Несинусоидальность напряжения





Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

— коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения Ku;

— коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряженияKu(n).

Нормы приведенных показателей установлены в п.1.-п.2.

1. Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением приведены в таблице 1.

2 Нормально допустимые значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением Uномприведены в таблице 2.

Таблица 1 — Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения

Нормально допустимое значение приUном, кВ Предельно допустимое значение при Uном, кВ, (%)
0,38 6-20 110-330 0,38 6-20 110-330
8,0 5,0 4,0 2,0 12,0 8,0 6,0 3,0

Таблица 2 — Значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения

Предельно допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения вычисляют по формуле:

KU(n)=1,5 KU(n)норм,

где KU(n)норм — нормально допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, определяемое по таблице 2.

Основные источники искажения синусоидальности напряжения

Возникновение высших гармонических составляющих в спектре питающего напряжения связано с применением электрооборудования с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Такое оборудование потребляет ток несинусоидальной формы, искажая синусоиду питающего напряжения, поэтому электрооборудование с нелинейной вольт-амперной характеристикой будет являться генератором высших гармоник тока. Пояснить это может рисунок 1

Рисунок 1 — Схема, поясняющая возникновение несинусоидальности в сети.

1-вольт-амперная характеристика нелинейного сопротивления; 2-синусоидальное напряжение на нем;3-ток через нелинейное сопротивление; Eист — э.д.с. источника; zист — внутреннее сопротивление источника; zл-сопротивление питающих линий; zнг-нелинейное сопротивление. [1]

Прежде всего источники искажения качества электрической энергии по несинусоидальности напряжения и тока стоит разделить на две группы: нелинейные электроприемники и нелинейные элементы сети. К первым в связи с широким внедрением современного электрооборудования в производство и быт сельского хозяйства можно отнести частотно — регулируемый привод, электронные выпрямительные устройства, люминесцентные лампы, газоразрядные лампы. Главной причиной искажений в коммунально-бытовом секторе являются электронные технические средства (телевизионные приемники, ПЭВМ), те же люминесцентные и газоразрядные лампы и др., которые создают при своей работе невысокий уровень гармонических искажений на выходе, но общее количество таких ЭП велико. О приведенных выше электроприемниках, как источниках высших гармоник дано много публикаций.

К нелинейным элементам сети можно отнести силовые трансформаторы, реакторы, т.е устройства имеющие нелинейную ветвь намагничивания — это трансформаторы, например

Зачастую возникают вопросы о том, как помехи распространяются по сети и как они складываются — на это мы попытались дать пояснение в нашей публикации: Суммирование помех в электрической сети

Влияние несинусоидальности напряжения на электрооборудование

Снижение качества электроэнергии приводит к отрицательным последствиям электротехнического и технологического характера.

Отдельные группы электрооборудования по-разному реагируют на изменение искажения синусоидальности, но они все подвержены влиянию несинусоидальности. Вызвано это не только тепловым дополнительным нагревом электроприемников от высших гармоник тока, но и тем, что высшиегармоники образуют составляющие прямой последовательности (1, 4, 7-я и т.д.), обратной последовательности (2, 5, 8-я и т.д.) и нулевой последовательности (гармоники кратные трем). Эти последовательности различаются порядком чередования фаз напряжения (тока), чем и вызвано различие в их влиянии на работу электроприемников. В частности, токи нулевой последовательности создают дополнительное подмагничивание стали в электрических машинах, что приводит к ухудшению характеристик этих электроприемников и дополнительному нагреву статоров АД и магнитопроводов трансформаторов. Обычно высшие гармоники напряжения, суммируясь с основной гармоникой, способствуют повышению действующего значения напряжения на зажимах ЭП.

Как утверждает ряд авторов высшие гармоники напряжения снижают результирующий cosφ асинхронного двигателя. Неопасные величины несинусоидальности снижают экономичность работы асинхронных двигателей вследствии снижения их коэффициента мощности и увеличения потерь. Увеличение потерь в двигателях приводит к увеличению нагревов, которые не представляя непосредственной опастности, в значительной мере могут снижать срок службы двигателей.

Высшие гармоники напряжения и тока неблагоприятно влияют на электрооборудование, создавая дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях, сокращая срок службы изоляции электрических машин и аппаратов, повышая аварийность в кабельных сетях, вызывая сбои в работе систем релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи. Высшие гармоники напряжения и тока влияют также на значения коэффициента мощности, вращающего момента электродвигателей. Однако снижение этих характеристик, даже при коэффициенте искажения формы кривой напряжения 10-15%, оказывается весьма небольшим. Уровень дополнительных активных потерь от высших гармоник в основных сетях электрических систем составляет несколько процентов от потерь при синусоидальном напряжении.

Пояснить вышесказанное могут формулы дополнительных потерь мощности и дополнительного нагрева от искажения синусоидальности напряжения для асинхронных двигателей (АД), линий электропередач (ЛЭП), конденсаторных установок (КУ), трансформаторов.

Для кабельных линий при воздействии высших гармоник характерно увеличение тока утечки, что отражает изменение свойства диэлектрика. Установлено, что при =6,85% за 2,5 года ток утечки возрастает на 36%, а через 3,5 года – на 43%.

При несинусоидальном напряжении наблюдается ускоренное старение изоляции электрических машин, трансформаторов, конденсаторов и кабелей результате повышенного нагрева токоведущих частей, а также необратимых физико-химических процессов, протекающих под воздействием электрических полей, создаваемых высшими гармониками тока. Такой эффект можно объяснить тем, что токи высших гармоник не проникают в обмотку статора из-за того, что она является достаточно большим сопротивлением, и тем большим, чем больше порядок гармоники. Кроме того, амплитуды гармоник напряжения существенно убывают с ростом порядка гармоники. Исключение могут представлять явления, связанные с резонансами напряжений.

Возникновение резонансных явлений возможно при определенных условиях, которые может обеспечить сопротивление элементов сети (индуктивное сопротивление) и конденсаторная батарея (емкостное сопротивление). Тогда воздействие высших гармоник при таких условиях может привести к отказу оборудования под влиянием перенапряжений или сверхтоков.

Несинусоидальные режимы могут приводить к разрушению нулевых рабочих проводников. Это происходит по вине токов гармоник кратных трем, которые совпадают по фазе, образуя нулевую последовательность. В результате ток в нейтрали составляет:

[2]

Стоит отметить, что элементы системы учета электроэнергии спроектированы для работы при качественной электроэнергии. При этом значения показателя качества электроэнергии, характеризующего несинусоидальность, близок к нулю. В реальных распределительных сетях значение не только не равно нулю, но и может превышать значения приведенных, что приводит к увеличению погрешностей измерительного комплекса. Дополнительная токовая погрешность трансформатора тока возникает вследствие того, что действительный коэффициент трансформации не равен номинальному. В публикациях получено выражение для определения доли дополнительных потерь электроэнергии в трансформаторе тока при искажении качества электроэнергии:

где , -полное, активное и реактивное сопротивление вторичной цепи; -коэффициент несимметрии токов по обратной и нулевой последовательности соответственно; -коэффициент несинусоидальности кривой тока n-й гармонической составляющей; Фи-фазовый сдвиг между вторичной ЭДС и вторичным током; Пси-угол потерь, характеризующий отношение активной составляющей МДС к реактивной; n-номер гармонической составляющей.

Как видно из выражения , в котором второе слагаемое не может быть меньше единицы по определению, а третье либо равно нулю, либо отрицательно низкое качество электроэнергии всегда приводит к недоучету электроэнергии в трансформаторе тока.

Качество электроэнергии оказывает влияние на точность измерений трансформаторов напряжения. Работа трансформатора напряжения при искажении синусоидальности кривой тока и напряжения (как и симметрии) приводит к недоучету энергии.

Высшие гармоники тока и напряжения влияют на систему измерения электроэнергии счетчиками. Данное обстоятельство было установлено исследованиями, в которых показано, что показания электронных и цифровых приборов в цепи с источником высших гармоник меньше показаний без искажающей нагрузки на сумму энергии высших гармоник. Связаны это с тем, что счетчики определяют активную мощность по каждой фазе как сумму мощностей на гармониках от первой до сороковой включительно. Поэтому если поток мощности по основной гармонике совпадает с направлением потока мощности искажений на частоте n-й гармоники, то они суммируются; иначе из мощности первой вычитают мощность высших гармоник. [3]

Несинусоидальность напряжения (тока) - это искажение синусоиды кривой напряжения (тока) Зависит от появления высших гармоник напряжения (тока).

Токи и напряжения в значительной части электриче­ских установок благодаря специально принимаемым мерам действительно можно считать синусоидальными. Однако в ряде случаев токи и напряжения в большей или меньшей мере отли­чаются от синусоидаль­ных. Причиной появле­ния несинусоидальных напря­жений и токов могут быть как генера­торы, так и приемники энергии.

В генераторах одной из причин формы кривой ЭДС является несинусоидальное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре из-за наличия у якоря зубцов и впадин, реакции якоря и т. д. В приемниках энергии со стальными сер­дечниками несинусоидальность тока или напряжения обу­словливается нелинейной зависимостью между магнитным потоком и намагничивающим током.

Несинусоидальные токи появляются в цепи во всех случаях работы приемников энергии с нелинейной вольтамперной характеристикой (например, выпрямителей).

При изучении процессов в электрических цепях с несинусоидальными токами и напряжениями целесообразно воспользоваться теоремой Фурье, согласно которой вся­кая периодически изменяющаяся величина (э. д. с, напря­жение, ток) может рассматриваться как сумма постоянной (независимой от времени) величины и ряда синусоидальных (гармонических) величин с кратными частотами.

Гармоническая составляющая, частота которой равна частоте несинусоидальной величины, называется основной гармоникой. Остальные, у которых частота выше основной в 2, 3 и более раз, называются высшими гармониками. [4-6]

 





Читайте также:
Пример оформления методической разработки: Методическая разработка - разновидность учебно-методического издания в помощь...
Историческое сочинение по периоду истории с 1019-1054 г.: Все эти процессы связаны с деятельностью таких личностей, как...
Общие формулы органических соединений основных классов: Алгоритм составления формул изомеров алканов...
Тест Тулуз-Пьерон (корректурная проба): получение информации о более общих характеристиках работоспособности, таких как...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.031 с.