Ограничение уровней гармоник напряжении и токов

Основным же достоинством фильтра, настроенного на две частоты, является большее рабочее напряжение. Это связано с тем, что можно уменьшить число катушек индуктивностей, находящихся под полным линейным напряжением.

В качестве примера на рис. 12.10, в при­ведены эквивалентные сопротивления фильтров с двойной настройкой, использу­емых на подстанции Эчинген передачи энергии через Ла-Манш.

В принципе возможно создание филь­тров, настроенных на три и четыре час­тоты, но в этом редко бывает необходи­мость, так как подобные фильтры требуют сложной настройки.

Фильтры с автоматической настрой­кой.

При разработке настроенных фильтров желательно уменьшить максимальное отклонение частоты. Этого можно добиться применяя настройку фильтра с помощью автоматического регулирования емкости или изменения индуктивности. Обычно считается приемлемой регулировка ±5 %. В преобразователях постоянного тока исполь­зовалась система управления, измеряющая реактивную мощность гармонической час­тоты в фильтре и изменяющая значение L или С в зависимости от ее знака и значения.

По сравнению с фильтрами с фиксиро­ванной настройкой автоматически настраи­ваемые фильтры имеют ряд преимуществ:

1) имеют меньшую емкость конденса-­
торов;

2) применяемые конденсаторы могут
иметь одновременно и большой темпера-­
турный коэффициент емкости, и большую
реактивную мощность в расчете на еди­-
ницу массы и единицу стоимости;

3) большую добротность, из-за которой
потери мощности меньше. Преимущества 1
и 2 позволяют снизить стоимость конден­-
саторов — наиболее дорогих элементов
фильтра. Преимущество 2 снижает стои­-
мость резисторов и стоимость потерянной
энергии.

Широкополосные фильтры. Широкополосный фильтр имеет следу­ющие достоинства:

1) меньшую чувствительность к изме­-
нениям температуры, отклонениям час-­
тоты, промышленным допускам при изго­-
товлении элементов, потерям в емкостных
элементах и т.п.;

2) малое сопротивление широкому спек­
тру гармоник, отсутствие необходимости
разбивки фильтра на параллельные ветви,
которая вызывает затруднения при пере-­
ключениях и обслуживании;

3)удобное применение в случае, если использование настроенных фильтров вызывает появление резонанса токов между проводимостями фильтра и системы на частотах гармоник, меньших нижней частоты настроенного фильтра, или на час­тотах гармоник, лежащих между настроен­ными частотами.

Основные недостатки широкополосных фильтров:

1) для получения одинакового уровня
фильтрации широкополосные фильтры
должны быть рассчитаны на более высо­-
кую мощность, хотя в большинстве случаев
хорошая работа фильтра осуществляется в
диапазоне, требующемся для регулировки
коэффициента мощности;

2) потери энергии в резисторе и в
катушке индуктивности гораздо выше.

Типы широкополосных фильтров.

На рис. 12.11 показаны четыре типа гасящих фильтров: первого, второго, треть­его порядков и С-типа.

Фильтр первого порядка применяется редко, так как для него требуется конденса­тор большой мощности, а потери на основ­ной частоте велики.

Фильтр второго порядка удобен в экс­плуатации, но потери на основной частоте по сравнению с фильтром третьего порядка велики.

Основным достоинством фильтра тре­тьего порядка являются его малые потери энергии на основной частоте (по сравне-

444

Глава 12. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

нию с фильтром второго порядка), связан­ные с увеличением полного сопротивления на этой частоте наличием конденсатора C₂ Емкость С₂, много меньше емкости С₁. По своей работе фильтр С-типа занимает поло­жение между фильтрами второго и третьего порядка. Основным его преимуществом являются существенно меньшие потери на основной частоте из-за того, что на этой частоте С₂ и L последовательно настроены. Такие фильтры наиболее чувствительны к изменениям основной частоты и отклоне­ниям параметров элементов. Стены фильтров.

Обычно мощные статические преобра­зователи проектируются на работу по край­ней мере с 12-иульсным циклом. Однако очень часто по условиям эксплуатации или из-за временных сбоев в работе допускается 6-пульсная работа преобразователя. В этих условиях преобразователь генерирует допол­нительно к характеристическим гармони­кам 12-пульсного режима гармоники 5-го и

7-го порядков. Эти гармоники отфильтро­вываются с помощью специальной схемы, состоящей из настроенных фильтров для гармоник малых порядков (5, 7, Ни 13-го) и высокочастотного гасящего фильтра для гармоник 17-го и более высоких порядков (рис. 12.12).

Полосовая фильтрация для 12-пуль-сных преобразователей.

Установка на преобразовательной под­станции настроенных фильтров резонанса напряжений для 11-й и 13-й гармоник и высокочастотных фильтров для гармоник более высоких порядков обычно приводит к более сильному, чем это требуется, подавле-нию гармоник. Это связано с тем, что мини­мальная мощность фильтра обычно опреде­ляется наименьшей емкостью конденсато­ров, допустимой с точки зрения экономики, и минимальной реактивной мощностью, генерируемой преобразователем.

Таким образом, схема фильтрации может быть упрощена либо заменой настроенных

Рис. 12.11. Широкополосные высокочастотные фильтры:

а — первого порядка; б — второго порядка; в — третьего порядка; г — С-типа

Рис. 12.12. Фильтр переменного тока

Вопросы для самопроверки

Рис. 12.13. Смешанный фильтр вторит порядка и С-типа

фильтров 11-й и 13-й гармоник на один гасяший фильтр, либо заменой на такой фильтр всех фильтров схемы. В первом случае гасяший фильтр, заменяющий два настроенных фильтра, должен быть настроен приблизительно на 12-ю гармонику, при этом его добротность будет достаточно большой (20—50), в то время как добро­тность гасящего фильтра высших гармоник гораздо меньшей (2—4). Во втором случае гасяший фильтр также настраивается на 12-ю гармонику, но для обеспечения доста­точно низкого сопротивления для больших гармоник добротность выбирается относи­тельно малой (2—6).

В создаваемых в настоящее время мощ­ных преобразовательных схемах высокого напряжения велика вероятность резонанса гармоник малых порядков между полным сопротивлением системы и емкостным сопротивлением фильтра.

В зависимости от того, что является источником гармоник малых порядков — система переменного тока или преобразо­ватель, могут наблюдаться резонанс напря­жений и резонанс токов. Из-за несиммет­рии системы преобразователь генерирует существенную третью гармонику тока. Эти гармоники имеют прямую последователь-

ность чередования фаз и, следовательно, не поглощаются обмоткой трансформатора, соединенной в треугольник.

Для исключения появления резонанса на малых частотах была предложена дру­гая схема фильтрации, состоящая из филь­тра С-типа и фильтра второго порядка (рис. 12.13).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Дайте определение качества электроэнер­-
гии.

2. В чем состоит проблема искажения кривых
тока и напряжения в сети?

3. Почему большое внимание уделяется гармо­-
ническим составляющим в кривых тока и
напряжения?

4. Каким образом развивается параллельный и
последовательный резонансы в сетях и как
они проявляются в системах электроснабже­-
ния?

5. Опишите влияние гармоник на вращающие­
ся машины и статическое оборудование (BJ1,
трансформаторы, батареи конденсаторов).

6. Как влияют гармоники на работу устройств
релейной защиты?

7. Объясните роль статических преобразовате­-
лей в ухудшении качества электроэнергии.

8. Каков*» влияние гармоник на измерение
мощности и энергии?

9. Каково влияние гармоник на коэффициент
мощности?

10. Какие провалы, перерывы напряжений в се­-
тях электроснабжения допустимы?

11. Как осуществляется нормирование гармо-­
ник в сетях различных стран?

12. Каковы нормы качества электроэнергии?

13. Каковы способы ограничения уровней гар­-
моник напряжений и токов?

14. Каково назначение и принцип действия на­
строенных фильтров?

15. Что такое фильтры двойной настройки?

16. Назовите типы широкополосных фильтров,
их достоинства и недостатки.