальности напряжения в электрической сети: рациональное построение СЭС и применение специальных технических средств. При проектировании СЭС к основным мероприятиям, снижающим уровень высших гармоник в напряжении электрической сети, относятся следующие:

- локализация высших гармоник, разделение питания нормальной и анормальной нагрузки такими же способами, как и для снижения колебаний напряжения - от разных плеч трансформаторов и реакторов с расщепленными обмотками;

- увеличение S_кз;

- увеличение числа фаз выпрямления преобразовательных установок.

К специальным техническим средствам снижения уровня высших гармоник в электрических сетях относятся силовые фильтры, настроенные на определенные гармоники, комплексные фильтросимметрирующие устройства. Конденсаторные батареи в фильтрах высших гармоник используются одновременно для КРМ на основной частоте. Необходимо отметить, что снижение уровня высших гармоник в электрических сетях в настоящее время стало одним из сложнейших и дорогостоящих мероприятий по улучшению качества электроэнергии. На рисунке 4.9 приведена схема подключения ДСП и устройства по улучшению ПКЭ - по снижению колебаний напряжения и уровня высших гармоник, а также БСК для КРМ. Более подробно описание способов и схем по поддержанию ПКЭ в узлах СЭС с ДСП приведено в [23].

Рисунок 4.9 – Схема подключения ДСП и устройства по улучшению ПКЭ: В1, В2, ВЗ, В4 - выключатели, Т1, Т2, ТЗ - трансформаторы; Р - реактор; КБ - конденсаторная батарея; СФ - силовой фильтр высших гармоник; ТР - тиристорный регулятор напряжения

Дата добавления: 2014-01-05