Глава 12. Электромагнитная совместимость технических средств

В случае металлического КЗ в токе и напряжении преобладает основная частота. Однако в связи с насыщением трансформа­тора тока возникает вторичное искажение кривой, особенно в случае большой апери­одической составляющей в первичном токе. В этих случаях также возникают про­блемы обеспечения нормальной работы защиты.

В установившихся режимах работы нелинейность, связанная с перевозбужде­нием трансформатора тока, вызывает только гармоники нечетного порядка. В переходных режимах могут возникнуть любые гармоники, наибольшие амплитуды имеют обычно вторая и третья.

Однако все эти проблемы являются про­блемами правильного проектирования. Правильный выбор оборудования устра­няет множество трудностей, связанных с измерительными трансформаторами.

Фильтрация гармоник, особенно в циф­ровых защитах, наиболее важна для дис­танционных защит. В ряде работ, посвя­щенных цифровым способам фильтрации, показано, что хотя алгоритмы такой филь­трации частот достаточно сложны, получе­ние нужного результата не представляет особых трудностей.

Влияние гармоник на системы защиты в нормальных режимах работы электри­ческих сетей.

Низкая чувствительность устройств защиты к параметрам режима в нормаль­ных условиях обусловлена практическим отсутствием проблем, связанных с гармо­никами в этих режимах. Исключение составляет пусковой режим, возникающий при включении в сеть мощных трансфор­маторов и сопровождающийся броском намагничивающего тока. На практике высокое содержание высших гармоник в намагничивающем токе трансформатора в большинстве случаев используется для блокировки отключения выключателей высокого напряжения защитой трансфор-

матора, несмотря на исключительно высо­кий пик намагничивающего тока.

Амплитуда тока зависит от индуктив­ности трансформатора, сопротивления обмотки и момента времени, в который происходит включение. Остаточный поток в воздушном зазоре в момент перед вклю­чением несколько увеличивает или умень­шает трудности в зависимости от поляр­ности потока по отношению к начальному значению мгновенного напряжения. Так как ток на вторичной стороне во время намагничивания отсутствует, большой пер­вичный ток может вызвать ложное сраба­тывание дифференциальной зашиты.

Наиболее простым способом предотвра­щения ложного срабатывания защиты явля­ется использование задержки времени, однако это может привести к серьезному повреждению трансформатора, если во время его включения произойдет авария. На практике нехарактерную для сетей вто­рую гармонику, присутствующую в токе включения, используют для блокировки защиты, хотя зашита остается достаточно чувствительной к внутренним поврежде­ниям трансформатора во время включения.

Оборудование потребителей.

Телевизоры. Гармоники, увеличиваю­щие пик напряжения, могут вызвать иска­жения изображения и изменение яркости.

Флюоресцентные и ртутные лампы.

Балластные устройства этих ламп иногда содержат конденсаторы, и при опре­деленных условиях может возникнуть резонанс, приводящий к выходу ламп из строя.

Компьютеры.

Существуют пределы допустимых уров­ней искажений в сетях, питающих компью­теры и системы обработки данных. В неко­торых случаях они выражаются в процен­тах номинального напряжения (например, для компьютера Honeywell DEC — 3 %, IBM — 5 %) либо в виде отношения пика напряжения к действующему значению.

12.3. Влияние гармоник на системы электроснабжения

Преобразовательное оборудование.

Провалы на синусоиде напряжения, воз­никающие во время коммутации вентилей, могут влиять на синхронизацию другого подобного оборудования или устройств, управление которыми осуществляется в момент перехода кривой напряжения нуле­вого значения.

Оборудование с регулируемой тиристо­рами частотой вращения.

Теоретически гармоники могут влиять на такое оборудование следующим обра­зом:

• провалы на синусоиде напряжения
могут вызывать неправильную работу из-за
пропусков зажигания тиристоров;

• гармоники напряжения могут
вызвать зажигание не в требуемый момент;

• резонанс между различными типами
оборудования может привести к перенапря­-
жениям и качаниям машин.

Описанные выше воздействия могут ощущаться и другими потребителями, при­соединенными к той же сети. Если потре­битель не испытывает затруднений с тирис-торно управляемым оборудованием в своих сетях, он вряд ли окажет влияние на других потребителей. Потребители, питающиеся от разных шин, теоретически могут влиять друг на друга, однако электрическая уда­ленность снижает вероятность такого взаи­модействия.

Влияние гармоник на измерение мощ­ности и энергии. Измерительные приборы калибруются при чисто синусоидальных токе и напряжении, поэтому при их исполь­зовании для измерения мощности при искаженных токах и напряжениях они могут давать погрешности сверх нормиро­ванных.

Значение и направление гармонических искажений (вторичной мощности) важны при расчетах платы за электроэнергию, так как знак погрешности определяет пере­плату или недоплату вторичной мощности. Исследования показали, что погрешности

измерении, вызванные высшими гармони­ками, варьируются в широких пределах и возможны как положительные, так и отри­цательные погрешности.

Наиболее распространенным прибо­ром для измерения энергии является индукционный счетчик электромагнитной системы, вращающие и тормозящие маг­нитные потоки которой действуют на ротор счетчика, создавая результирующий момент вращения. В счетчике предусмот­рены специальные элементы, создающие вторичные потоки и позволяющие увели­чить точность измерения и скомпенсиро­вать момент трения регистрирующего механизма. Эти элементы, создающие пер­вичный и вторичный моменты, обычно нелинейны по отношению как к ампли­туде, так и к частоте. Нелинейные эле­менты включают в себя детали цепей изме­рений тока и напряжения, перегрузочные магнитные шунты и частотно-чувствитель­ные элементы, такие как диск, квадратур­ный и антифрикционный контуры.

Восприимчивость счетчика к частотам, находящимся за пределами расчетных параметров, невелика. Выражение для мощности в сети можно записать в следую­щем виде:

где U_пт, I_пт, Р_пт — напряжение, ток и мощ­ность постоянной составляющей; U₁, I₁, P₁ — то же основной гармоники; U_Г, I_Г, Р_г — то же гармонических составляющих. Счетчик не измеряет P_ПТ, но чувствите­лен к его присутствию, измеряет P₁ с боль­шой точностью и Р_г с гораздо меньшей точ­ностью, зависящей от частоты. Суммарная мощность гармоник получается суммиро­ванием всех компонентов с частотами, выше и ниже основной.