- •В.А. Ощепков электромагнитная совместимость в электроэнергетике
- •Введение
- •Принятые сокращения
- •Основные понятия и определения
- •Экономические аспекты электромагнитной совместимости
- •1 Источники и значения электромагнитных помех на электрических станциях и подстанциях
- •1.1 Электромагнитная обстановка на объектах электроэнергетики
- •1.2 Источники электромагнитных воздействий
- •1.3 Внешние источники помех
- •1.3.1 Грозовой разряд
- •1.3.2 Разряды статического электричества
- •1.4 Технические источники помех
- •1.4.1 Электрические и магнитные поля промышленной частоты, создаваемые силовым оборудованием подстанций
- •1.4.2 Напряжения помех в сетях низкого напряжения
- •2 Характеристики помех
- •2.1 Основные типы помех и диапазон изменения их параметров
- •2.2 Способы описания и представления помех
- •2.2.1 Логарифмические относительные характеристики. Уровни
- •2.2.2 Основные параметры помех
- •2.2.3 Представление периодических функций времени в частотной области. Ряд Фурье
- •2.2.4 Представление непериодических функций времени в частотной области. Интеграл Фурье
- •3 Пассивные помехоподавляющие компоненты
- •3.1 Фильтры
- •3.2 Фильтровые элементы
- •3.3 Сетевые фильтры
- •4 Мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости устройств
- •4.1 Введение
- •4.2 Технические мероприятия. Система электропитания
- •4.3 Проблемы обеспечения качества электроэнергии на современном этапе развития электроэнергетики
- •4.4 Влияние отклонения напряжения на работу различных электроприемников
- •4.5 Методы, способы и средства регулирования напряжения в электрических сетях промышленных предприятий
- •4.6 Определение необходимых диапазонов регулирования напряжения в пунктах приема электроэнергии и допустимых потерь напряжения в распределительных электрических сетях
- •Добавки напряжения трансформаторов с пбв с коэффициентом трансформации 6 - 20/0,4 кВ
- •4.7 Колебания напряжения. Способы и средства уменьшения колебаний напряжения
- •4.8 Несинусоидальность напряжения. Способы и средства компенсации несинусоидальности напряжений
- •4.9 Несимметрия напряжения. Способы и средства симметрирования напряжения в электрических сетях
- •5 Электромагнитная совместимость сетей электроснабжения зданий
- •5.1 Общая характеристика схем сетей электроснабжения
- •6 Защита от перенапряжений в сетях до 1000 в
- •6.1 Импульсы испытательных токов и напряжений
- •6.2 Применение зонной концепции ограничения перенапряжений в сетях электроснабжения напряжением до 1000 в
- •6.3 Схема защиты от перенапряжений в tn-c сети
- •6.4 Схема защиты от перенапряжения в tn-s сети
- •6.5 Схема защиты от перенапряжений в тт сети
- •6.6 Схема защиты от перенапряжений в iт сети
- •7 Экологические аспекты электромагнитной совместимости
- •7.1 Роль электрических процессов в функционировании живых организмов
- •Приложение
- •Перечень подзаконных правовых документов
- •Библиографический список
- •Оглавление
4.8 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
nу = 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 Кнс = 5 % tg δ БСК увеличивается в течение двух лет в два раз; при Кнс = 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 Кнс ≈ 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 Sкз;
- 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