Источники гармоник

2.2. Источники гармоник

2.2.1. Оборудование для производства, передачи и распределения электроэнергии генерирует незначительные гармоники. Источниками больших значений гармоник тока являются промышленные и бытовые нагрузки.

Как правило, основная часть суммарного уровня гармоник вносится лишь несколькими из многих источников; уровень гармоник, вносимых основной массой оборудования, низок.

Значительные токи гармоник генерируют следующие источники:

оборудование с фазовым управлением и большой мощностью;

неуправляемые выпрямители, особенно со сглаживающими конденсаторами (например, используемыми в телевизорах, преобразователях частоты и газоразрядных лампах со встроенными электронными пуско-регулирующими устройствами). Генерируемые ими гармоники совпадают по фазе, поэтому гармоники от разных выпрямителей складываются друг с другом, приводя к увеличению их общего уровня.

В зависимости от режима работы оборудования гармоники могут быть относительно стабильными или изменяющимися во времени.

2.2.2. Генерирующее, передающее и распределяющее оборудование

Эта группа оборудования включает оборудование, используемое электроснабжающими организациями, в частности, генераторы, трансформаторы и более современное оборудование, используемое в настоящее время в ограниченных объемах (статические компенсаторы, преобразователи частоты и т.п.).

Вращающиеся машины представляют собой источники незначительных гармоник, так как правильным подбором количества пазов на полюс, шага обмотки и других параметров машины можно получить кривую почти синусоидальной формы. Несимметрия напряжений, подводимых к машине, может вызвать генерацию третьей гармоники и гармоник более высоких порядков.

Гармоники от трансформаторов вызваны насыщением стали магнитопровода, происходящим из-за повышения напряжения на трансформаторе.

2.2.3. Промышленные нагрузки

Источниками значительных гармонических искажений являются силовые преобразователи (выпрямители), индукционные и дуговые печи, сварочные установки и электронное силовое оборудование. Использование последнего типа оборудования возрастает как по числу установок, так и по их единичной мощности.

Порядок канонических гармоник преобразователей вычисляют по формуле

n = pm + 1,

где p - пульсность преобразователя;

m - целое число (1, 2, 3...).

При асимметрии углов управления, несимметрии питающего напряжения появляются неканонические гармоники. Например, пятая и седьмая гармоники тока могут быть обнаружены на входе 12-пульсных выпрямителей.

Теоретически амплитуды гармоник выпрямителя с мгновенной коммутацией тока должны уменьшаться по следующему закону:

I_n = I₁/n,

где I_n - ток n-й гармоники;

I₁ - значение тока основной гармоники.

Практически выпрямители не могут коммутироваться мгновенно и форма кривой тока отличается от прямоугольной.

Амплитуда гармоник тока зависит от индуктивного падения напряжения, обусловленного индуктивностью цепи и углом управления. Амплитуда n-й гармоники тока в линии, питающей выпрямитель, вычисляют по формуле

I_n = I₁/(n - 5/n)^1,2,

справедливой для 5 ≤ n ≤ 31.

Формула применима при хорошем сглаживании выпрямленного тока, в противном случае уровень пятой гармоники может быть выше.

Более точные значения гармоники тока, учитывающие угол управления и индуктивное падение напряжения, приведены в публикации 146 МЭК.

Дуговые печи могут быть представлены как генераторы гармоник тока с сопротивлением, состоящим из индуктивности и демпфирующего активного сопротивления. Спектр тока представляет собой дискретные составляющие, наложенные на сплошной спектр.

2.2.4. Бытовые нагрузки

Бытовые нагрузки имеют сравнительно небольшую мощность, но могут быть источником гармонических помех из-за большого числа приборов, используемых длительное время одновременно.

Наибольшую долю помех вносят телевизионные приемники, люминесцентные лампы и электроприемники, имеющие тиристорное управление (регуляторы света ламп, бытовые приборы).

Использование электроприемников, имеющих тиристорное управление, возрастает. Регулирование мощности нагревательных приборов с помощью фазового управления не допускается.

В телевизионных приемниках обычно используются выпрямители с эффективными сглаживающими конденсаторами, в результате чего ток, потребляемый из сети, состоит из коротких импульсов, содержащих высокий процент гармоник.

Источник: РД 50-713-92: Методические указания. Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Виды низкочастотных кондуктивных помех и сигналов, передаваемых по силовым линиям, в системах электроснабжения общего назначения