Глава 12. Электромагнитная совместимость технических средств. Рис. 12. 6. Зависимость моментов и токов гармоник ротора I от угловой скорости вращения ротора ω

Рис. 12.6. Зависимость моментов и токов гармоник ротора I от угловой скорости вращения ротора ω

По этому выражению в первом прибли­жении оценивается возможность возникно­вения вибрации.

Линии электропередачи.

Гармоники тока в линиях приводят к дополнительным потерям электроэнергии и напряжения.

В кабельных линиях воздействие гармо­ник напряжения на диэлектрик увеличива­ется пропорционально увеличению макси­мальной амплитуды напряжения. Это, в свою очередь, увеличивает число повреж­дений кабеля и стоимость ремонтов.

В линиях СВН гармоники напряжения по той же причине (увеличение амплитуды) могут вызывать увеличение потерь энергии на корону.

Трансформаторы.

В трансформаторах гармоники напря­жения вызывают увеличение потерь энер­гии на гистерезис, потерь, связанных с вих­ревыми токами в стали, и потерь в обмот­ках. Кроме того, сокращается срок службы изоляции.

Увеличение потерь в обмотках наиболее важно для преобразовательной) трансфор­матора, так как фильтр, присоединяемый обычно к стороне переменного тока, не снижает гармоник тока в трансформаторе. Поэтому требуется устанавливать транс­форматор большей мощности. Кроме того,

наблюдаются локальные перегревы бака трансформатора.

При воздействии гармоник на мощные трансформаторы в обмотках, соединенных в треугольник, начинает циркулировать утроенный ток нулевой последователь­ности. Это может привести к перегрузке.

Батареи конденсаторов.

Дополнительные потери энергии в кон­денсаторах определяются выражением

(12.7)

где ∆ р₀ — удельные потери на основной частоте; С — емкость конденсатора; U_n — напряжение i-й гармоники.

Эти потери приводят к дополнитель­ному нагреву конденсаторов. Обычно кон­денсаторы проектируются так, чтобы допускать определенную токовую пере­грузку. Конденсаторы, выпускаемые в Великобритании, допускают перегрузку 15, в Европе, Австралии и РФ — 30, в США — 80 %. При превышении этих значений, наблюдающихся в условиях повышенных гармоник напряжения на вводах конденса­торов, последние перегреваются и выходят из строя.

12.3. Влияние гармоник на системы электроснабжения

Системы дистанционного управления токами тональной частоты.

Такие системы часто используются для дистанционного включения и отключения уличного освещения и для управления нагрузкой (например, бытовыми водона­гревателями). Ложная работа системы дис­танционного управления может возникнуть в случае, если в сети имеются гармоники, частоты которых близки к частоте системы управления. Амплитуда гармоники напря­жения, которая может привести к срабаты­ванию реле, зависит от его характеристик (чувствительности и селективности) и бли­зости частот влияющей гармоники и сис­темы управления.

В результате возможны:

а) блокировка сигнала, когда гармони-­
ческая помеха не позволяет выделить
управляющий сигнал (наличие конденсато-­
ров может приводить к такому же резуль­-
тату, благодаря их свойству поглощать
напряжение повышенной частоты);

б) ложная работа реле из-за возникших
сетевых гармоник при отсутствии управля­-
ющего сигнала.

Ранее выпускались электромеханиче­ские реле с соответствующими фильтрами высших гармоник. Они были медленнодей­ствующими, но обладали хорошей селек­тивностью. Тем не менее, эти реле ложно срабатывали в связи с низкой степенью кодирования сигнала, позволяющей воз­действовать на реле любой гармонике, про­шедшей через фильтр.

Современные реле в основном пред­ставляют собой электронный эквивалент электромеханических предшественников. Они обычно включают в себя пьезоэлект­рические или активные фильтры, а высокая степень кодирования сигнала минимизи­рует ложные срабатывания.

Цифровые фильтры в системе дистан­ционного управления обладают почти иде­альной способностью выделять сигналы установленной частоты при наличии помех в виде высших гармоник.

Устройства релейной защиты в энерго­системах.

Гармоники могут нарушать работу уст­ройств защиты или ухудшать их характе­ристики. Характер нарушения зависит от принципа работы устройства. Цифровые реле и алгоритмы, основанные на анализе выборки данных или точки пересечения нуля кривой напряжения (тока), особенно чувствительны к гармоникам.

В большинстве случаев изменения характеристик несущественны. Испытания показали, что большинство типов реле нор­мально работает при коэффициенте иска­жения до 20 %. Однако увеличение доли мощных преобразователей в сетях может в будущем изменить ситуацию.

Проблемы, возникающие из-за гармо­ник, различны для нормальных и аварий­ных режимов и ниже рассмотрены отде­льно.

Влияние гармоник на системы защиты в аварийных режимах.

Устройства защиты обычно реагируют на напряжение или ток основной частоты, а все гармоники в переходном режиме либо отфильтровываются, либо не оказывают воздействие на устройство. Последнее характерно для электромеханических реле, особенно используемых в максимальной токовой защите. Эти реле имеют большую инерцию, что делает их практически нечувствительными к высшим гармоникам.

Более существенным оказывается влия­ние гармоник на работу защиты, основан­ной на измерении сопротивлений. Дистан­ционная защита, основанная на измерении сопротивлений на основной частоте, может давать существенные ошибки в случае наличия в токе КЗ высших гармоник (осо­бенно 3-го порядка). Большое содержание гармоник обычно наблюдается в случаях, когда ток КЗ течет через землю (сопротивле­ние земли доминирует в общем сопротивле­нии контура). Если гармоники не отфиль-тровываются, вероятность ложной работы весьма велика.