Введение. В идеальной электроэнергетической системе (ЭЭС) энергия должна передаваться при номинальных значениях частоты и напряжения

В идеальной электроэнергетической системе (ЭЭС) энергия должна передаваться при номинальных значениях частоты и напряжения, не изменяющихся во времени. В реальных энергоси­стемах эти условия не выполняются вследствие того, что многие потребители электроэнергии имеют нелинейные характеристики нагрузки (вентильные преобразователи, силовая электронная пре­образовательная техника, электродуговые сталеплавильные печи на металлургических заводах и предприятиях других отраслей промышленности).

Возросший интерес к этой проблеме связан с увеличением числа и единичной мощности нелинейных электронных устройств, ис­пользуемых для управления силовыми установками и системами.

Отклонения форм кривых тока и напряжения от правильной синусоиды обычно представляют с помощью гармонических составляющих.

Гармоника определяется как значение сигнала с частотой, кратной фактической частоте сети, например основной частоте сигнала, производимого генератором. Следует различать гармони­ки в установившихся режимах, когда форма кривой не изменяет­ся, и гармоники в переходных режимах, когда форма кривой су­щественно меняется от цикла к циклу.

Существенной характеристикой, определяющей форму кривой, является фазовый угол (угол сдвига) гармоники по отношению к гармонике основной частоты. Одни и те же гармоники от различных источни­ков могут производить различный эффект в зависимости от их от­носительного положения.

Как и многие другие формы искажений, гармоники воздей­ствуют на все виды электрического оборудования, находящегося на довольно большом расстоянии от места генерации гармоник.

Наиболее ясно ощущается влияние гармоник, возникающих в силовых цепях, на качество звука телефонной связи, снижающегося из-за наводимого силовыми гармониками гармонического шума. Однако существуют и другие, менее слышимые, но зачас­тую более опасные воздействия, выражающиеся в ложных сраба­тываниях ответственной управляющей и защитной аппаратуры, перегрузке силовых аппаратов и систем. Очень часто длительное существование искаженной кривой напряжения приводит к раз­рушению силовых конденсаторов. Кроме того, при неблагополуч­ном состоянии электрической сети придется чаще ремонтировать или заменять выходящие из строя элементы. В этом случае приме­нение даже элементарных мер защиты оборудования в виде филь­тров, устанавливаемых у потребителя, приводит к существенному улучшению кривой напряжения.

Большое развитие получили технологии, основанные на ис­пользовании управляемых выпрямителей, что привело к уве­личению уровня гармоник тока в сетях. Вместе с тем при разра­ботке такого оборудования обычно предполагают, что напряжение в точке присоединения синусоидально. Это возможно лишь в слу­чае, если энергетическая система, питающая оборудование, имеет малое гармоническое сопротивление. Следовательно, мелкие по­требители, питающиеся от такой сети, подвергаются дополнитель­ным опасностям, связанным с влиянием гармоник на управляю­щее оборудование, установленное в их сетях.

Энергоснабжающие организации обычно снимают с себя ответственность за причины возникновения гармоник, вводя стандарты или рекомендации по ограничению уровней гармони­ческих составляющих в точках общего присоединения потреби­телей.

Однако определение допустимых уровней гармоник не являет­ся простой и однозначной задачей. Знания о токах гармоник раз­личных источников недостаточны для того, чтобы установить пре­делы, в которых обеспечивалась бы электромагнитная совмести­мость оборудования в любой энергосистеме. Поэтому если знания о гармониках тока исходят в основном из физической сущности явления, то разработанные стандарты и рекомендации являются результатом анализа предшествующего практического опыта, ис­пользуемого для того, чтобы избежать появления подобных про­блем в будущем.

До тех пор пока не будет достигнуто достаточного понимания характера гармонических явлений в сложных системах, энергоснабжение будет оставаться под угрозой повышенной опас­ности и энергоснабжающие организации и потребители будут час­то вынуждены принимать меры уже после аварий.