к.т.н., Сапа Владимир Юрьевич

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова, Казахстан

Электромагнитная совместимость электроэнергетической системы

В идеальной электроэнергетической системе 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, электродуговые сталеплавильные печи на металлургических заводах и предприятиях других отраслей промышленности).

Электрические сети высокого напряжения оказывают разнообразное неблагоприятное влияние на техно- и биосферу. Напряжения и токи в проводах линий электропередачи создают в окружающем пространстве электромагнитные поля, а в земле – блуждающие токи. Вследствие этого могут возникнуть мешающие, и даже опасные влияния на биосферу (людей и животных) и техносферу (линии связи, сигнализации, трубопроводы и другие инженерные сооружения). Блуждающие токи в земле вызывают усиленную коррозию оболочек кабелей, трубопроводов, заземлителей и других подземных протяженных устройств.

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.

Существенной характеристикой, определяющей форму кривой, является фазовый угол (или угол сдвига) гармоники по отношению к гармонике основной частоты. 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.

Как и многие другие формы искажений, гармоники воздействуют на все виды электрического оборудования, находящегося на довольно большом расстоянии от места генерации гармоник.

Наибольшее влияние гармоник, возникающих в силовых цепях, воздействует на качество звука телефонной связи, снижающегося из-за наводимого силовыми гармониками гармонического шума. Однако существуют и другие, менее слышимые, но 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 сопротивление. 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.

Литература:

1. Жгун Д.В. Электромагнитная совместимость высоковольтной техники: Учебное пособие. Томск: Томский политехнический университет, 2008.

2. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат, 1992.

3. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: Изд. Дом Додэка-XXI, 2001.