Возможные решения, связанные с гармоническими составляющими напряжения

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

Пассивный фильтр

(см. рис. L28)

Влияние гармоник учитывается, главным образом, путем увеличения номинального напряжения конденсаторов и последовательного включения реакторов для подавления гармоник.

Противодействие гармоникам

Присутствие гармоник в питающем напряжении приводит к ненормально высоким уровням тока в конденсаторах. Поправка на это делается при расчете с учетом среднеквадратичного значения тока, которое в 1,3 раза больше номинального тока. Все последовательные элементы, такие как соединения, плавкие предохранители, переключатели, связанные с конденсаторами, рассчитываются с аналогичным увеличением (в 1,3-1,5 раза больше номинального значения).

Искажение гармониками формы волны напряжения часто выражается в появлении «пиков» и увеличении амплитуды нормальной синусоидальной волны. Такая возможность вместе с другими условиями перенапряжения, которые могут возникать при противодействии резонансным эффектам, как описывается ниже, учитываются путем увеличения уровня изоляции выше уровня изоляции «стандартных» конденсаторов. Во многих случаях эти две меры достаточны для обеспечения удовлетворительной работы.

Рис L24.jpg

Рис. L28 : Принцип работы пассивного фильтра

Противодействие резонансным эффектам

Конденсаторы являются линейными реактивными устройствами и, как следствие, не генерируют гармоники. Однако, установка конденсаторов в энергосистеме (в которой сопротивления являются преимущественно индуктивными) может приводить к суммарному или частичному резонансу на одной из гармонических частот.

Порядок гармоники hoнаименьшей резонансной частоты между индуктивностью системы и КБ определяется по формуле:

h_o=\sqrt{\frac{Ssc}{Q} } ,
где:
Ssc - мощность КЗ системы (кВА) в точке присоединения КБ;
Q - номинальная мощность КБ в квар;
ho - порядок гармоники, наименьшей резонансной частоты fo, т.е. \frac{f_o}{50} для системы 50 Гц или \frac{f_o}{60} для системы 60 Гц.

Например, h_o=\sqrt{\frac{Ssc}{Q} } может дать значение 2,93, которое показывает, что наименьшая частота резонанса комбинации «конденсатор/индуктивность системы» близка к частоте гармоники третьего порядка.

Из соотношения h_o=\frac{f_o}{50} следует, что fo = 50 ho = 50 x 2,93 = 146,5 Гц.

Чем ближе собственная частота резонанса приближается к частоте одной из гармоник, присутствующей в системе, тем больше нежелательный эффект. В вышеприведенном примере с большой вероятностью возникнут условия резонанса с гармонической составляющей третьего порядка искаженной волны.

В таких случаях необходимо принять меры для исключения резонанса с какой-либо присутствующей гармоникой. Это достигается путем подсоединения последовательно с конденсатором катушки индуктивности.

В системах 50 Гц такие реакторы часто подбираются на доведение собственной частоты резонанса блока «конденсатор-реактор», до 190 Гц. Реакторы настраиваются на 228 Гц для системы 60 Гц. Такие значения частоты соответствуют значению ho = 3,8, т.е. приблизительно посередине между гармониками третьего и пятого порядка.

В такой схеме присутствие реактора увеличивает ток основной частоты (50 или 60 Гц) на небольшую величину (7-8%), а также напряжение на конденсаторе в том же соотношении.

Поэтому в сети 400 В применяют конденсаторы с номинальным напряжением 440 В.

Активный фильтр

(см. рис. L29)

Активные фильтры основаны на использовании силовой электроники. Как правило, они устанавливаются параллельно с нелинейной нагрузкой.

Активные фильтры анализируют гармоники, вводимые нагрузкой, и затем подают ток такой же гармоники на нагрузку с соответствующей фазой. В результате гармонические токи полностью нейтрализуются. Это означает, что они не могут больше проходить вверх к источнику питания и больше не выдаются источником.

Основное преимущество активных фильтров состоит в том, что они гарантируют эффективную компенсацию гармоник даже при изменении установки. Они исключительно просты в использовании в силу следующих характеристик:

  • автоматическая настройка конфигурации под гармонические нагрузки независимо от порядка гармоник;
  • устранение рисков перегрузки;
  • совместимость с электрогенераторами;
  • подсоединение в любой точке электрической сети;
  • несколько фильтров могут использоваться в одной и той же установке для повышения эффективности устранения гармоник (например, в случае установки новой машины).

Кроме того, активные фильтры могут также обеспечить компенсацию реактивной мощности.


Рис L25.jpg

Рис. L29 : Принцип работы активного фильтра

Гибридный фильтр

(см. рис. L30)

Данный тип фильтра объединяет преимущества пассивного и активного фильтров. Одна частота может отфильтровываться пассивным фильтром, а все другие частоты – активным фильтром.


Рис L26.jpg


Рис. L30 : Принцип работы гибридного фильтра