Основные показатели, определяющие качество электроэнергии (стр. 6 из 6)
Установки контактной электросварки включаются в сеть с помощью тиристорных ключей. Для плавного регулирования сварочного тока вентильные устройства снабжаются системами фазового регулирования. Применение фазового регулирования приводит к искажению формы тока, потребляемого сварочными машинами. Определяющими гармониками при разложении тока являются 1,3 и 5-я. Кроме нечетных гармоник присутствуют также четные гармоники. Появление четных гармоник объясняется разбросом углов регулирования вентилей. Влияние четных высших гармоник на несинусоидальность токов сварочных машин невелико.
Для установок дуговой или контактной электросварки токи гармоник определяют для единичной установки
где Sном.т - номинальная мощность трансформатора;
KЗ - коэффициент загрузки трансформатора;
ПВ - продолжительность включения.
ВЛИЯНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК НА РАБОТУ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Высшие гармоники в системах электроснабжения предприятий нежелательны по ряду причин: появляются дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях; затрудняется компенсация реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов; сокращается срок службы изоляции электрических машин и аппаратов; ухудшается работа устройств автоматики, телемеханики и вязи.
При работе асинхронного двигателя в условиях несинусоидального напряжения немного снижается его коэффициент мощности и вращающий момент на валу.
Искажение формы кривой напряжения заметно сказывается на возникновении и протекании ионизационных процессов в изоляции электрических машин и трансформаторов. При наличии газовых включений в изоляции возникает ионизация, сущность которой заключается в образовании объемных зарядов и последующей нейтрализации их. Нейтрализация зарядов связана с рассеиванием энергии, следствием которого является электрическое, механическое и химическое воздействие на окружающий диэлектрик; в результате развиваются местные дефекты в изоляции, что приводит к снижению её электропрочности, возрастанию диэлектрических потерь и в конечном счете к сокращению срока службы.
Наиболее ощутимое влияние высших гармоник оказывает на работу батарей конденсаторов. Конденсаторы работающие при несинусоидальном напряжении, в ряде случаев быстро выходят из строя в результате вспучиваний и взрывов. Причиной разрушения конденсаторов является перегрузка и токами высших гармоник, которая возникает, как правило, при возникновении в сети резонансного режима на частоте одной из гармоник.
В соответствии с ГОСТ батареи конденсаторов могут длительно работать при перегрузке их токами высших гармоник не более на 30%; однако при длительной эксплуатации конденсаторов в этих условиях срок службы сокращается.
При несинусоидальном режиме сети происходит ускорение старения изоляции силовых кабелей. Исследования кабелей работающих при синусоидальном и при уровне высших гармоник в кривой напряжения в пределах 6¸8,5% показали, что токи утечки во втором случае через 2,5 года эксплуатации оказались в среднем на 36%, через 3,5 года - на 43% больше, чем в первом.
Высшие гармоники тока и напряжения влияют на погрешности электроизмерительных приборов. Индукционные счетчики активной и реактивной энергии при несинусоидальных напряжениях и токах имеют довольно большую погрешность, которая может достигать 10%.
Наличие высших гармоник затрудняется и в ряде случаев делает невозможным использование силовых цепей в качестве каналов для передачи информации. Высшие гармоники ухудшают работу телемеханических устройств и даже вызывают сбой в их работе, если силовые цепи используются в качестве каналов связи между полукомплектами диспетчерского контролируемого пунктов.
Несинусоидальность формы кривой напряжения отрицательно сказывается на работе вентильных преобра-зователей, ухудшая качество выпрямления тока.
Потери мощности вызываемые высшими гармониками.
При прохождении токов высших гармоник по элементам системы электроснабжения возникают дополнительные потери активной мощности:
1. Дополнительные потери активной мощности в синхронных машинах от высших гармонических тока определяется по формуле:
где DРнсм - дополнительные потери в металле обмоток (меди) синхронной машины от высших гармоник;
DРнс.ст - дополнительные потери в стали от высших гармоник;
DРнс.т -мощность, идущая на преодоление тормозного момента вызываемого током высшей гармоники.
2. Дополнительные потери активной мощности в обмотках асинхронного двигателя, обусловленные токами высших гармоник, определяются по формуле.
где R1nR2n' - активное сопротивление статора и приведенное активное сопротивление ротора на частоте n-й гармоники.
3. Дополнительные потери активной мощности в силовых трансформаторах, кабельных и воздушных линиях и реакторах определяются по формуле:
4. дополнительные потери активной мощности в силовых конденсаторах:
а) Дополнительные потери активной мощности в диэлектрике силового конденсатора : 
б) Дополнительные потери активной мощности от внешних гармоник в изоляции от корпуса силовых конденсаторов:
в) Дополнительные потери активной мощности от внешних гармоник в обкладках конденсаторов:
где Кn,en- коэффициент учитывающий влияние поверсхности эффекта на участке е.
Ке- сопротивление е-го участка.
Способы уменьшения несинусоидальности напряжения в электрических сетях
Увеличение числа фаз выпрямления. С увеличением числа фаз выпрямления форма первичного тока преобразователя приближается в токе выпрямителя и, следовательно, в напряжении сети, уменьшается. Так, например, при 6-фазной схеме выпрямления в токе вентильного агрегата содержатся 5,7,11,13,17,19,23,25- я..... гармоники, а при 12-фазной схеме- 11,13,23,25-я..... гармоники. Расчеты показывают, что при этом несинусоидальность напряжения сети уменьшается в 1,4 раза. Увеличение числа фаз выпрямления является действенной мерой снижения содержания высших гармоник в кривых первичного тока преобразователей и напряжения сети. Однако эти устройства получаются слишком сложными, дорогими и ненадежными. В настоящее время наибольшее распространение получили 12-фазный режим выпрямления.
Многофазный эквивалентный режим работы преобразо-вателей. Увеличение числа фаз выпрямителя возможно также путем создания эквивалентного режима для группы вентильных агрегатов, при сохранении для каждого из них 6- фазного выпрямителя. Например, 12-фазный эквивалентный режим для двухмостового преобразователя может быть реализован путём соединения одной из обмоток анодного трансформатора в треугольник, а другой - в звезду. В результате в первичных обмотках трансформаторов обеих агрегатов присутствуют гармоники порядков n=6k±1, но в питающую сеть выходят только гармоники порядков n=12k±1, а остальные гармоники тока циркулируют между первичными обмотками трансформаторов.
Снижение уровней гармоник средствами питающей сети достигается в основном рациональным построением схемы электроснабжения, при котором обеспечивается допустимый уровень гармоник напряжения на шинах потребителя. Наиболее распространенными средствами являются применение трансформаторов преобразователей с повышенным напряжением 110-220 кВ; питание нелинейных нагрузок от отдельных трансформаторов или подключение их к отдельным обмоткам трехобмоточных трансформаторов; подключение параллельно нелинейным нагрузкам синхронных и асихронных двигателей.
Фильтры высших гармоник Звено фильтра представляет собой конур из последовательно соединенных индуктивности и ёмкости, настроенный на частоту определенной гармоники.
Сопротивление звена фильтра токами высших гармоник
или 
где ХLХC-сопротивления индуктивности и ёмкости току промышленной частоты.
С увеличением частоты индуктивное сопротивление реактора увеличивается пропорционально номеру гармоники, а сопротивление батареи конденсаторов уменьшается обратно пропорционально номеру гармоники. На частоте одной из гармоник индуктивное сопротивление реактора звена фильтра становится равным ёмкостному сопротивлению батареи конденсаторов и в цепи звена фильтра возникает резонанс напряжений. При этом сопротивление звена ХФ,n току этой гармоники становится равны нулю и оно шунтирует электрическую систему на частоте данной гармоники.
Номер резонансной гармоники nр может быть вычислен по формуле
Идеальный фильтр полностью потребляет ток гармоники In генерируемый нелинейными элементами. Однако из-за наличия активных сопротивлений в реакторе и конденсаторе и неточной их настройки полная фильтрация гармоник практически невозможна.
Количество звеньев в фильтре может быть любое. Но на практике, как правило, применяют фильтры, состоящие из двух или четырех звеньев, настроенные на 5,7,11,13,23, и 25-ю гармоники.
Одновременно фильтр является источником реактивной мощности и может служить в качестве одного из средств для компенсации реактивных нагрузок.
Основным недостатком фильтров является их высокая стоимость, кроме этого распространение фильтров ограничивает также большая их чувствительность к точности настройки.
.