Augstāku harmoniku parādīšanās iemesli mūsdienu energosistēmās

Mūsdienu pasaules elektroiekārtas kļūst arvien sarežģītākas, īpaši IT tehnoloģijām. Šīs tendences dēļ elektroenerģijas kvalitātes nodrošināšanas sistēmām ir jāatbilst šīm prasībām: tām vienkārši ir viegli jāpārvar svārstības, pārspriegumi, sprieguma kritumi, troksnis, impulsu troksnis utt., lai rūpnieciskais tīkls un ar to saistītie lietotāji varētu normāli funkcionēt.

Viena no galvenajām risināmajām problēmām ir tīkla sprieguma pārveidošana nelineāro slodžu radīto harmoniku dēļ. Šajā rakstā mēs aplūkosim šīs problēmas padziļinātos aspektus.

Kāda ir problēmas būtība

Galvenā pašreizējā biroja tehnikas, datoru, biroja, multimediju tehnikas daļa pārsvarā ir nelineāras slodzes, kuras, pieslēgtas kopējā elektrotīklā milzīgos daudzumos, deformē tīkla sprieguma formu.

Šo izkropļoto spriegumu sāpīgi uztver citas elektroierīces un dažkārt būtiski traucē to normālu darbību: izraisa darbības traucējumus, pārkaršanu, pārtrauc sinhronizāciju, rada traucējumus datu pārraides tīklos, — kopumā nesinusoidāls maiņspriegums var izraisīt dažādas iekārtas. , procesi un neērtības cilvēkiem, tostarp materiāli.

Sprieguma kropļojumu kā tādu raksturo koeficientu pāris: sinusoidālais koeficients, kas atspoguļo augstāko harmoniku efektīvās vērtības attiecību pret tīkla sprieguma pamata harmonikas efektīvo vērtību, un slodzes maksimuma koeficients, kas vienāds ar maksimālā strāvas patēriņa attiecība pret faktisko slodzes strāvu.

Kāpēc augstākās harmonikas ir bīstamas?

Augstāko harmoniku izpausmes radītās sekas pēc iedarbības ilguma var iedalīt tūlītējās un ilgtermiņa. Ierasts pieminēt momentānos: barošanas sprieguma formas kropļojumus, sadales tīkla sprieguma kritumus, harmonikas efektus, tostarp harmonisko frekvences rezonansi, kaitīgus traucējumus datu pārraides tīklos, troksni akustiskajā diapazonā, mašīnu vibrācijas. Ilgtermiņa problēmas ir: pārmērīgi siltuma zudumi ģeneratoros un transformatoros, kondensatoru un sadales tīklu (vadu) pārkaršana.

Harmonikas un līnijas sprieguma forma

Ievērojamas maksimālās strāvas pusē tīkla sinusoidālā viļņa izraisa virsotnes koeficienta palielināšanos.Jo lielāka un īsāka maksimālā strāva, jo spēcīgāks ir kropļojums, savukārt ķemmes koeficients ir atkarīgs no barošanas avota iespējām, no tā iekšējās pretestības - vai tas spēj piegādāt šādu maksimālo strāvu. Daži avoti ir jāpārvērtē attiecībā pret to nominālo jaudu, piemēram, ģeneratoros jāizmanto īpaši tinumi.

Bet nepārtrauktās barošanas avoti (UPS) ar šo problēmu tiek galā daudz labāk: dubultās pārveidošanas dēļ tie jebkurā brīdī spēj kontrolēt slodzes strāvu un regulēt to, izmantojot PWM, kas ļauj izvairīties no problēmām, ko rada augsts strāvas ķemmes koeficients. . Citiem vārdiem sakot, augstais virsotnes faktors nav problēma kvalitatīvam UPS.

Augstākas harmonikas un sprieguma kritums

Kā minēts iepriekš, UPS labi apstrādā augstus virsotnes faktorus, un to viļņu formas kropļojumi nepārsniedz 6%. Savienojošie vadi šeit, kā likums, nav svarīgi, tie ir diezgan īsi. Taču līnijas sprieguma harmoniku pārpilnības dēļ strāvas viļņu forma novirzīsies no sinusoidālās, īpaši nepāra augstfrekvences harmonikām, ko ievieš vienfāzes un trīsfāzu taisngrieži (sk. attēlu).

Sadales tīkla kompleksā pretestība parasti ir induktīvā daba, tāpēc strāvas harmonikas lielos daudzumos izraisīs ievērojamus sprieguma kritumus līnijās, kuru garums ir 100 metri, un šie kritumi var pārsniegt pieļaujamos, kā rezultātā tiks izkropļota slodzes sprieguma forma.

Kā piemēru ņemiet vērā, kā mainās vienfāzes diodes taisngrieža izejas strāva pie dažādām tīkla pretestībām atkarībā no darbināmas ierīces ar beztransformatora ieeju ievades filtra pretestības un kā tas ietekmē sprieguma viļņu formu.

Trešā harmoniku daudzkārtņu problēma

Trešais, devītais, piecpadsmitais utt. — tīkla strāvas augstākajām harmonikām ir raksturīgi lieli amplitūdas koeficienti. Šīs harmonikas rodas no vienfāzes slodzēm, un to ietekme uz trīsfāžu sistēmām ir diezgan specifiska. Ja trīsfāzu sistēma ir simetriska, strāvas ir nobīdītas viena no otras par 120 grādiem, un kopējā strāva neitrālajā vadā ir nulle, — vadā nav sprieguma krituma.

Teorētiski tas attiecas uz lielāko daļu harmoniku, bet dažām harmonikām ir raksturīga strāvas vektora rotācija tajā pašā virzienā kā pamata harmonikas strāvas vektors. Rezultātā neitrālā nepāra harmonikas, kas ir trešās daudzkārtējas, tiek uzliktas viena otrai. Un, tā kā šīs harmonikas ir vairākumā, kopējā neitrālā strāva var pārsniegt fāzes strāvas: teiksim, 20 ampēru fāzes strāvas radīs neitrālu strāvu ar frekvenci 150 Hz pie 30 ampēriem.

Kabelis, kas projektēts, neņemot vērā harmoniku ietekmi, var pārkarst, jo, pēc prāta, tā šķērsgriezumu vajadzēja palielināt. Trešā harmoniskie daudzkārtņi ir nobīdīti trīsfāzu ķēdē par 360 grādiem viens pret otru.

Rezonanse, traucējumi, troksnis, vibrācija, apkure

Sadales tīkliem ir rezonanses draudi pie lielākas strāvas vai sprieguma harmonikām šajos gadījumos harmoniskā komponente izrādās augstāka par pamatfrekvenci, kas negatīvi ietekmē sistēmas sastāvdaļas un iekārtas.

Datu pārraides tīkli, kas atrodas pie elektrolīnijām, caur kurām plūst strāvas ar augstāku harmoniku, ir pakļauti traucējumiem, informācijas signāls tajos pasliktinās, savukārt, jo mazāks attālums no līnijas līdz tīklam, jo ​​lielāks ir to savienojuma garums, jo lielāks harmoniskā frekvence — jo lielāks ir kropļojuma informācijas signāls.

Transformatori un droseles sāk radīt lielāku troksni augstāku harmoniku dēļ, elektromotori piedzīvo pulsāciju magnētiskajā plūsmā, kā rezultātā uz vārpstas rodas griezes momenta vibrācijas. Elektriskās mašīnas un transformatori pārkarst un rodas siltuma zudumi. Kondensatoros dielektriskā zuduma leņķis palielinās ar frekvenci, kas ir augstāka par režģi, un tie sāk pārkarst, var rasties dielektriskā sabrukšana. Par zudumiem līnijās to temperatūras paaugstināšanās dēļ ir lieki runāt...