Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Вплив вищих гармонік на електрообладнання
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Звіт до лабораторної роботи
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Націоанальний університет «Львівська політехніка»
Звіт
До лабораторної роботи №2
На тему : «Вплив вищих гармонік на електрообладнання»
Мета лабораторної роботи: аналіз впливу вищих гармонік на різні елементи електричних мереж, можливих методів та способів боротьби з ними, а також внесення пропозицій щодо розробки портативного пристрою для вимірювання показників якості електричної енергії.
Теоретичні відомості:
Через нелінійність навантажень їх струми містять спектр вищих гармонік, які призводять до небезпечних явищ в електричних мережах і викликають небажані наслідки (рис. 1).
Вищі гармоніки напруги і струму впливають на елементи систем електропостачання та лінії зв'язку.
Основними формами впливу вищих гармонік на системи електропостачання є:
збільшення струмів і напруг вищих гармонік внаслідок паралельного та послідовного резонансів ;
зниження ефективності процесів генерації , передачі , використання електроенергії;
старіння ізоляції електрообладнання та скорочення внаслідок цього терміну його служби ;
помилкова робота обладнання.
Вплив резонансів на системи
Резонанси в системах електропостачання зазвичай розглядаються стосовно до конденсаторів, зокрема до силових конденсаторів. При перевищенні гармоніками струму рівнів, гранично допустимих для конденсаторів, останні не погіршують свою роботу, проте через деякий час виходять з ладу.
Інший областю, де резонанси можуть призводити до виходу з ладу елементів обладнання, є системи управління навантаженням за допомогою тональних частот. Для того, щоб запобігти поглинання сигналу силовими конденсаторами, їх ланцюга поділяють налаштованим послідовним фільтром (фільтр - " пробка "). У разі місцевого резонансу гармоніки струму в ланцюзі силового конденсатора різко зростають, що призводить до відмови налаштованого конденсатора послідовного фільтра.
В одній з установок фільтри, налаштовані на частоту 530 Гц з прохідним струмом 100 А кожен, блокували ланцюг силовий конденсаторної установки, що має 15 секцій по 65 квар. Конденсатори цих фільтрів вийшли з ладу через два дні. Причиною виявилася наявність гармоніки з частотою 350 Гц, в безпосередній близькості до якої були виявлені умови резонансу між налаштованим фільтром і силовими конденсаторами .
Вплив гармонік на обертові машини
Вплив вищих гармонік напруги та струму на роботу електрообладнання Гармоніки напруги та струму призводять до додаткових втрат в обмотках статора, в ланцюгах ротора, а також в сталі статора і ротора. Втрати в провідниках статора і ротора через вихрових струмів і поверхневого ефекту при цьому більше, ніж визначаються провідникові .
Струми витоку, що викликаються гармоніками в торцевих зонах статора і ротора , призводять до додаткових втрат .
У індукційному двигуні з ротором з скошеними пазами і пульсуючими магнітними потоками в статорі і роторі вищі гармоніки викликають додаткові втрати в сталі. Величина цих втрат залежить від кута скосу пазів і характеристик магнітопроводу.
Середній розподіл втрат від вищих гармонік характеризується наступними даними:
обмотки статора 14 %;
ланцюга ротора 41 %;
торцеві зони 19 %;
асиметричні пульсації 26 %.
За винятком втрат на асиметричні пульсації їх розподіл в синхронних машинах приблизно аналогічно.
Слід зазначити , що сусідні непарні гармоніки в статорі синхронної машини викликають в роторі гармоніку однакової частоти . Наприклад , 5 - а 7 - а гармоніки в статорі викликають в роторі гармоніки струму 6 -го порядку, що обертаються в різні сторони. Для лінійних систем середня щільність втрат на поверхні ротора пропорційна величині, однак через різного напрямку обертання щільність втрат в деяких точках пропорційна величині ( I5 + I7 ) 2 .
Додаткові втрати - одне з найбільш негативних явищ, що викликається гармоніками в обертових машинах. Вони призводять до підвищення загальної температури машини і до місцевих перегрівів, найбільш імовірним в роторі . Двигуни з ротором типу " біляча клітка" допускають більш високі втрати і температуру, ніж двигуни з фазним ротором. Деякі керівництва обмежують допустимий рівень струму зворотної послідовності в генераторі 10 %, а рівень напруги зворотної послідовності на вводах індукційних двигунів 2 %. Допустимість гармонік в цьому випадку визначають по тому, які рівні напруг і струмів зворотної послідовності вони створюють.
Моменти обертання, створювані гармоніками. Гармоніки струму в статорі викликають відповідні моменти обертання: гармоніки, що утворюють пряму послідовність у напрямку обертання ротора, а утворюють зворотну послідовність - у зворотному напрямку.
Токи гармонік в статорі машини викликають рушійну силу, що приводить до появи на валу обертаючих моментів в напрямку обертання магнітного поля гармоніки. Зазвичай вони дуже малі і до того ж частково компенсуються через протилежного напрямку. Незважаючи на це , вони можуть привести до вібрації вала двигуна.
Вплив гармонік на статичне обладнання, лінії електропередачі. Гармоніки струму в лініях призводять до додаткових втрат електроенергії та напруги.
У кабельних лініях гармоніки напруги збільшують вплив на діелектрик пропорційно збільшенню максимального значення амплітуди. Це, в свою чергу, збільшує число ушкоджень кабелю і вартість ремонтів.
У лініях надвисокої напруги гармоніки напруги з тієї ж причини можуть викликати збільшення втрат на корону.
Впливи вищих гармонік на трансформатори
Гармоніки напруги викликають в трансформаторах збільшення втрат на гістерезис і втрат, пов'язаних з вихровими струмами в сталі, а так само втрат в обмотках. Скорочується також термін служби ізоляції.
Збільшення втрат в обмотках найбільш важливо в перетворювальної трансформаторі, так як наявність фільтра, що приєднується зазвичай до сторони змінного струму, не знижує гармоніки струму в трансформаторі. Тому потрібно встановлювати більшу потужність трансформатора. Спостерігаються також локальні перегріви бака трансформатора.
Негативний аспект впливу гармонік на потужні трансформатори полягає в циркуляції потроєного струму нульової послідовності в обмотках, з'єднаних в трикутник. Це може привести до їх перевантаження .
Вплив вищих гармонік на батареї конденсаторів
Додаткові втрати в електричних конденсаторах призводять до їх перегріву. У загальному випадку конденсатори проектуються так, щоб допускати певну струмовий перевантаження. Конденсатори, що випускаються у Великобританії, допускають перевантаження 15 % , в Європі та Австралії - 30 % , в США - 80 % , в СНД - 30 %. При перевищенні цих величин, що спостерігаються в умовах підвищених напрузі вищих гармонік на вводах конденсаторів, останні перегріваються і виходять з ладу.
Вплив вищих гармонік на пристрої захисту енергосистем
Гармоніки можуть порушувати роботу пристроїв захисту або погіршувати їх характеристики . Характер порушення залежить від принципу роботи пристрою. Цифрові реле і алгоритми, засновані на аналізі вибірки даних або точки перетину нуля , особливо чутливі до гармонікам .
Найчастіше зміни характеристик несуттєві. Більшість типів реле нормально працює при коефіцієнті спотворення до 20%. Однак збільшення частки потужних перетворювачів в мережах може в майбутньому змінити ситуацію.
Проблеми, що виникають через гармонік, різні для нормальних і аварійних режимів і нижче розглянуті окремо.
Вплив гармонік в аварійних режимах
Пристрої захисту зазвичай реагують на напругу або струм основної частоти, а все гармоніки в перехідному режимі або фільтруються, або не впливають на пристрій. Останнє характерно для електромеханічних реле, особливо використовуваних в максимального струмового захисту. Ці реле мають велику інерцію, що робить їх практично не чутливими до вищих гармоникам.
Більш істотним виявляється вплив гармонік на роботу захисту , що будується на вимірі опорі. Дистанційна захист, в якій проводиться вимірювання опорів на основній частоті, може давати значні помилки в разі наявності в струмі короткого замикання вищих гармонік (особливо 3-го порядку). Великий вміст гармонік зазвичай спостерігається у випадках, коли струм короткого замикання тече через землю (опір землі домінує в загальному опорі контура). Якщо гармоніки не фільтруються, ймовірність помилкової роботи досить висока.
У разі металевого короткого замикання в струмі переважає основна частота. Однак у зв'язку з насиченням трансформатора виникає вторинне перекручування кривої, особливо у випадку великої аперіодичної складової в первинному струмі. При цьому також виникають проблеми забезпечення нормальної роботи захисту.
У сталих режимах роботи нелінійність, пов'язана з перезбудженням трансформатора, викликає тільки гармоніки непарного порядку. У перехідних режимах можуть виникнути будь-які гармоніки, найбільші амплітуди мають зазвичай 2 - і 3-тя .
Однак при правильному проектуванні більшість з перерахованих проблем легко вирішуються. Правильний вибір обладнання усуває безліч труднощів, пов'язаних з вимірювальними трансформаторами .
Фільтрація гармонік, особливо в цифрових захистах, найбільш важлива для дистанційних захистів. Роботи, виконані в області цифрових способів фільтрації, показали, що хоча алгоритми такої фільтрації часто досить складні, отримання потрібного результату не представляє особливих труднощів.
Вплив гармонік на системи захисту в нормальних режимах роботи електричних мереж. Низька чутливість пристроїв захисту до параметрів режиму в нормальних умовах обумовлює практичну відсутність проблем, пов'язаних з гармоніками в цих режимах. Виняток становить проблема , пов'язана з включенням в мережу потужних трансформаторів, що супроводжується кидком намагнічує струму.
Амплітуда піку залежить від індуктивності трансформатора, опору обмотки і моменту часу, в який відбувається включення. Остаточний потік в момент перед включенням кілька збільшує або зменшує амплітуду залежно від полярності потоку по відношенню до початкового значення миттєвого напруги. Так як струм на вторинній стороні протягом намагнічування відсутня, великий первинний струм може викликати помилкове спрацьовування диференційного захисту.
Вплив гармонік на обладнання споживачів
Найбільш простим способом виключення помилкових спрацьовувань є використання затримки часу, однак це може привести до серйозного пошкодження трансформатора, якщо аварія відбудеться під час його включення. На практиці нехарактерну для мереж 2 - у гармоніку, присутню в струмі включення, використовують для блокування захисту, хоча зашита залишається досить чутливою до внутрішніх пошкоджень трансформатора під час включення.
Вплив вищих гармонік на телевізори
Гармоніки, що збільшують пік напруги, можуть викликати спотворення зображення і зміна яскравості. Люмінесцентні та ртутні лампи. Баластні пристрої цих ламп іноді містять конденсатори і за певних умов може виникнути резонанс, що приводить до виходу ламп з ладу.
Вплив вищих гармонік на комп'ютери
Існують межі на допустимі рівні спотворень в мережах , що живлять комп'ютери і системи обробки даних. У деяких випадках вони виражаються у відсотках від номінальної напруги (для комп'ютера IВМ - 5 %) або у вигляді відносини піку напруги до діючого значенню (СDС встановлює допустимі його межі значеннями 1,41 ± 0,1).
Вплив вищих гармонік на перетворювальне обладнання
Вирізи на синусоїді напруги, що виникають під час комутації вентилів , можуть впливати на синхронізацію іншого подібного обладнання або пристроїв , керування якими здійснюється в момент переходу кривої напруги нульового значення.
Вплив вищих гармонік на обладнання з тиристорно - регульованою швидкістю обертання
Теоретично гармоніки можуть впливати на таке обладнання кількома способами:
вирізи на синусоїді напруги викликають неправильну роботу через пропусків запалення тиристорів ;
гармоніки напруги можуть викликати запалювання не в необхідний момент, що виникає резонанс при наявності різних типів обладнання може призвести до перенапруг та вібрації машин.
Описані вище дії можуть відчуватися і іншими споживачами , приєднаними до тієї ж мережі . Якщо споживач не відчуває труднощів з тиристорно - керованим обладнанням у своїх мережах , він навряд чи зробить вплив на інших споживачів. Споживачі , що живляться від різних шин , теоретично можуть впливати один на одного, проте електрична віддаленість знижує ймовірність такої взаємодії .
Вплив гармонік на вимірювання потужності та енергії
Вплив гармонік на вимірювання потужності і електровимірювальні пристрої зазвичай калібруются при чисто синусоїдальній напрузі і збільшують похибка при наявності вищих гармонік . Величина і напрям гармонік є важливими факторами, так як знак похибки визначається напрямком гармонік.
Похибки вимірювання , що викликаються гармоніками, сильно залежать від типу вимірювальної апаратури. Звичайні індукційні лічильники , як правило , завищують показання на кілька відсотків (по 6 %) при наявності у споживача джерела спотворення. Такі споживачі опиняються автоматично покараними за внесення спотворень в мережу, тому в їх власних інтересах встановити відповідні засоби для придушення цих спотворень.
Кількісних даних про вплив гармонік на точність вимірювання максимуму навантаження немає. Вплив гармонік на точність вимірювання максимуму навантаження імовірно таке ж, як і на точність вимірювання енергії.
Точне вимірювання енергії незалежно від форми кривих струму і напруги забезпечується електронними лічильниками, що мають більш високу вартість.
Гармоніки надають вплив і на точність вимірювання реактивної потужності, яка чітко визначена лише для випадку синусоїдальних струмів і напруги, і на точність вимірювання коефіцієнта потужності.
Рідко згадується вплив гармонік на точність повірки та калібрування приладів у лабораторіях , хоча ця сторона питання також важлива.
Вплив гармонік на ланцюгу зв'язку
Гармоніки в силових ланцюгах викликають шуми в ланцюгах зв'язку . Малий рівень шуму призводить до певного дискомфорту , при його збільшенні частина переданої інформації втрачається , у граничних випадках зв'язок стає взагалі неможливою. У зв'язку з цим при будь-яких технологічних змінах систем електропостачання та систем зв'язку необхідно розглядати вплив ліній електропередачі на лінії телефонного зв'язку.
Вплив гармонік на шуми в телефонних лініях залежить від порядку гармоніки . У середньому система телефонний апарат - людське вухо має функцію чутливості з максимальним значенням на частоті близько 1 кГц. Для оцінки впливу різних гармонік на шуми в. телефоні використовуються коефіцієнти, які становлять суму гармонік, взятих з певними вагами. Найбільшого поширення набули два коефіцієнта: псофометричного зважування та С- передачі. Перший коефіцієнт розроблений Міжнародним консультативним комітетом з телефонним і телеграфним системам (МККТТ) і використовується в Європі, друге - Телефонної компанією "Белла" і Едісоновським електротехнічним інститутом - використовується в США і Канаді.
Струми гармонік в трьох фазах не цілком компенсують один одного через нерівності амплітуд і фазових кутів і впливають на телекомунікації виникають при цьому струмом нульової послідовності (аналогічно струмів замикання на землю і струмів в землі від тягових систем).
Вплив може бути також викликано самими струмами гармонік у фазах внаслідок відмінності відстаней від фазних проводів до розташованих поблизу ліній телекомунікації .
Ці типи впливу можуть бути зменшені правильним вибором трас ліній , однак при неминучих пересічних ліній такий вплив виникає. Особливо сильно воно виявляється у випадку вертикального розташування проводів лінії електропередачі і при транспозиції проводів лінії зв'язку поблизу від лінії електропередачі.
При великих відстанях (більше 100 м) між лініями струм нульової послідовності виявляється основним впливає чинником , При зниженні номінальної напруги лінії електропередачі вплив падає , але воно виявляється помітним через використання загальних опор або траншей для прокладки силових ліній низької напруги і ліній зв'язку.
13.02.2015 18:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора