Причины появления гармонических искажений

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


Присутствие гармоник говорит об искаженной форме тока или напряжения. Искажение же формы тока или напряжения означает наличие возмущений в распределительной сети и ухудшение качества поставляемой электроэнергии.

Источниками гармоник токов являются нелинейные нагрузки, подсоединенные к распределительной сети. Протекание гармоник токов по сети, имеющей некоторое полное сопротивление, приводит к появлению гармоник напряжений и соответственно к искажению формы питающего напряжения.


Происхождение гармоник

Устройства и системы, порождающие гармоники, имеются во всех секторах экономики, т.е. в промышленности, коммерческом секторе и жилищном хозяйстве. Гармоники порождаются нелинейными нагрузками, т.е. нагрузками, потребляющими ток с формой волны, отличающейся от формы волны питающего напряжения.

Примеры нелинейных нагрузок:

  • промышленное оборудование (сварочные машины, электродуговые печи, индукционные печи и выпрямители);
  • преобразователи частоты для асинхронных двигателей или двигателей постоянного тока;
  • источники бесперебойного питания;
  • офисное оборудование (компьютеры, фотокопировальные машины, факсимильные аппараты и др.);
  • бытовые электроприборы (телевизоры, микроволновые печи, люминесцентные лампы);
  • некоторые устройства с магнитным насыщением (трансформаторы).

Возмущения, создаваемые нелинейными нагрузками: гармоники тока и напряжения

Нелинейные нагрузки потребляют токи гармоник, которые поступают в распределительную сеть. Гармоники напряжения вызываются протеканием токов гармоник по сопротивлениям питающих цепей (по трансформатору и распределительной сети для случаев аналогичных тому, который показан на рис. M2).


Рис M02.jpg


Рис. M2 : Однолинейная схема, показывающая сопротивление питающей цепи для гармоники h-го порядка


Реактивное сопротивление проводника возрастает с увеличением частоты тока, протекающего по этому проводнику. Поэтому для каждой гармоники тока (h-го порядка) в цепи питания существует некоторое полное сопротивление Zh.

Когда по сопротивлению Zh протекает ток гармоники h-го порядка, то, по закону Ома, он создает напряжение гармоники
Uh = Zh x Ih. В результате этого форма напряжения в точке B искажается и отличается от синусоидальной. Все нагрузки, питающиеся через точку B, получают напряжение искаженной формы.

Для тока данной гармоники это искажение пропорционально сопротивлению распределительной сети.

Протекание несинусоидальных токов в распределительных сетях

Можно считать, что нелинейные нагрузки генерируют токи высших гармоник в распределительную сеть в направлении источника питания.

На рис. M3 и M4 показаны схемы электроустановки, «загрязненные» гармониками. В схеме, изображенной на рис. M3, протекает ток частотой 50 Гц, а на рис. M4 – ток частотой гармоники h-го порядка.


Рис M03.jpg


Рис. M3 : Схема электроустановки, питающей нелинейную нагрузку, в которой протекает только ток основной
частоты 50 Гц



Рис M04.jpg



Рис. M4 : Схема той же электроустановки, в которой протекает только ток h-й гармоники



При питании нелинейной нагрузки возникает ток частотой 50 Гц (как показано на рис. M3), к которому добавляются токи Ih (рис. M4), соответствующие каждой h-й гармонике.

По-прежнему считая, что нагрузки генерируют токи высших гармоник в распределительную сеть в направлении источника питания, можно построить схему протекания токов разных гармоник в этой сети (рис. M5).


Рис M05.jpg


Примечание: хотя на данной схеме определенные нагрузки генерируют токи гармоник в распределительную сеть, другие нагрузки могут поглощать такие токи.


Рис. M5 : Протекание токов гармоник в распределительной сети


Основные экономические последствия гармоник для электроустановок:

  • повышенный расход энергии;
  • преждевременное старение оборудования;
  • производственные убытки.