Воздействие гармоник -увеличенные потери

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)


Содержание

Потери в проводниках

Активная мощность, переданная нагрузке, зависит от составляющей I1 тока основной сетевой частоты.

Когда ток, потребляемый нагрузкой, содержит гармоники, действующее значение тока Irms превышает ток основной гармоники I1.

Cуммарный коэффициент гармонических искажений тока THD определяется выражением:


THD= \sqrt{\left (\frac{Irms}{I_1} \right)^2} -1\ ,


отсюда:


Irms = I_1 \sqrt{1 +THD ^2}


На рис. M8 показаны графики изменения следующих двух параметров в зависимости от суммарного коэффициента гармонических искажений:

  • действующего значения тока Irms для нагрузки, потребляющей некоторый основной ток;
  • джоулевых потерь (на нагрев) без учета поверхностного эффекта (точкой отсчета для обоих параметров является 1, соответствующая случаю отсутствия гармоник).

Токи гармоник вызывают увеличение джоулевых потерь во всех проводниках, в которых они протекают, и дополнительное повышение температуры в трансформаторах, устройствах, кабелях.


Рис M08.jpg


Рис. M8 : Увеличение действующего значения тока и джоулевых потерь в зависимости от суммарного коэффициента искажений


Потери в асинхронных двигателях

Напряжения гармоники h-го порядка, поступающие к асинхронным двигателям, генерируют в роторе токи с частотами выше 50 Гц, являющиеся причиной дополнительных потерь.

Порядки величин

  • питающее напряжение фактически прямоугольной формы вызывает 20-процентный рост потерь;
  • питающее напряжение, содержащее гармоники u5 = 8% (от основного напряжения U1), u7 = 5%, u11 = 3%, и u13 = 1%, т.е. с суммарным коэффициентом искажений THDu = 10% или, в соответствии с ГОСТ 13109-97, Ku = 10%, приводит к дополнительным потерям в 6%.

Потери в трансформаторах

Токи гармоник, протекающие в трансформаторах, вызывают увеличение потерь в «меди» вследствие эффекта Джоуля и в «железе» из-за вихревых токов. Напряжения гармоник являются причиной потерь в «железе» вследствие гистерезиса.

Обычно считается, что потери в обмотках возрастают пропорционально квадрату THDi, а потери в сердечнике – пропорционально THDu.

В трансформаторах коммутационных электросетей, в которых уровни искажений ограничены, рост потерь составляет 10-15%.


Потери в конденсаторах

Напряжения гармоник, приложенные к конденсаторам, приводят к появлению токов, пропорциональных частотам этих гармоник. Эти токи вызывают дополнительные потери.

Пример:Питающее напряжение содержит следующие гармоники:
Основное напряжение U1, гармонические напряжения u5 = 8% (от U1), u7 = 5%, u11 = 3%,
u13 = 1%, т.е. суммарный коэффициент искажений THDu = 10%. Ток увеличивается в 1,19 раз, а джоулевы потери – в 1,192, т.е. в 1,4 раза.