Электрических сетей

12.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

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, олектродуговые сталеплавильные печи на металлургических заводах и предприятиях других отраслей промышленности).

Проблема искажения синусоидальной формы кривых тока и напряжения состав­ляет основу этой главы.

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 основной частоте. 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 сопро-

12.2. Статический преобразователь как источник гармоник и другие источники гармоник 415

тивление. 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.