К.т.н. Бунько В.Я., ст. викладач Марисюк А.П.

Відокремлений підрозділ Національного університету біоресурсів і природокористування України «Бережанський агротехнічний інститут», Україна

ВПЛИВ ВИЩИХ ГАРМОНІК В СИСТЕМАХ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ НА ЯКІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Якість електричної енергії – це сукупність її властивостей, при яких електрообладнання, прилади і апарати здатні нормально функціонувати, виконувати закладені в них функції.

Забезпечення необхідної якості електроенергії для приймачів - це комплекс складних завдань, які розв'язують під час проектування і експлуатації електропостачальних систем. Якість електроенергії значною мірою впливає на технологічний процес виробництва і якість продукції, на втрати електроенергії, на параметри самої ЕПС та її режиму роботи і залежить не тільки від енергосистеми як джерела живлення, але і від споживачів, тому що на сучасних підприємствах є значна кількість особливих електроприймачів, які негативно впливають на якість електроенергії. Наявність у системах електропостачання потужних дугових електропечей, регульованих вентильних перетворювачів та інших електроприймачів і споживачів з нелінійними вольт-амперними характеристиками та приймачів із різкозмінним навантаженням створюють проблеми, пов'язані з їхньою електромагнітною сумісністю з ЕПС. Успішне вирішення цих проблем забезпечує раціональну роботу як таких приймачів, так і всіх інших, приєднаних до тієї самої системи (освітлення, електродвигуни тощо).

Показники якості визначають за стандартами та нормами. Розробка норм і стандартів є складною проблемою, ця робота проводиться постійно в багатьох країнах світу та в міжнародних галузевих організаціях. Норми, що встановлені цим стандартом, є рівнями електромагнітної сумісності для кондуктивних електромагнітних збурень (завад) в ЕПС загального призначення. За умов дотримання цих норм забезпечується електромагнітна сумісність електричних мереж систем електропостачання загального призначення та електричних мереж споживачів (приймачів) електричної енергії. Норми є обов'язковими в усіх режимах роботи електропостачальних систем загального призначення, крім режимів, зумовлених: винятковими погодними умовами, непередбачуваними ситуаціями (пожежі, вибухи тощо), умовами, регламентованими державними органами управління, а також пов'язаними з ліквідацією наслідків, зумовлених винятковими погодними умовами та непередбачуваними обставинами.

Особливість електричної енергії полягає в тому, що її якість на місці виробництва не гарантує якості на місці споживання. Якість електроенергії до і після ввімкнення електроприймача до мережі також може бути різною. Тому, відповідна якість електричної енергії – це один із її головних показників ефективності виробництва, передачі розподілу і споживання.

Основними формами дії вищих гармонічних складових струму і напруги на елементи системи електропостачання являються: збільшення струмів і напруг гармонік внаслідок резонансу, зниження ефективності процесів генерації, передачі і використання електроенергії внаслідок додаткових втрат, пришвидшення старіння ізоляції електроустаткування, хибна робота пристроїв релейного захисту та автоматики.

Вищі гармоніки в електродвигунах призводять до додаткових втрат в обмотках статора, в колах ротора, а також в сталі ротора і статора. Ці втрати являються найбільш значним ефектом в крутних електричних машинах і призводять до підвищення загальної температури машини, а також до місцевих перегрівів.

Вищі гармонічні складові струму і напруги викликають в трансформаторах збільшення втрат на гістерезис, а також втрат, пов’язаних з вихровими струмами в сталі, і втрат в обмотках трансформаторах. Також, вищі гармоніки

струму складають електродинамічні зусилля, які викликають додаткові акустичні шуми.

Гармоніка струму і напруги в лініях електропередачі також призводять до додаткових втрат електроенергії. У випадку кабельних ліній вищі гармоніки впливають на діелектрик. Це в свою чергу, збільшує число пошкоджень кабельної лінії. У повітряних лініях гармоніки по цій же причині можуть викликати збільшення втрат на корону. Електричне старіння ізоляції можна пояснити виникненням часткових зарядів, які розповсюджуються лише на частину ізоляційного проміжку.

Хибне спрацювання запобіжників і автоматичних вимикачів відбувається із-за додаткового нагрівання внутрішніх елементів захисних пристроїв внаслідок протікання несинусоїдальних струмів і дії поверхневого ефекту і ефекту близькості.

До технічних засобів, які знижують рівень гармонік в системах електропостачання, відносяться: лінійні дроселі, магнітні синтезатори, пасивні фільтри, гібридні фільтри, активні фільтри.

В залежності від схеми і принципів керування активні фільтри прийнято розділяти на джерела струму і джерела напруги. На рис.1 приведені спрощені схеми ввімкнення активних фільтрів у вигляді джерел напруги U_АФ і джерел струму І_АФ. В схемі (рис.1,а) джерело електроживлення U_С має несинусоїдальну напругу.

Рис.1 – Схема ввімкнення активного фільтра: а – послідовне ввімкнення активного фільтра; б – паралельне ввімкнення активного фільтра.

Список літератури

1. Церазов А.Л. Исследование влияний несиметрии и несинусоидальности напряжения на работу асинхронних двигателей / А.Л. Церазов, Н.И. Якименко. – М.: Госэнергоиздат, 1963. – 120с.

2. Шидловский А.К. Повышение качества энергии в электрических сетях / А.К.Шидловский, В.Г.Кузнецов. – Киев: Наук. Дума, 1985. – 268с.