Несинусоидальность напряжения – искажение синусоидальной формы кривой напряжения.
Электроприёмники с нелинейной вольт-амперной характеристикой потребляют ток, форма кривой которого отличается от синусоидальной. А протекание такого тока по элементам электрической сети создаёт на них падение напряжения, отличное от синусоидального, это и является причиной искажения синусоидальной формы кривой напряжения.
Например, полупроводниковые преобразователи потребляют ток трапециевидной формы, образно говоря, – выхватывают из синусоиды кусочки прямоугольной формы. 35% электроэнергии преобразуется и потребляется на постоянном напряжении.
Источниками несинусоидальности напряжения являются:
-дуговые сталеплавильные печи,
Рис. 9.2 Компенсация тока обратной последовательности
-вращающиеся электрические машины, питаемые через вентильные преобразователи;
-люминесцентные и ртутные лампы.
Строго говоря, все потребители, кроме ламп накаливания, имеют нелинейную вольтамперную характеристику.
Качество электрической энергии по коэффициенту n-ой гармонической составляющей напряжения в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям ГОСТ 54149-2010, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 ч значений коэффициентов n-ой гармонической составляющей напряжения не превышает предельно допустимого значения. А значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, соответствующее вероятности 95% за установленный период времени, не превышает нормально допустимого значения.
Дополнительно допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода измеренных значений данного показателя за нормально и предельно допустимые значения. При этом качество электрической энергии по коэффициенту n-ой гармонической составляющей напряжения считают соответствующим требованиям ГОСТ 54149-2010, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5% от установленного периода времени, т.е. 1 ч 12 мин, а за предельно допустимые значения — 0% от этого периода времени.
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, Кu , %
| Напряжение, кВ | Нормы КЭ | |
| Нормально допустимые | Предельно допустимые | |
| Uном=0,38 кВ | 8,0 | 12,0 |
| Uном=6-20 кВ | 5,0 | 8,0 |
| Uном=35 кВ | 4,0 | 6,0 |
| Uном=110-330 кВ | 2,0 | 3,0 |
Высшие гармоники появляются в электрических сетях содержащих нелинейные элементы. Как известно, таковыми в электроэнергетических системах в первую очередь являются трансформаторы и электрические машины. При синусоидальном напряжении сети магнитный поток трансформатора синусоидален, поэтому напряжение на вторичной стороне также синусоидально. В идеальном случае при отсутствии гистерезиса поток и вызывающий его ток намагничивания связаны нелинейной кривой намагничивания.
Поэтому синусоидальному потоку соответствует несинусоидальная кривая тока намагничивания. Учет явления гистерезиса не меняет общей картины характера изменения тока намагничивания. В токе намагничивания присутствуют все нечетные гармоники, в основном гармоники, кратные трем. Для исключения распространения по сети гармоник, кратных трем, на силовых трансформаторах одна из обмоток соединяется в треугольник. В этом случае трансформатор для гармоник, кратных трем, представляет собой «фильтр-ловушку». Гармоники «отсасываются» в трансформатор и в сеть не поступают.
У силовых трансформаторов токи намагничивания значительно увеличиваются при включении трансформатора под напряжение и при восстановлении напряжения после ликвидации КЗ. Особенно большими будут токи намагничивания, если существует остаточное намагничивание сердечника трансформатора. Ток намагничивания с большим содержанием высших гармоник в этих режимах может превышать в 3-5 раз номинальный ток трансформатора. Хотя время существования таких токов составляет всего несколько периодов, влияние их на работу устройств релейной защиты и автоматики может оказаться значительнее.
Вращающиеся машины также являются источниками высших гармонических составляющих. Так как магнитный поток электромагнитной системы не является строго синусоидальным, то имеют место нечетные гармоники.
Другим широко распространенным источником искажения кривых питающего тока и напряжения являются дуговые сталеплавильные печи. Дуговые электропечи имеют нелинейные характеристики электрической дуги, что приводит к появлению высших гармоник тока и напряжения.
Работа электрических печей оказывает существенное влияние на режим работы электрической сети на начальной стадии цикла работы в период расплава. В установившемся режиме процесс плавки идет «спокойно» и обрыва дуг практически не происходит. Тем не менее, принято считать, что токи высших гармоник являются случайными величинами, поэтому их уровни необходимо представлять в виде вероятностных характеристик.
Искажение формы кривой переменного напряжения (тока)- отличие формы кривой переменного напряжения (тока) от требуемой.
Коэффициент формы кривой переменного напряжения (тока)- величина, равная отношению действующего значения периодического напряжения (тока) к его среднему значению (за полпериода).
Для синусоиды . (9.6) Коэффициент амплитуды кривой переменного напряжения (тока) — величина, равная отношению максимального по модулю за период значения напряжения (тока) к действующему значению периодического напряжения (тока). (Для синусоиды ).
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения (тока) — один из основных показателей качества электроэнергии, равный отношению действующего значения суммы высших гармонических составляющих к действующему значению основной составляющей переменного напряжения (тока):
где n — порядковый номер гармонической составляющей напряжения. Вторым показателем несинусоидальности является коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения:
Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования:
— Фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию кабельныхлиний электропередач, учащаются однофазные короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю пробиваются конденсаторы.
— В электрических машинах, включая трансформаторы, возрастают суммарные потери. Так, при коэффициенте искажения синусоидальной формы кривой напряжения KU = 10 % суммарные потери в сетях предприятий, крупных промышленных центров, сетях электрифицированного железнодорожного транспорта могут достигать 10. 15 %.
— Возрастает недоучёт электроэнергии, вследствие тормозящего воздействия на индукционные счётчики гармоник обратной последовательности.
—Неправильно срабатывают устройства управления и защиты.
—Выходят из строя компьютеры.
Функцию, описывающую несинусоидальную кривую напряжения, можно разложить в ряд Фурье синусоидальных (гармонических) составляющих с частотой, в n-раз превышающую частоту сети электроснабжения – частоту первой гармоники (f, n =1 = 50 Гц, f , n = 2 = 100 Гц, f, n = 3 = 150 Гц . ).
В связи с различными особенностями генерации, распространения по сетям и влияния на работу оборудования различают чётные и нечётные гармонические составляющие, а также составляющие прямой последовательности (1, 4, 7 и т. д.), обратной последовательности (2, 5, 8 и т. д.) и нулевой последовательности (гармоники, кратные трём). С повышением частоты (номера гармонической составляющей) амплитуда гармоники снижается.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8459 — 
| 7349 — 
или читать все.
91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
Несинусоидальность напряжения – искажение синусоидальной формы кривой напряжения.
Электроприёмники с нелинейной вольт-амперной характеристикой потребляют ток, форма кривой которого отличается от синусоидальной. А протекание такого тока по элементам электрической сети создаёт на них падение напряжения, отличное от синусоидального, это и является причиной искажения синусоидальной формы кривой напряжения.
Например, полупроводниковые преобразователи потребляют ток трапециевидной формы, образно говоря, – выхватывают из синусоиды кусочки прямоугольной формы. 35% электроэнергии преобразуется и потребляется на постоянном напряжении.
Источниками несинусоидальности напряжения являются:
-дуговые сталеплавильные печи,
Рис. 9.2 Компенсация тока обратной последовательности
-вращающиеся электрические машины, питаемые через вентильные преобразователи;
-люминесцентные и ртутные лампы.
Строго говоря, все потребители, кроме ламп накаливания, имеют нелинейную вольтамперную характеристику.
Качество электрической энергии по коэффициенту n-ой гармонической составляющей напряжения в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям ГОСТ 54149-2010, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 ч значений коэффициентов n-ой гармонической составляющей напряжения не превышает предельно допустимого значения. А значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, соответствующее вероятности 95% за установленный период времени, не превышает нормально допустимого значения.
Дополнительно допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода измеренных значений данного показателя за нормально и предельно допустимые значения. При этом качество электрической энергии по коэффициенту n-ой гармонической составляющей напряжения считают соответствующим требованиям ГОСТ 54149-2010, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5% от установленного периода времени, т.е. 1 ч 12 мин, а за предельно допустимые значения — 0% от этого периода времени.
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, Кu , %
| Напряжение, кВ | Нормы КЭ | |
| Нормально допустимые | Предельно допустимые | |
| Uном=0,38 кВ | 8,0 | 12,0 |
| Uном=6-20 кВ | 5,0 | 8,0 |
| Uном=35 кВ | 4,0 | 6,0 |
| Uном=110-330 кВ | 2,0 | 3,0 |
Высшие гармоники появляются в электрических сетях содержащих нелинейные элементы. Как известно, таковыми в электроэнергетических системах в первую очередь являются трансформаторы и электрические машины. При синусоидальном напряжении сети магнитный поток трансформатора синусоидален, поэтому напряжение на вторичной стороне также синусоидально. В идеальном случае при отсутствии гистерезиса поток и вызывающий его ток намагничивания связаны нелинейной кривой намагничивания.
Поэтому синусоидальному потоку соответствует несинусоидальная кривая тока намагничивания. Учет явления гистерезиса не меняет общей картины характера изменения тока намагничивания. В токе намагничивания присутствуют все нечетные гармоники, в основном гармоники, кратные трем. Для исключения распространения по сети гармоник, кратных трем, на силовых трансформаторах одна из обмоток соединяется в треугольник. В этом случае трансформатор для гармоник, кратных трем, представляет собой «фильтр-ловушку». Гармоники «отсасываются» в трансформатор и в сеть не поступают.
У силовых трансформаторов токи намагничивания значительно увеличиваются при включении трансформатора под напряжение и при восстановлении напряжения после ликвидации КЗ. Особенно большими будут токи намагничивания, если существует остаточное намагничивание сердечника трансформатора. Ток намагничивания с большим содержанием высших гармоник в этих режимах может превышать в 3-5 раз номинальный ток трансформатора. Хотя время существования таких токов составляет всего несколько периодов, влияние их на работу устройств релейной защиты и автоматики может оказаться значительнее.
Вращающиеся машины также являются источниками высших гармонических составляющих. Так как магнитный поток электромагнитной системы не является строго синусоидальным, то имеют место нечетные гармоники.
Другим широко распространенным источником искажения кривых питающего тока и напряжения являются дуговые сталеплавильные печи. Дуговые электропечи имеют нелинейные характеристики электрической дуги, что приводит к появлению высших гармоник тока и напряжения.
Работа электрических печей оказывает существенное влияние на режим работы электрической сети на начальной стадии цикла работы в период расплава. В установившемся режиме процесс плавки идет «спокойно» и обрыва дуг практически не происходит. Тем не менее, принято считать, что токи высших гармоник являются случайными величинами, поэтому их уровни необходимо представлять в виде вероятностных характеристик.
Искажение формы кривой переменного напряжения (тока)- отличие формы кривой переменного напряжения (тока) от требуемой.
Коэффициент формы кривой переменного напряжения (тока)- величина, равная отношению действующего значения периодического напряжения (тока) к его среднему значению (за полпериода).
Для синусоиды . (9.6) Коэффициент амплитуды кривой переменного напряжения (тока) — величина, равная отношению максимального по модулю за период значения напряжения (тока) к действующему значению периодического напряжения (тока). (Для синусоиды ).
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения (тока) — один из основных показателей качества электроэнергии, равный отношению действующего значения суммы высших гармонических составляющих к действующему значению основной составляющей переменного напряжения (тока):
где n — порядковый номер гармонической составляющей напряжения. Вторым показателем несинусоидальности является коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения:
Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования:
— Фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию кабельныхлиний электропередач, учащаются однофазные короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю пробиваются конденсаторы.
— В электрических машинах, включая трансформаторы, возрастают суммарные потери. Так, при коэффициенте искажения синусоидальной формы кривой напряжения KU = 10 % суммарные потери в сетях предприятий, крупных промышленных центров, сетях электрифицированного железнодорожного транспорта могут достигать 10. 15 %.
— Возрастает недоучёт электроэнергии, вследствие тормозящего воздействия на индукционные счётчики гармоник обратной последовательности.
—Неправильно срабатывают устройства управления и защиты.
—Выходят из строя компьютеры.
Функцию, описывающую несинусоидальную кривую напряжения, можно разложить в ряд Фурье синусоидальных (гармонических) составляющих с частотой, в n-раз превышающую частоту сети электроснабжения – частоту первой гармоники (f, n =1 = 50 Гц, f , n = 2 = 100 Гц, f, n = 3 = 150 Гц . ).
В связи с различными особенностями генерации, распространения по сетям и влияния на работу оборудования различают чётные и нечётные гармонические составляющие, а также составляющие прямой последовательности (1, 4, 7 и т. д.), обратной последовательности (2, 5, 8 и т. д.) и нулевой последовательности (гармоники, кратные трём). С повышением частоты (номера гармонической составляющей) амплитуда гармоники снижается.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10453 — | 7914 — или читать все.
РАСЧЁТ НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТИ НАПРЯЖЕНИЯ
Черничко Кристина Игоревна
студент 3 курса, энергетического факультета,Омского Государственного Технического Университета, РФ, г. Омск
Осипов Дмитрий Сергеевич
научный руководитель, канд. техн. наук, доцент ЭНИ, Омский Государственный технический университет, РФ, г. Омск
Искажения формы синусоидальных токов и напряжений встречаются в процессе преобразования, выработки и распределения электроэнергии. Источники этих искажений — это синхронные генераторы электростанций и силовые трансформаторы, которые работают при повышенных значениях магнитной индукции в сердечнике (при повышенном напряжении на их выводах) преобразовательные устройства переменного тока в постоянный и ЭП с нелинейными вольт — амперными характеристиками (или нелинейные нагрузки) [9, с. 3].
Из математического курса нам известно, что совершенно любую несинусоидальную функцию (например, см. рис. 1), удовлетворяющую условию Дирихле, можно представить, как в виде суммы постоянной величины, так и бесконечного ряда синусоидальных величин с кратными частотами. Такие составляющие называются гармоническими или гармониками [7, с. 4]
Главной или первой гармоникой называется синусоидальная составляющая период которой равный, все остальные составляющие синусоиды с частотами со второй по n-ую называют высшими гармониками [4, с. 7].
Большое внимание стоит уделить интергармоникам и способам их появления. Токи или напряжения, имеющие частоту, кратную частоте переменного тока называются интергармониками. Интергармоники — это токи или напряжения, не являющиеся кратными основной частоте переменного тока. Еще до конца не изучено полное понимание природы электромагнитных возмущений, которые ассоциируются с интергармониками, поэтому к этой теме проявляется особый интерес. Абсолютно всегда в системе электроснабжения присутствуют интергармоники, вот только в последнее время с быстрым увеличением силовых электронных систем их практическое влияние стало более заметно и ощутимо.
При любых значениях напряжения могут появляться интергармоники и перетекать из одних систем в другие. Таким образом, интергармоники, образовавшиеся в сетях высокого и среднего напряжения, переходят в сети низкого напряжения и наоборот. Очень редко амплитуда интергармоник превышает 0,5 % значения амплитуды основной частоты, но в условиях резонанса могут возникнуть и большие значения.
Рисунок 1. Несинусоидальность напряжения
Несинусоидальность напряжения характеризуется такими показателями как [3]:
· коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения Ku(n);
· коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения Ku.
Интервал осреднения количество N наблюдений должно быть равным не менее 9. Результаты i-го наблюдения вычисляются нами по формулам:
(1)
[10, с. 4] (2)
Стандарт качества электрической энергии по коэффициенту n-ой гармонической составляющей напряжения в точке общего присоединения подходит по требованиям, только если наибольшее из всех измеренных в течение одних суток значений коэффициентов n-ой гармонической составляющей напряжения не превышает предельно разрешенного значения. Значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, идентично вероятности 95 % за установленный период времени, не более допустимого значения [2, с. 2].
Гармонические составляющие напряжения связаны с нелинейными нагрузками пользователей электрических сетей. Они подключаются к электрическим сетям разного напряжения, что касается показателей КЭ, относящихся к гармоническим составляющим напряжения, можно назвать такие значения как:
· гармонических составляющих напряжения до 40-го порядка Un , % U1 в точке передачи электрической энергии, где U1 — напряжение основной гармонической составляющей;
· полного коэффициента гармоник напряжения с учетом влияния всех гармоник напряжения до 40-го порядка KU(n), % в точке передачи электрической энергии [3, с. 3].
Нормы для указанных показателей КЭ:
а. значения гармонических составляющих напряжения Un, % U1, усредненные в интервале времени десяти минут, не превышают значений, установленных в таблицах 1,2 в течение 95 % времени интервала в одну неделю;
б. значения гармонических составляющих напряжения Un, % U1, усредненные в интервале времени десяти минут, не должны быть больше значений, установленных в таблицах 1,2 увеличенных в 1,5 раза, в течение 100 % времени каждого периода в одну неделю;
в. значения полных коэффициентов гармоник напряжения KU(n), усредненные в интервале времени десяти минут, не должны быть больше значений, установленных в таблице 4, в течение 95 % времени интервала в одну неделю [5, с. 6].
Значения нечетных гармонических составляющих напряжения не кратных трем Un , % U1, для электрических сетей низкого, среднего и высокого напряжения
Порядковый номер гармонической составляющей n
Значения гармонических составляющих напряжения Un ,
