Indflydelse af højere harmoniske af spænding og strøm på driften af ​​elektrisk udstyr

De højere spændings- og strømovertoner påvirker elementerne i strømsystemer og kommunikationslinjer.

De vigtigste former for indflydelse af højere harmoniske på effektsystemer er:

• stigning i strømme og spændinger af højere harmoniske på grund af parallel- og serieresonanser;

• reduktion af effektiviteten af ​​produktion, transmission, brug af elektricitetsprocesser;

• ældning af elektrisk udstyrs isolering og resulterende reduktion i dets levetid;

• forkert betjening af udstyret.

Indflydelse af resonanser på systemer

Resonanser i strømsystemer betragtes normalt i form af kondensatorer, især strømkondensatorer. Når strømmens harmoniske overskrider de maksimalt tilladte niveauer for kondensatorer, forringer sidstnævnte ikke deres ydeevne, men mislykkes efter et stykke tid.

Et andet område, hvor resonanser kan forårsage skade på udstyr, er i overtonebelastningskontrolsystemer. For at forhindre, at signalet absorberes af strømkondensatorerne, er deres kredsløb adskilt af et tunet seriefilter (filter-«notch»). I tilfælde af lokal resonans stiger strømmens harmoniske i strømkondensatorkredsløbet kraftigt, hvilket fører til beskadigelse af seriefilterets indstillede kondensator.

I en af ​​installationerne blokerede filtre, der var indstillet til en frekvens på 530 Hz med en passstrøm på 100 A, hvert kredsløb i en strømkondensator, der havde 15 sektioner på 65 kvar. Kondensatorer disse filtre fejlede efter to dage. Årsagen var tilstedeværelsen af ​​en harmonisk med en frekvens på 350 Hz, i den umiddelbare nærhed af hvilken resonansforhold blev etableret mellem det indstillede filter og effektkondensatorerne.

Effekt af harmoniske på roterende maskiner

Spændings- og strømovertoner fører til yderligere tab i statorviklingerne, i rotorkredsløbene og i statoren og rotorstålet. Tabene i stator- og rotorlederne på grund af hvirvelstrømme og overfladeeffekt er større end dem, der bestemmes af den ohmske modstand.

Lækstrømmene forårsaget af harmoniske i endezonerne af statoren og rotoren fører til yderligere tab.

I en konisk rotorinduktionsmotor med pulserende magnetisk flux i statoren og rotoren forårsager de højere harmoniske yderligere tab i stålet. Størrelsen af ​​disse tab afhænger af hældningsvinklen af ​​slidserne og karakteristikaene af det magnetiske kredsløb.

Den gennemsnitlige fordeling af tab fra højere harmoniske er karakteriseret ved følgende data; statorvikling 14%; rotorkæder 41%; endezoner 19%; asymmetrisk bølge 26%.

Bortset fra asymmetriske bølgetab er deres fordeling i synkrone maskiner omtrent den samme.

Det skal bemærkes, at tilstødende ulige harmoniske i statoren på en synkronmaskine forårsager harmoniske med samme frekvens i rotoren. For eksempel forårsager 5. og 7. harmoniske i statoren 6. ordens strømharmoniske i rotoren, der spinder i forskellige retninger. For lineære systemer er den gennemsnitlige tabstæthed på rotoroverfladen proportional med værdien, men på grund af den forskellige rotationsretning er tabstætheden på nogle punkter proportional med værdien (I5 + I7) 2.

Yderligere tab er et af de mest negative fænomener forårsaget af harmoniske i roterende maskiner. De fører til en stigning i maskinens samlede temperatur og til lokal overophedning, højst sandsynligt i rotoren. Egernburmotorer tillader højere tab og temperaturer end viklede rotormotorer. Nogle retningslinjer begrænser det tilladte strømniveau i negativ sekvens i generatoren til 10 % og det negative spændingsniveau ved induktionsmotorens indgange til 2 %. Tolerancen af ​​harmoniske i dette tilfælde bestemmes af, hvilke niveauer af negative sekvensspændinger og strømme de skaber.

Drejningsmomenter genereret af harmoniske. Overtonerne af strømmen i statoren giver anledning til de tilsvarende drejningsmomenter: harmoniske, der danner en positiv sekvens i rotorens rotationsretning, og danner en omvendt sekvens i den modsatte retning.

Harmoniske strømme i maskinens stator forårsager en drivkraft, som fører til udseendet af drejningsmomenter på akslen i det harmoniske magnetfelts rotationsretning. De er normalt meget små og er også delvist forskudt på grund af den modsatte retning. De kan dog få motorakslen til at vibrere.

Indflydelse af harmoniske på statisk udstyr, elledninger. Strømovertoner i ledningerne fører til yderligere tab af elektricitet og spænding.

I kabelledninger øger spændingsharmoniske virkningen på dielektrikumet i forhold til stigningen i den maksimale værdi af amplituden. Dette øger igen antallet af kabelfejl og reparationsomkostninger.

I EHV-linjer kan spændingsovertoner forårsage en stigning i koronatab af samme årsag.

Påvirkning af højere harmoniske på transformere

Spændingsovertoner forårsager en stigning i hysteresetab og hvirvelstrømstab i stålet i transformere, samt viklingstab. Isoleringens levetid reduceres også.

Stigningen i viklingstab er vigtigst i en step-down transformer, fordi tilstedeværelsen af ​​et filter, normalt forbundet til AC-siden, ikke reducerer strømharmoniske i transformeren. Derfor er det nødvendigt at installere en stor krafttransformator. Lokal overophedning af transformatortanken observeres også.

Et negativt aspekt af effekten af ​​harmoniske på højeffekttransformatorer er cirkulationen af ​​tredobbelt nulsekvensstrøm i deltaforbundne viklinger. Dette kan overvælde dem.

Indflydelse af højere harmoniske på kondensatorbanker

De yderligere tab i de elektriske kondensatorer fører til overophedning af dem. Generelt er kondensatorer designet til at modstå en vis strømoverbelastning. Kondensatorer produceret i Storbritannien tillader en overbelastning på 15%, i Europa og Australien - 30%, i USA - 80%, i CIS - 30%. Når disse værdier overskrides, observeret under forhold med øget spænding af højere harmoniske ved kondensatorernes indgange, overophedes sidstnævnte og fejler.

Indflydelse af højere harmoniske på strømsystembeskyttelsesenheder

Overtoner kan forstyrre betjeningen af ​​beskyttelsesanordninger eller forringe deres funktion. Arten af ​​overtrædelsen afhænger af princippet om enhedens drift. Digitale relæer og algoritmer baseret på diskretiseret dataanalyse eller nulkrydsningsanalyse er særligt følsomme over for harmoniske.

Oftest er ændringer i karakteristika mindre. De fleste typer relæer vil fungere normalt op til et forvrængningsniveau på 20 %. En øget andel af strømomformere i netværk kan dog ændre situationen i fremtiden.

Problemerne som følge af harmoniske er forskellige for normal- og nødtilstande og diskuteres separat nedenfor.

Indvirkning af harmoniske i nødtilstande

Beskyttelsesanordninger reagerer normalt på grundfrekvensspændingen eller -strømmen, og eventuelle transiente harmoniske filtreres enten fra eller påvirker ikke enheden. Sidstnævnte er karakteristisk for elektromekaniske relæer, især brugt til overstrømsbeskyttelse. Disse relæer har en høj inerti, hvilket gør dem praktisk talt ufølsomme over for højere harmoniske.

Mere signifikant er indflydelsen af ​​harmoniske på beskyttelsesydelse baseret på modstandsmåling. Afstandsbeskyttelse, hvor modstanden måles ved grundfrekvensen, kan give væsentlige fejl ved tilstedeværelse af højere harmoniske i kortslutningsstrømmen (især af 3. orden). Højt harmonisk indhold observeres normalt, når kortslutningsstrømmen løber gennem jorden (jordmodstand dominerer den totale sløjfemodstand). Hvis harmoniske ikke filtreres, er sandsynligheden for falsk drift meget høj.

I tilfælde af en metallisk kortslutning er strømmen domineret af grundfrekvensen. På grund af transformatorens mætning opstår der dog sekundær kurveforvrængning, især ved en stor jævnstrømskomponent i primærstrømmen. I dette tilfælde er der også problemer med at sikre den normale funktion af beskyttelsen.

I stationære driftsforhold forårsager den ulinearitet, der er forbundet med transformatoroverexcitation, kun ulige ordens harmoniske. Alle slags harmoniske kan forekomme i transiente tilstande, hvor de største amplituder normalt er 2. og 3.

Men med korrekt design er de fleste af de anførte problemer let at løse. At vælge det rigtige udstyr eliminerer mange af de vanskeligheder, der er forbundet med at måle transformatorer.

Harmonisk filtrering, især i digitale beskyttelser, er vigtigst for afstandsbeskyttelse. Det arbejde, der er udført inden for digitale filtreringsmetoder, har vist, at selvom algoritmerne til en sådan filtrering ofte er ret komplekse, giver det ikke særlige vanskeligheder at opnå det ønskede resultat.

Indflydelsen af ​​harmoniske på beskyttelsessystemer under normale driftstilstande for elektriske netværk. Den lave følsomhed af beskyttelsesanordningerne over for tilstandsparametrene under normale forhold fører til det praktiske fravær af problemer forbundet med harmoniske i disse tilstande. En undtagelse er problemet forbundet med inddragelsen af ​​kraftige transformere i netværket, ledsaget af en stigning i magnetiseringsstrømmen.

Amplituden af ​​toppen afhænger af transformatorens induktans, viklingens modstand og det øjeblik, hvor tændingen tændes. Restfluxen på tidspunktet før tænding øger eller mindsker amplituden en smule, afhængigt af polariteten af ​​fluxen i forhold til startværdien af ​​den øjeblikkelige spænding. Da der ikke er nogen strøm på sekundærsiden under magnetisering, kan en stor primærstrøm få differentialbeskyttelsen til at udløse fejlagtigt.

Den nemmeste måde at undgå falske alarmer på er at bruge en tidsforsinkelse, men dette kan forårsage alvorlig skade på transformeren, hvis der sker et uheld, mens den er tændt. I praksis bruges den anden harmoniske, der er til stede i startstrømmen, ukarakteristisk for netværk, til at blokere beskyttelsen, selvom beskyttelsen forbliver ret følsom over for interne fejl i transformeren under tænding.

Effekt af harmoniske på forbrugerudstyr

Påvirkningen af ​​højere harmoniske på fjernsyn

Overtoner, der øger spidsspændingen, kan forårsage billedforvrængning og ændring i lysstyrken.

Fluorescerende og kviksølvlamper. Disse lampers forkoblinger indeholder nogle gange kondensatorer, og under visse forhold kan der opstå resonans, hvilket resulterer i lampesvigt.

Effekt af højere harmoniske på computere

Der er grænser for de tilladte niveauer af forvrængning i de netværk, der driver computere og databehandlingssystemer. I nogle tilfælde er de udtrykt som en procentdel af den nominelle spænding (for en computer IVM — 5%) eller i form af forholdet mellem spidsspændingen og gennemsnitsværdien (CDC sætter sine tilladte grænser til 1,41 ± 0,1).

Indflydelsen af ​​højere harmoniske på konverteringsudstyr

Hak i den sinusformede spænding, der opstår under ventilskift, kan påvirke timingen af ​​andet lignende udstyr eller enheder, der styres under nulspændingskurven.

Påvirkningen af ​​højere harmoniske på tyristorstyret hastighedsudstyr

I teorien kan harmoniske påvirke sådant udstyr på flere måder:

• hakkene i sinusbølgen forårsager en funktionsfejl på grund af fejltænding af tyristorerne;

• spændingsharmoniske kan forårsage fejltændinger;

• den resulterende resonans i nærvær af forskellige typer udstyr kan føre til spændinger og vibrationer af maskiner.

Påvirkningerne beskrevet ovenfor kan mærkes af andre brugere, der er tilsluttet det samme netværk. Hvis brugeren ikke har problemer med tyristorstyret udstyr i deres netværk, er det usandsynligt, at det vil påvirke andre brugere. Forbrugere, der drives af forskellige busser, kan teoretisk påvirke hinanden, men den elektriske afstand reducerer sandsynligheden for en sådan interaktion.

Effekt af harmoniske på effekt- og energimålinger

Måleapparater er normalt kalibreret til rene sinusformede spændinger og øger usikkerheden ved tilstedeværelse af højere harmoniske. Størrelsen og retningen af ​​de harmoniske er vigtige faktorer, fordi fortegnet for fejlen bestemmes af retningen af ​​de harmoniske.

Målefejl forårsaget af harmoniske er meget afhængige af typen af ​​måleinstrumenter. Konventionelle induktionsmålere overvurderer typisk aflæsninger med nogle få procent (6 % hver), hvis brugeren har en kilde til forvrængning. Sådanne brugere straffes automatisk for at indføre forvrængninger i netværket, så det er i deres egen interesse at etablere passende midler til at undertrykke disse forvrængninger.

Der er ingen kvantitative data om harmoniskes indflydelse på nøjagtigheden af ​​spidsbelastningsmålingen. Det antages, at harmoniske indflydelse på nøjagtigheden af ​​spidsbelastningsmålingen er den samme som på nøjagtigheden af ​​energimålingen.

Nøjagtig måling af energi, uanset formen af ​​strøm- og spændingskurverne, leveres af elektroniske målere, som har en højere pris.

Overtoner påvirker både nøjagtigheden af ​​den reaktive effektmåling, som kun er klart defineret i tilfælde af sinusformede strømme og spændinger, og nøjagtigheden af ​​effektfaktormålingen.

Indflydelsen af ​​harmoniske på nøjagtigheden af ​​inspektion og kalibrering af instrumenter i laboratorier nævnes sjældent, selvom dette aspekt af sagen også er vigtigt.

Indflydelsen af ​​harmoniske på kommunikationskredsløb

Overtoner i strømkredsløb forårsager støj i kommunikationskredsløb.Et lavt støjniveau fører til noget ubehag, da det øges, en del af den transmitterede information går tabt, i ekstreme tilfælde bliver kommunikation fuldstændig umulig. I denne henseende, med eventuelle teknologiske ændringer i strømforsynings- og kommunikationssystemer, er det nødvendigt at tage højde for indflydelsen af ​​strømledninger på telefonlinjer.

Effekten af ​​harmoniske på telefonlinjestøj afhænger af rækkefølgen af ​​harmoniske. I gennemsnit har telefonen - det menneskelige øre en følsomhedsfunktion med en maksimal værdi ved en frekvens i størrelsesordenen 1 kHz. For at evaluere indflydelsen af ​​forskellige harmoniske på støjen c. telefonen bruger koefficienter, som er summen af ​​harmoniske taget med bestemte vægte To koefficienter er mest almindelige: psophometrisk vægtning og C-transmission. Den første faktor blev udviklet af International Consultative Committee on Telephone and Telegraph Systems (CCITT) og bruges i Europa, den anden - af Bella Telephone Company og Edison Electrotechnical Institute - bruges i USA og Canada.

Harmoniske strømme i de tre faser kompenserer ikke fuldt ud hinanden på grund af uligheden i amplituder og fasevinkler og påvirker telekommunikationen med den resulterende nulsekvensstrøm (svarende til jordfejlstrømme og jordstrømme fra traktionssystemer).

Påvirkningen kan også være forårsaget af harmoniske strømme i selve faserne på grund af forskellen i afstande fra faselederne til nærliggende telekommunikationslinjer.

Disse typer af påvirkninger kan afbødes ved korrekt valg af linjespor, men i tilfælde af uundgåelige linjekrydsninger forekommer sådanne påvirkninger.Det er især stærkt manifesteret i tilfælde af et lodret arrangement af ledningerne til strømledningen, og når ledningerne i kommunikationsledningen transponeres i nærheden af ​​strømledningen.

Ved store afstande (mere end 100 m) mellem linjerne viser sig hovedpåvirkningsfaktoren at være nul-sekvensstrømmen. Når strømledningens nominelle spænding falder, falder indflydelsen, men den viser sig at være mærkbar på grund af brugen af ​​almindelige understøtninger eller skyttegrave til at lægge lavspændingsledninger og kommunikationslinjer.