Онлайн Электрик > Электронная конференция «Электроэнергетика. Новые технологии»

Дата приоритета: 15.03.2012
Код ГРНТИ: 44.29.29
Сертификат участника: Скачать
Прислать статью

Особенности возникновения высших гармоник в электрических сетях

Шклярский Я.Э., профессор кафедры электротехники и электромеханики
Скамьин А.Н., ассистент кафедры электротехники и электромеханики
Санкт-Петербургский государственный горный университет

     Для уменьшения влияния высших гармоник на электрооборудование, прежде всего, необходимо знать источник и природу их возникновения, а также зону их действия. Причем, как будет показано ниже, следует четко разделять возникновение высших гармоник либо в токе, либо в напряжении, либо в токе и напряжении одновременно.
     В последнее время основными источниками высших гармоник являются электроприводы с вентильными преобразователями. Работа вентильных преобразователей основана на беспрерывной коммутации транзисторных или тиристорных ключей [1].
     Наиболее популярными являются 6-ти и 12-пульсные схемы частотных преобразователей. Остальные многопульсные схемы основаны на параллельном соединении 6-пульсных групп. Важным фактором в этом случае является соединение обмоток трансформаторов, входящих в состав преобразователей.
     Источниками высших гармоник могут быть мощные однофазные приемники, к которым, к примеру, относятся электрические печи, электровозный транспорт и т.п. В отличие от предыдущих, эти приемники могут вносить и несимметрию в напряжение трехфазной системы. Мощность представленных выше приемников варьируется в очень широких пределах и может достигать нескольких мегавольтампер.
     Кроме этого, источниками высших гармоник могут быть: электросварочные установки, системы освещения с применением газоразрядных и флуоресцентных ламп, а также, но в меньшей степени, вращающиеся машины [2].
     Остановимся на первом виде источников высших гармоник –асинхронном электроприводе с вентильным преобразователем, как наиболее распространенном. Для представления принципа влияния высших гармоник на работу сети и нагрузки воспользуемся простейшей однофазной схемой замещения, показанной на рис. 1.


Рис. 1. Однофазная схема замещения: ИН – источник синусоидального напряжения; ЛН – линейная нагрузка; ВП – вентильный преобразователь; АД – асинхронный двигатель, iл – общий ток сети; iлн – ток линейной нагрузки; iнн – ток нелинейной нагрузки; uн – напряжение на нагрузке; uи – напряжение источника


     Очевидно, что напряжение на нагрузке, независимо от наличия нелинейности будет синусоидальным. Ток на ЛН (iлн) также будет синусоидальным. Несинусоидальными будут токи iнн и iл = iлн + iнн. Никакого влияния нелинейность не оказывает на ЛН. Картина нереальная, но позволяющая четко представить принцип возникновения несинусоидальности, причем только в токе.
     Рассмотрим другую, более реальную схему, представленную на рис. 2.


Рис. 2. Однофазная схема замещения: RЛ и LЛ – активное и индуктивное сопротивление питающей сети


     В отличие от предыдущей схемы, здесь добавлены RЛ и LЛ – соответственно активное сопротивление и индуктивность питающей сети.
     Аналогично схеме на рис. 1, здесь источником высших гармоник в сети является нелинейный ток iнн. Напряжение uн будет нелинейным, так как:

где uи – синусоидальное напряжение.
     Падение напряжения от несинусоидального тока iл создает несинусоидальность в напряжении uн. Отсюда следует, что несинусоидальность напряжения на нагрузке обусловлена падением напряжения в сети и только этим.
     Следующий еще более сложный вариант представлен на рис. 3.


Рис. 3. Однофазная схема замещения: RЛ1, RЛ2, LЛ1, LЛ2 – соответственно активные сопротивления и индуктивности первой и второй линий, uнн – напряжение на нелинейной нагрузке; uлн – напряжение на линейной нагрузке


     Опять же, источником несинусоидальности в сети является ток uнн. Падение напряжения в первой линии:

тогда:

т.е. напряжение uлн будет несинусоидальным из-за несинусоидального падения напряжения в первой линии. Несинусоидальность тока iлн вызвана несинусоидальностью напряжения uнн:

     Очевидно, что в этом случае, чем больше RЛ1 и LЛ1, тем больше будет несинусоидальным напряжение uнн.
     Наконец рассмотрим еще один вариант схемы, показанной на рис. 4.


Рис. 4. Однофазная схема замещения сети


     В этом случае напряжение uнн1 будет несинусоидальным вследствие несинусоидальности падения напряжения в первой линии (RЛ1, LЛ1). Несинусоидальность же напряжения uлн = uнн2 будет обусловлена двумя факторами: несинусоидальностью напряжения uнн1 и падением несинусоидального напряжения во второй линии (RЛ2, LЛ2), обусловленного уже несинусоидальным током iлн и iнн2.
     Из вышесказанного следует, что если высшие гармоники поступают из внешней (питающей) сети, то исследовать высшие гармоники необходимо прежде всего в питающем напряжении. Если высшие гармоники обусловлены работой нагрузки предприятия, то прежде всего необходимо исследовать ток нагрузки.

Библиографическй список

     1. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 168 с.
     2. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 224 с.


Библиографическая ссылка на статью:
Шклярский Я.Э., Скамьин А.Н. Особенности возникновения высших гармоник в электрических сетях // Онлайн Электрик: Электроэнергетика. Новые технологии, 2012.–URL: /articles.php?id=7 (Дата обращения: 30.11.2021)

Библиографическая ссылка на ресурс "Онлайн Электрик":
Алюнов, А.Н. Онлайн Электрик: Интерактивные расчеты систем электроснабжения / А.Н. Алюнов. - Режим доступа: http://online-electric.ru