Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 3
Лекция 17
Несинусоидальные режимы
Гармоники тока и напряжения. Параметры элементов сети на высших гармониках. Расчет высших гармоник токов и напряжений.
5.11. НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТЬ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С НЕЮ
Причины возникновения несинусоидальности напряжений и токов − наличие в сети мощных выпрямительных и преобразовательных установок, а также дуговых сталеплавильных печей, сварочных установок, то есть нелинейных элементов, происходит искажение кривых тока и напряжения. Нелинейную вольт- амперную характеристику имеют также такие широко распространенные электроприемники, как люминесцентные лампы, ртутные лампы высокого давления, индукционные печи, зарядные устройства, телевизоры и т. д.
Основное влияние оказывают вентильные преобразователи на полупроводниках (тиристорные преобразователи). Вентильные преобразователи применяются для преобразования переменного тока в постоянный и используются в качестве источников питания на металлургических заводах для термических установок, на химических заводах и предприятиях цветной металлургии для электролизных установок, на машиностроительных и других предприятиях для установок электродуговой и контактной сварки.
Вентильные преобразователи применяются для питания электрифицированного железнодорожного, а также внутризаводского и городского транспорта.
В общем случае источники несинусоидальности оказываются включенными несимметрично. В этих случаях надо учитывать совместно и несинусоидальность, и несимметрию напряжений и токов.
Неблагоприятное влияние несинусоидальности на работу сетей, электрооборудования и электроприемников состоит в следующем:
1) появляются дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях, а также дополнительные отклонения напряжения;
2) затрудняется компенсация реактивной мощности с помощью БК;
3) сокращается срок службы изоляции электрических машин и аппаратов;
4) ухудшается работа устройств автоматики, телемеханики и связи.
Электроприемники с нелинейной вольтамперной характеристикой являются источниками высших гармоник тока.
Высшие гармоники напряжений и токов приводят к дополнительным всегда положительным отклонениям напряжения у приемников. Для осветительных и нагревательных приборов важно действующее значение напряжения, определяемое по формуле
(5.21)
где Uv: при v > 1 − напряжения высших гармоник, кратных гармонике основной частоты U1, при N − порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения.
Наибольшее влияние на дополнительные потери мощности и энергии в электрических машинах и в линиях электрических сетей оказывают гармоники (v≤ 7).
В соответствии с ГОСТом батареи конденсаторов могут длительно работать при перегрузке их токами высших гармоник не более чем на 30%; однако при длительной эксплуатации конденсаторов в этих условиях срок службы сокращается, поскольку наличие высших гармоник, даже в допустимых пределах, приводит к интенсификации процесса старения диэлектрика конденсаторов. Батареи конденсаторов обладают относительно малыми сопротивлениями для высших гармоник, так как xс =1 /ωС, а чем выше номер гармоники, тем больше ω; БК периодически оказываются в режиме, близком к резонансу токов на частоте какой-либо из гармоник; вследствие систематических перегрузок они быстро выходят из строя.
Несинусоидальность напряжений и токов вызывает ускоренное старение изоляции электрических машин, трансформаторов и кабелей в результате повышенного нагрева. Это приводит к сокращению срока службы двигателей, трансформаторов и кабелей, повышению аварийности, увеличению числа необходимых ремонтов, а следовательно, к увеличению затрат на их эксплуатацию.
Наличие высших гармоник токов и напряжений существенно увеличивает погрешности активных и реактивных счетчиков индукционного типа.
Помехи, вызываемые высшими гармониками, могут привести к ухудшению работы устройств автоматики, телемеханики и связи как на промышленных предприятиях, так и в энергосистемах. Гармоники тока, проникая в сети энергосистем, приводят к ухудшению работы высокочастотной связи и систем автоматики, а также вызывают ложные срабатывания некоторых релейных защит.
Несинусоидальность напряжений и токов вызывает нарушения технологических процессов в большей мере, чем все остальные параметры качества электроэнергии.
Ущерб из-за несинусоидальности токов и напряжений в основном обусловлен дополнительными потерями мощности и сокращением срока службы изоляции электрооборудования (в первую очередь электродвигателей).
Допустимые значения коэффициента несинусоидальности кривой напряжения
где U − действующее значение -й гармонической составляющей напряжения, В, кВ; – порядок гармонической составляющей напряжения; N – порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения.
Снижение несинусоидальности напряжений и токов необходимо в тех случаях, когда значения токов или напряжений высших гармоник больше допустимых.
Способы снижения несинусоидальности:
1) снижением уровня высших гармоник, генерируемых вентильными преобразователями;
2) рациональным построением схемы электрической сети;
3) использованием фильтров высших гармоник.
Снижение уровней высших гармоник, генерируемых преобразователями, можно осуществить за счет увеличения числа фаз выпрямления в преобразовательных установках (как правило, до 12) или применения специальных схем преобразователей и законов управлениями ими, обеспечивающих улучшение формы кривой токов.
Рациональное построение схемы сети состоит в питании нелинейных нагрузок от отдельных линий или трансформаторов либо подключении их к отдельным обмоткам трехобмоточных трансформаторов.
Использование фильтров − распространенный способ снижения уровня высших гармоник. Фильтр высших гармоник представляет собой последовательно соединенные реактор и БК (рис. 5.11).
Рис. 5.11. Схема фильтра высших гармоник:
Rc − сопротивление сети; xL, xC − сопротивление реактора и БК фильтра
Параметры реактора и БК подбирают так, чтобы их результирующее сопротивление для определенной частоты гармоники было равно нулю. В общем случае на каждую гармонику нужен свой фильтр. Фильтр образует ветвь с очень малым сопротивлением, параллельную электрической сети, шунтирует ее на частоте заданной гармоники и соответственно снижает напряжение этой гармоники. Такие фильтры могут присоединяться как в местах генерации высших гармоник (на вентильных установках), так и в узлах сети с недопустимым уровнем гармоник тока или при резонансе токов.
Батареи конденсаторов, применяемые в фильтрах, целесообразно одновременно использовать для компенсации реактивной мощности. Экономически целесообразно применение таких многофункциональных устройств, предназначенных не только для снижения синусоидальности, но и для компенсации Q. Такие установки часто называют фильтро-компенсирующими (ФКУ). При определенных условиях ФКУ могут использоваться также для симметрирования напряжения в сети [15].
Иногда для исключения резонансных явлений на определенной гармонике последовательно с БК может быть включен защитный реактор.
11.5. РАСЧЕТ ВЫСШИХ ГАРМОНИК ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИИ
Расчет особого режима выполняется методом наложения.
Особый режим рассматривается как результат суммирования ряда режимов, каждый из которых соответствует этой гармонике.
В этом случае расчеты режимов для каждой гармоники проводятся независимо. Высшие гармоники токов и напряжений , суммируются по выражениям .
Систему линейных уравнений узловых напряжений для й гармоники, аналогичную (9.6), можно записать так:
(11.33)
где − вектор-столбцы токов в узлах и узловых междуфазных напряжений й гармоники, k-й элемент этих вектор-столбцов − это комплексный ток й гармоники k-го узла и узловое междуфазное напряжение й гармоники k-го узла, , − комплексная матрица собственных и взаимных узловых проводимостей при частоте переменного тока, соответствующей -й гармонике.
Реактивные сопротивления линий, трансформаторов или реакторов при частоте, соответствующей -й гармонике,
(11.34)
где номер гармоники; − реактивное сопротивление при частоте 50 Гц, соответствующее первой гармонике.
Емкостная проводимость линий, а также активное сопротивление линий или трансформаторов определяются аналогично (11.34):
;
где − емкостная проводимость и активное сопротивление при частоте 50 Гц; − коэффициент, учитывающий изменение активного сопротивления при частоте, соответствующей -й гармонике.
Систему линейных уравнений (11.33) можно решать методами, рассмотренными в § 9.2. Для решения (11.33) эффективно использование метода Гаусса с учетом слабой заполненности матрицы узловых проводимостей.