Влияние гармоник на работу электрооборудования

Из школьного курса физики мы привыкли считать, что в проводах электропроводки напряжение сети изменяется по гармоническому закону и выглядит в виде синусоиды, по такой же кривой меняется и электрический ток. На самом деле если подключить к сети щупы осциллографа, то перед нашим взором откроется картинка далекая от идеальной. Причиной искажений синусоиды, являются паразитные ЭДС, именуемые иными словами гармониками, которые возникают на нагрузках, ведь генератор электроэнергии дает практически идеальную синусоиду.

По сути, гармониками считаются напряжения частот кратных основной частоте сети 50 Гц и если ее принимать за гармонику №1, то 2-й гармоникой будет частота 100 Гц, 3-й 150 и так далее, разумеется, все гармоники делятся на четные и нечетные. Значения коэффициентов искажения (гармонических составляющих) для каждой из гармоник K_(U(n)) и суммарного коэффициента K_U регламентированы требованиями ГОСТ 32144―2013.

В качестве «генераторов» гармоник выступает различное электрооборудование, выступающее в роли нелинейных нагрузок. Искажения синусоидальной формы напряжения промышленной частоты вносятся:

  • силовыми электроприводами;
  • плавильными высокочастотными печами;
  • преобразователями частоты;
  • источниками бесперебойного питания;
  • дуговыми печами и сварочным оборудованием;
  • сердечниками силовых трансформаторов;
  • электродвигателями и т.д.

Существенный «вклад» в появление нелинейных искажений вносят импульсные блоки питания многочисленной армии бытовых приборов. Да и сами приборы зачастую выступают источником искажения, например обыкновенная микроволновка может увеличивать гармоническое искажение напряжения сети до 18%.

Чем опасны искажения напряжения, вызываемые гармониками?

Каковы угрозы для электрооборудования таятся в высших гармониках и можно ли с ними бороться? Угрозы вполне реальные. Помимо нарушения технологических процессов и снижения производительности оборудования, при наличии нелинейных искажений вызванных влиянием гармоник возникают следующие риски.

  1. Токи гармонических колебаний приводят к разогреву обмоток трансформаторов и электродвигателей, разрушая изоляцию проводов, снижают сопротивление конденсаторов. Диэлектрические свойства теряет изоляция кабелей, монтажных проводов, токоведущих частей.
  2. Неравномерное распределение гармоник по фазам, питающим трехфазную электрическую сеть, вызывает асимметрию питания и, как следствия нарушения в работе оборудования, работающего от трехфазной сети (силовые трансформаторы, ИБП, выпрямители и пр.).
  3. Наличие гармонических составляющих влияет на корректную работу защитной автоматики, вызывая ложные срабатывания, влияет на работу высокоточных приборов, со временем снижая их класс точности.
  4. Наведенные ЭДС гармоник оказываются источником помех в слаботочных цепях, средствах связи.

Особого внимания заслуживает влияние нечетных гармоник кратных третьей. В нормальном состоянии токи трехфазной сети в фазных проводниках сбалансированы и в нулевом проводнике ток практически отсутствует. Присутствие третьей гармоники и всех других, кратных трем совпадает по направлению с первой, однако компенсация гармонических токов не происходит, и все они суммируются в нулевом проводнике. При этом значения тока нулевого проводника может превышать фазный чуть ли не вдвое, а поскольку нулевой провод части кабелей выполнен вдвое меньшим сечением, вероятность аварийных ситуаций максимальна.

Таким образом, пониженное качество электроэнергии, обусловленное высоким коэффициентом несинусоидальности, ускоряет старение электрооборудования, снижает требования электробезопасности, ставя под угрозу персонал, грозит крупными финансовыми потерями, связанными с ремонтом и устранением аварий.

Борьбу с гармониками ведут путем фильтрации питания посредством шунтирующих и LC-фильтров, настроенных подавление высших гармоник. Существенному снижению коэффициента искажений способствует применение активных фильтров.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.