Как избавиться от гармоник в энергосистеме

Гармоники возникают в любой сложной энергетической системе. Эти искажения параметров тока могут привести к поломке дорогостоящего оборудования и даже к коротким замыканиям. Гармоники часто представляются как сложная проблема, требующая фундаментальных научных знаний гармонического анализа. Однако на практике достаточно знать ключевые аспекты этой проблемы и основные способы ее решения.

Причины появления гармоник и их последствия

Гармоники — это искажения (отклонения от заданных параметров) синусоиды колебаний частоты и напряжения, вызванные сторонними факторами. Простая резистивная нагрузка имеет одинаковые   формы синусоиды. 

Синусоида колебаний в асинхронном двигателе
Синусоида колебаний в асинхронном двигателе

В линейных схемах (источник тока и нагрузка – резистор) синусоида идеально симметричная, и разность между синусоидами отсутствует. Однако в эту идеально гармоничную картину в сложных системах неизбежно вносятся помехи и добавляются новые гармоники. В современных реалиях одной из основных причин возникновения «вредоносных» гармоник являются разнообразные твердотельные силовые полупроводниковые устройства. Преобразователи частоты, тиристоры, диоды, устройства плавного пуска, другие элементы энергосистемы создают гармоники.
Также источниками гармоник могут быть мощные потребители тока, трансформаторы, сварочное оборудование, системы промышленного освещения, выпрямители.

Теоретически, все нагрузки являются источниками гармоник и передают их в энергосистему. При этом источник энергии производит гармонику одной частоты (ее называют несущей).  

Предотвратить это явление невозможно, можно лишь снизить его негативное влияние на оборудование. Если этого не сделать, энергосистема может столкнуться с серьезными проблемами, так как гармоники представляют собой нечто вроде паразитных токов, которые в первую очередь нарушают эффективность энергосистемы. 

Так, несинусоидальность напряжения может привести к повышенному нагреву двигателя и созданию моментов вращения, которые приводят к вибрациям. В целом, гармоники способны вызвать повреждение конденсаторов, изоляции и короткие замыкания, перегрев и перегрузку трансформаторов, нарушить работу систем связи, чувствительной электроники и защитных устройств, основанных на измерении сопротивления.

Мониторинг качества электрической энергии и обнаружение гармоник

Присутствие гармоник лучше всего определять по результатам мониторинга качества электроэнергии, а не после аварийных отключений и поломок оборудования. 

Мониторинг является обязательной частью безопасного функционирования сложных энергосистем. Современные анализаторы качества электроэнергии позволяют контролировать множество параметров тока, включая гармоники. Например, трехфазные анализаторы PITE 3561 могут выполнять разовые или долговременные (до 40 суток) тесты энергосистемы, выявляя в том числе гармонические искажения каждой из трех фаз.

Анализатор качества электроэнергии PITE-3561-1500A
Анализатор качества электроэнергии PITE-3561-1500A

Подобные анализаторы дают возможность записать диаграмму гармоник, увидеть пиковые и средние значения, чтобы провести анализ и найти источник проблемы. Без подобных приборов невозможно своевременно обнаружить опасные гармоники, особенно в сложных системах со множеством нелинейных потребителей.

Фильтры гармоник

Мониторинг качества электроэнергии — первая линия обороны в борьбе с гармониками. Следующей являются специальные меры по снижению вреда от гармонических искажений.

Прежде всего — фильтры, которые подавляют гармоники. Это избирательное подавление гармоники, которая может нанести наибольший вред оборудованию. Так, в однофазных цепях это третья гармоника, фильтр запирает ее на участке фильтр-нагрузка, что снижает паразитный ток в проводнике. Недостатком фильтров является необходимость установки на каждой нелинейной нагрузке, создающей гармоники.

Фильтр эффективно запирает гармонику на участке
Фильтр эффективно запирает гармонику на участке. Пример гармоник, характерных для двигателей постоянного тока и многих двигателей переменного тока. Коэффициент искажения синусоидальности кривой на "A" составляет 26% — это высокий негативный показатель. Фильтр эффективно снижает его до 8% на "E". 

Невозможно предотвратить, но можно обезопасить

Гармоники действительно невозможно уничтожить. Более того, высокочастотные гармоники легко распространяются через силовые кабели и антенны, через индукцию возникают в соседних цепях. Однако можно защитить энергосистему от вредоносного действия гармоник. Для этого гармоники направляются в отдельные колебательные контуры, в которых на определенной частоте реактивное сопротивление близко к нулю. Для сложных систем понадобится несколько таких контуров, но они обеспечат сокращение гармоник до безопасного уровня. При этом регулярный мониторинг качества электроэнергии позволит своевременно выявить гармоники.

Если вам нужна профессиональная консультация по диагностике электрооборудования, просто отправьте нам сообщение!

Примеры оборудования

Мегаомметры (измерители сопротивления) Токовые клещи
   
Тепловизоры Приборы для поиска повреждений силового кабеля
Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами

Смотрите также:

 

Последние новости

15.02.2024

Комплекты муфт холодной усадки ИМАГ для одножильных и трехжильных кабелей со сплошной изоляцией на напряжение до 35 кВ успешно прошли испытания и получили сертификат соответствия требованиям ГОСТ 34839-2022.

31.01.2024

Обучение по установке муфт холодной усадки ИМАГтм на 6/10 кВ в компании ООО "Газпромнефть Энергосистемы" подразделения Приобскнефть.

28.12.2023

Плотность энергопотребления в современных мегаполисах постоянно растет. Поэтому сейчас активно внедряются кабельные распределительные сети на напряжение 20 кВ. Стоимость сети на 20 кВ (включая оборудование) всего на 25% выше, чем у сети 10 кВ. Но зато на одной и той же площади при равном суммарном энергопотреблении требуется вдвое меньше подстанций на 20 кВ, чем на 10 кВ, что с лихвой окупает расходы. 

12.12.2023

Современной тенденцией является использование в распределительных сетях водо- и газоснабжения трубопроводов, изготовленных из пластмассы. Они легче, проще в монтаже и не повержены коррозии. К недостаткам можно отнести сложность обнаружения такой трубы, проложенной под землей.

12.12.2023

Наша компания открывает предзаказ на новую линейку муфт холодной усадки, разработанную специально для 4- и 5-жильных линий на напряжение от 0,4 до 6 кВ.

06.10.2023

С 3 по 6 октября специалисты проекта test-energy.ru приняли участие в "Совете главных энергетиков нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий России и стран СНГ"

02.10.2023

Представляем новинку - инфракрасные окна (ИК-окна) российского производителя КЭИ, превосходящие по характеристикам аналогичные решения Fluke. Лучший вариант на рынке для реализации программы импортозамещения!

28.09.2023

Объявляем распродажу оригинальных ремонтных комплектов для кабеля производства 3М со скидками до 42%. Комплекты позволяет выполнять ремонт на месте эксплуатации кабеля без вывоза в ремонтный цех.

18.08.2023

Основная задача блока нагрузки постоянного тока - тестирование различных источников электропитания: АКБ, блоков питания, преобразователей напряжения, регуляторов и стабилизаторов напряжения, солнечных батарей, генераторов и других устройств. Нагрузочный блок является, по сути, программируемой (динамической) нагрузкой.

12.04.2023

Когда идёт речь о вопросах безопасности людей предпочтительнее использовать методики измерений, хорошо зарекомендовавшие себя на протяжении десятилетий. Применительно к заземлению таким методом является измерение сопротивления с помощью комбинации амперметра и вольтметра (рекомендуемый ГОСТ Р 50571.16-2007). Иногда такой метод называют «трёхпроводным» (или «трёхзажимным»). Существует и более точная его модификация, именуемая «четырёхпроводным» («четырёхзажимным») методом. Как правило, оба метода могут быть реализованы в одном измерительном приборе.