Лекции по " Качеству электроэнергии"

      Несинусоидальность формы кривой напряжения отрицательно сказывается на работе вентильных преобра-зователей,  ухудшая качество выпрямления тока. 

      Потери  мощности вызываемые высшими гармониками.

      При прохождении токов высших гармоник по элементам системы электроснабжения возникают дополнительные потери активной мощности:

1. Дополнительные  потери активной мощности в  синхронных машинах от высших  гармонических тока определяется  по формуле:

      где DР_нсм - дополнительные потери в металле обмоток (меди) синхронной машины от высших гармоник;

DР_нс.ст - дополнительные потери в стали от высших гармоник;

DР_нс.т -мощность, идущая на преодоление тормозного момента вызываемого током высшей гармоники. 

2. Дополнительные  потери активной мощности в обмотках асинхронного двигателя, обусловленные токами высших гармоник, определяются по формуле.

где R_1nR_2n^' - активное сопротивление статора и приведенное активное сопротивление ротора на частоте n-й гармоники. 

3. Дополнительные  потери активной мощности в силовых  трансформаторах, кабельных и воздушных линиях и реакторах определяются по формуле:

4. дополнительные  потери активной мощности в силовых  конденсаторах:

а) Дополнительные потери активной мощности в диэлектрике силового конденсатора :

б) Дополнительные  потери активной мощности от внешних  гармоник в изоляции от корпуса силовых конденсаторов:

в) Дополнительные потери активной мощности от внешних  гармоник в обкладках конденсаторов:

где К_n,en- коэффициент учитывающий влияние поверсхности эффекта на участке е.

К_е- сопротивление е-го участка. 

      Способы уменьшения несинусоидальности напряжения в электрических  сетях

      Увеличение  числа фаз выпрямления. С увеличением числа фаз выпрямления форма первичного тока преобразователя приближается в токе выпрямителя и, следовательно, в напряжении сети, уменьшается. Так, например, при 6-фазной схеме выпрямления в токе вентильного агрегата содержатся 5,7,11,13,17,19,23,25- я..... гармоники, а при  12-фазной схеме- 11,13,23,25-я..... гармоники. Расчеты показывают, что при этом несинусоидальность напряжения сети уменьшается в 1,4 раза. Увеличение числа фаз выпрямления является действенной мерой снижения содержания высших гармоник в кривых первичного тока преобразователей и напряжения сети. Однако эти устройства получаются слишком сложными, дорогими и ненадежными. В настоящее время наибольшее распространение получили 12-фазный режим выпрямления. 

      Многофазный эквивалентный режим  работы преобразо-вателей.  Увеличение числа фаз выпрямителя возможно также путем создания эквивалентного режима для группы вентильных агрегатов, при сохранении для каждого из них 6- фазного выпрямителя. Например, 12-фазный эквивалентный режим для двухмостового преобразователя может быть реализован путём соединения одной из обмоток анодного трансформатора в треугольник, а другой - в звезду. В результате в первичных обмотках трансформаторов обеих агрегатов присутствуют гармоники порядков n=6k±1, но в питающую сеть выходят только гармоники порядков n=12k±1, а остальные гармоники тока циркулируют между первичными обмотками трансформаторов. 

   Снижение уровней гармоник средствами питающей сети достигается в основном рациональным построением схемы электроснабжения, при котором обеспечивается допустимый уровень гармоник напряжения на шинах потребителя. Наиболее распространенными средствами являются применение трансформаторов преобразователей с повышенным напряжением 110-220 кВ; питание нелинейных нагрузок от отдельных трансформаторов или подключение их к отдельным обмоткам трехобмоточных трансформаторов; подключение параллельно нелинейным нагрузкам синхронных и асихронных двигателей.

      Фильтры высших гармоник Звено фильтра представляет собой конур из последовательно соединенных индуктивности и ёмкости, настроенный на частоту определенной гармоники.

      Сопротивление звена фильтра токами высших гармоник

         или 

      где Х_LХ_C-сопротивления индуктивности и ёмкости току промышленной частоты.

      С увеличением частоты индуктивное  сопротивление реактора увеличивается  пропорционально номеру гармоники, а сопротивление батареи конденсаторов  уменьшается обратно пропорционально номеру гармоники. На частоте одной из гармоник индуктивное сопротивление реактора звена фильтра становится равным ёмкостному сопротивлению батареи конденсаторов и в цепи звена фильтра возникает резонанс напряжений. При этом сопротивление звена Х_Ф,n току этой гармоники становится равны нулю и оно шунтирует электрическую систему на частоте данной гармоники.

      Номер резонансной гармоники n_р может быть вычислен по формуле

      Идеальный фильтр полностью потребляет ток  гармоники In генерируемый нелинейными элементами. Однако из-за наличия активных сопротивлений в реакторе и конденсаторе и неточной их настройки полная фильтрация гармоник практически невозможна.

      Количество  звеньев в фильтре может быть любое. Но на практике, как правило, применяют фильтры, состоящие из двух или четырех  звеньев, настроенные на 5,7,11,13,23, и 25-ю гармоники.

      Одновременно  фильтр является источником реактивной мощности и может служить в  качестве одного из средств для компенсации  реактивных нагрузок.

      Основным  недостатком фильтров является их высокая стоимость, кроме этого распространение фильтров ограничивает также большая их чувствительность к точности настройки.  

       .