Воздействие гармоник - перегрузки оборудования

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

Генераторы

Номинальные характеристики (параметры) генераторов, питающих нелинейные нагрузки, должны быть снижены из-за дополнительных потерь, обусловленных протеканием токов высших гармоник.

Уровень снижения рабочих параметров генератора, 30% общей нагрузки которого приходится на нелинейные нагрузки, составляет около 10%. В связи с этим необходимо использовать генератор повышенной мощности.


Источники бесперебойного питания (ИБП)

Ток, потребляемый компьютерными системами, имеет очень большой крест-фактор (отношение величины амплитуды тока к его действующему значению). Поэтому источник бесперебойного питания, параметры которого выбирались с учетом только действующего значения тока, может не обеспечить необходимую амплитуду тока и оказаться перегруженным.


Трансформаторы

  • Кривая, показанная ниже (рис. M9), отображает типичное требуемое снижение нагрузки трансформатора, питающего электронные приборы.


Рис M09.jpg


Рис. M9 : Допустимая нагрузка трансформатора, питающего электронные приборы



Пример:
Если 40% мощности нагрузки трансформатора приходится на электронные приборы, то его нельзя нагружать более 60% от номинала.

  • Стандарт UTE C15-112 устанавливает зависимость коэффициента снижения мощности трансформаторов от токов гармоник.

k=\frac{1}{\sqrt {1+0,1 \left (\displaystyle \sum^{40}_{h=2} h^{1,6}\ T_h^{\ 2} \right)} }


T_h=\frac{I_h}{I_1}


Типовые значения:

  • ток прямоугольной формы (амплитуда гармоник - 1/h[1]): k = 0,86;
  • ток преобразователя частоты (THD = 50%): k = 0,80.

Асинхронные двигатели

Стандарт МЭК 60892 вводит понятие взвешенного коэффициента гармоник HVF (коэффициента гармоник напряжений), формула и максимальное значение которого приведены ниже.

HVF=\sqrt {\sum_{h=2}^{13} \frac{U_h}{h^2} } \le 0,02


Пример:
Питающее напряжение имеет основное напряжение I1 и гармонические напряжения u3 = 2% (от I1), u5 = 3%, u7 = 1%. Суммарный коэффициент искажений THDu = 3,7%, а HVF = 0,018. Это значение HVF очень близко к максимальному значению, при превышении которого необходимо проводить занижение номинальных характеристик рассматриваемого двигателя. В практическом смысле, при питании асинхронного двигателя THDu не должен превышать 10%.


Конденсаторы

В соответствии со стандартом МЭК 60831-1, действующее значение тока, протекающего через конденсаторы, не должно превышать номинальный ток более чем в 1,3 раза.

Возвращаясь к приведенному выше примеру, напряжения гармоник составляют: u5 = 8% (от основного напряжения U1), u7 = 5%, u11 = 3% и u13 = 1%, т.е. суммарный коэффициент искажений THDu равен 10%, и при номинальном напряжении \frac{Irms}{I_1}=1,19  .

При напряжении, превышающем номинальное напряжение на 10%, достигается предельное значение тока \frac{Irms}{I_1}=1,3   и необходимо использовать конденсаторы с повышенными характеристиками.


Нейтральные проводники

Рассмотрим систему, состоящую из симметричного трехфазного источника питания и трех одинаковых однофазных нагрузок, подключенных между каждой из фаз и нейтралью (рис. M10).

На рис. M11 показаны примерные формы токов, протекающих в этих фазах, и результирующий ток в нулевом проводнике.

В этом примере ток в нулевом проводнике имеет действующее значение, которое превышает действующее значение тока в фазном проводнике в  \sqrt 3 раза.
Поэтому нулевой проводник должен иметь увеличенное сечение.


Рис M10.jpg



Рис. M10 : Протекание токов в фазных и нулевом проводниках трехфазной электросети



Рис M11.jpg



Рис. M11 : Примеры токов, протекающих в фазных и нулевом проводниках в трехфазной электросети (нелинейная нагрузка) (In = Ir + Is + It)



Примечания

[1] Фактически, эта форма тока близкая к прямоугольной. Это характерно для всех выпрямителей тока (трехфазных выпрямителей, индукционных печей).