Высшие гармоники в сетях электроснабжения и устройствах фильтрации внешних гармоник.

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.

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

Основными источниками гармоник тока в настоящее время являются выпрямители и инверторы с фазовым управлением. Все они могут быть разделены на три большие группы: 1 — большие преобразователи, используемые, например, в металлургии и в пе­редачах постоянного тока высокого напряжения; 2 - преобразова­тели средней мощности, подобные используемым в промышлен­ности для управления электромоторами и на железной дороге; 3 — маломощные преобразователи однофазных устройств, таких, как телевизоры и устройства перезарядки батарей.

Основными формами воздействия высших гармоник на систе­мы электроснабжения являются: увеличение токов и напряжений гармоник вследствие параллельного и последовательного резонан-сов; снижение эффективности процессов генерации, передачи и использования электроэнергии; старение изоляции электрообору­дования и сокращение вследствие этого срока его службы; ложная работа оборудования.

Резонансы. Наличие в сетях конденсаторов, используемых для компенсации реактивной мощности, может привести к местным резонансам, которые, в свою очередь, могут вызвать черезмерное увеличение тока в конденсаторах и выход их из строя.

В электрических системах фильтры применяются прежде всего для того, чтобы уменьшить амплитуду токов или напряжений одной или нескольких фиксированных частот (параллельные фильтры).

Когда же необходимо избежать проникновения токов определенной частоты в отдельные узлы преобразовательной подстанции или части энергетической системы (как, например, в случае пульсации управляющих сигналов), можно использовать последова­тельный фильтр, состоящий из параллельно включенных конден­сатора и катушки индуктивности, создающих большое сопротив­ление протеканию тока на выбранной частоте. Однако такое решение не может быть применено для ограничения уровня на­пряжений гармоник самого источника, поскольку генерация гар­моник нелинейными элементами подстанции (например, трансформаторами и статическими преобразователями) является неотъемлемой чертой их нормальной работы.

Рис.15.7. рис.15.8.

Рис. 15.7. Схема параллельного фильтра, настроенного на одну частоту (а) и зависимость его полного сопротивления 2 от частоты (б)

Рис. 15.8. Схема параллельного фильтра второго порядка подавления частот (а) и зависимость его полного сопротивления К от частоты (б).