Źródła zakłóceń w sieciach elektrycznych

harmonijki ustne

Wyższe harmoniczne (wielokrotności) to sinusoidalne napięcia lub prądy, których częstotliwość różni się od częstotliwości podstawowej o całą liczbę razy.

Zniekształcenia harmoniczne napięć i prądów powstają na skutek obecności elementów lub urządzeń w sieciach o nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej. Głównymi źródłami zakłóceń harmonicznych są przetwornice i prostowniki, piece indukcyjne i łukowe, lampy fluorescencyjne. Telewizory są najczęstszym źródłem zakłóceń harmonicznych w sprzęcie gospodarstwa domowego. Pewien poziom zakłóceń harmonicznych mogą również wytwarzać urządzenia systemu elektroenergetycznego: maszyny wirujące, transformatory. Z reguły jednak źródła te nie są głównymi.

Głównymi źródłami harmonicznych wielorakich są: statyczne przetwornice częstotliwości, cyklokonwertery, silniki asynchroniczne, spawarki, piece łukowe, układy sterowania prądem z nałożoną częstotliwością.

Statyczne przetwornice częstotliwości składają się z prostownika AC-DC i przetwornicy DC-AC o wymaganej częstotliwości.Napięcie DC jest modulowane przez częstotliwość wyjściową przetwornicy, co powoduje powstawanie wielu harmonicznych w prądzie wejściowym.

Statyczne przetwornice częstotliwości są stosowane głównie w silnikach o zmiennej prędkości, których zastosowanie szybko się rozwija. Silniki o mocy do kilkudziesięciu kilowatów podłączane są bezpośrednio do sieci niskiego napięcia, mocniejsze do sieci średniego napięcia poprzez własne transformatory. Istnieje kilka schematów implementacji statycznych przetwornic częstotliwości o różnych charakterystykach. Częstotliwości wielu harmonicznych zależą od częstotliwości wyjściowej i częstotliwości pulsowania przetwornicy. Podobne przetwornice są również stosowane w piecach pracujących na średnich częstotliwościach.

Cyklokonwertery to trójfazowe przetwornice dużej mocy (kilka megawatów), które przekształcają prąd trójfazowy z pierwotnej częstotliwości na prąd trójfazowy lub jednofazowy o obniżonej częstotliwości (zwykle poniżej 15 Hz), używane do zasilania małych prędkości , silniki dużej mocy. Składają się z dwóch sterowanych prostowników, które przewodzą prąd naprzemiennie w jednym lub drugim kierunku. Cyklokonwertery są stosowane w bardzo rzadkich przypadkach. Prądy interharmoniczne osiągają 8-10% prądu o częstotliwości podstawowej. Ze względu na dużą moc cyklokonwerterów podłącza się je do sieci o dużej mocy zwarciowej, dzięki czemu napięcia interharmoniczne są niskie. Pomiary przeprowadzone w dwóch takich instalacjach w Szwajcarii wykazały, że ich wartości w sieciach 50 i 220 kV nie przekraczały 0,1% napięcia nominalnego.

Silniki indukcyjne mogą w niektórych przypadkach generować interharmoniczne ze względu na szczelinę między stojanem a wirnikiem, zwłaszcza w połączeniu z nasyceniem stali. Przy normalnej prędkości obrotowej wirnika częstotliwości interharmonicznych mieszczą się w przedziale 500-2000 Hz, ale po uruchomieniu silnika „przechodzą” przez cały zakres częstotliwości do wartości stanu ustalonego. Zakłócenia powodowane przez silniki mogą być znaczne w przypadku instalacji na końcu długiej linii niskiego napięcia (ponad 1 km). W tych przypadkach zmierzono interharmoniczne do 1%.

Spawarki i elektryczne piece łukowe generują szerokie i ciągłe spektrum harmonicznych. częstotliwości harmonicznych i interharmonicznych generowanych przez urządzenia przekształtnikowe.

Odchylenie napięcia

Odchylenia napięcia są spowodowane zmianami obciążenia odbiorców w ciągu dnia i odpowiednią pracą urządzeń regulujących napięcie (transformatory z przełącznikami obciążenia).

Wahania napięcia

Wahania napięcia to seria przypadkowych lub losowych zmian. cykliczny.

Wahania napięcia są spowodowane pracą odbiorników elektrycznych o silnie zmiennym charakterze zużycia energii i występują podczas pracy następujących urządzeń: spawarek i spawarek łukowych, walcarek, silników dużej mocy o zmiennym obciążeniu, elektrycznych pieców łukowych do produkcji stal. Nagłe zmiany napięcia mogą również wystąpić podczas przełączania obciążeń i urządzeń elektrycznych (np. baterii kondensatorów).

Krótkotrwałe spadki napięcia

Krótkotrwałe spadki napięcia to nieoczekiwane spadki napięcia, które powracają po okresie kilku podstawowych okresów częstotliwości do kilku stopni elektrycznych.

Krótkotrwałe spadki napięcia są spowodowane procesami łączeniowymi w systemach elektroenergetycznych związanymi ze zwarciami, a także uruchamianiem silników o dużej mocy. Pewnej liczby takich awarii spowodowanych działaniem automatyki systemów elektroenergetycznych w celu likwidacji zwarć nie da się usunąć i użytkownicy powinni wziąć ten fakt pod uwagę.

Impulsy napięcia

Źródłami impulsów napięciowych są operacje łączeniowe w sieciach, systemach elektroenergetycznych oraz burze.

Asymetria trójfazowego układu napięciowego

Asymetria trójfazowego układu napięciowego występuje, gdy napięcia fazowe lub fazowe nie mają równej amplitudy lub kąt przesunięcia między nimi nie jest równy 120 el. grad.

Asymetria trójfazowego układu napięciowego może być spowodowana trzema przyczynami: asymetrią parametrów linii napowietrznych spowodowaną brakiem transpozycji przewodów lub stosowaniem wydłużonych cykli transpozycji. Czynnik ten przejawia się głównie na liniach wysokiego napięcia; nierówność obciążeń faz ze względu na ich nierównomierny rozkład między fazami (asymetria układu) lub niejednoczesność ich działania (asymetria prawdopodobieństwa); — tryby bezfazowe linii elektroenergetycznych (po przerwaniu jednej z faz z powodu uszkodzenia).

Stopień asymetrii napięć spowodowany asymetrią parametrów linii elektroenergetycznej jest zwykle niewielki (do 1%).Najbardziej znacząca asymetria występuje, gdy linie elektroenergetyczne działają w trybach niepełnej fazy, ale takie tryby są bardzo rzadkie. Dlatego główną, najczęstszą przyczyną braku równowagi jest obciążenie sieci.

W sieciach przemysłowych źródłami asymetrii mogą być: potężne obciążenia jednofazowe, indukcyjne piece do topienia i ogrzewania, jednostki spawalnicze, piece do topienia elektrożużlowego; trójfazowe odbiorniki elektryczne pracujące przez długi czas w trybie asymetrycznym, elektryczne piece łukowe.

Odchylenie częstotliwości

Odchylenia częstotliwości występują z powodu niedopasowania mocy generatorów wytwarzających energię elektryczną do pobieranego obciążenia. Gdy moc generatora przekracza moc obciążenia, prędkość generatorów wzrasta, a częstotliwość wzrasta proporcjonalnie. Wzrasta również moc pobierana przez obciążenie; przy określonej wartości częstotliwości następuje równowaga między mocą generowaną a zużywaną. Podobny wzorzec redukcji częstotliwości obserwuje się, gdy moc obciążenia przekracza moc generatorów.