Высшие гармоники в электрических сетях

Высшие гармоники  в электрических сетях.

             Чтобы понять природу появления  гармоник рассмотрим простейшую  электрическую сеть, состоящую из  велосипедного генератора питающего  электрический фонарь. Ротор генератора  трением наконечника об колесо вращается в поле постоянного магнита, вырабатывая постоянный электрический ток. Если скорость движения велосипеда постоянна во времени, то график зависимости тока от времени представится прямой линией параллельной оси абцис (Рис.1), где частота тока, естественно, равна нулю.

             Вращение ротора в поле электромагнитов  вызывает переменный синусоидальный  ток частотой 50 Герц – 50 периодов  в секунду. За один период  ток от нулевого значения приходит к положительному максимуму, затем к нулевому значению, затем переходит к отрицательному максимуму и снова к нулевому значению (Рис.2).

И в первом и во втором случае параметры питаемой системы (ее сопротивления) не зависят от рода тока. Поэтому такую систему называют линейной [л.1].

            Рассмотрим простейший пример  искажения системы. Включая диод «В» (выпрямитель) в электрическую цепь, мы будем получать только положительные значения (полуволны) токов от полупроводника, поскольку ток в обратном направлении полупроводник не пропускает (Рис. 3).

При наличии большого количества конденсаторов и  индуктивностей в схеме искажение синусоидальной формы тока и напряжения в сети происходит в еще большей степени. Появляются гармонические составляющие.

            На практике элементами искажения  могут быть индукционные печи, светильники с лампами люминесцентными и ДРЛ, источники бесперебойного питания. Такую систему называют нелинейной [л.2]. В этом случае параметры системы зависят от рода тока и напряжения. Для административных зданий опасность представляют гармоники 3-й величины [л.3]. Накладываясь на синусоидальную линию напряжения, 3-я гармоника может увеличивать или уменьшать действующее значение напряжения, тока (Рис. 4).

Рис. 4. Изменение действующего значения тока от гармонических составляющих.

При этом может произойти пробой изоляции или перекрытие путей утечки тока с последующим переходом  в короткое замыкание. 

           Действенный  путь  по снижению аварийных ситуаций это учет значений коэффициента мощности предприятия (косинус фи). При снижении его значения ниже уровня 0,95 необходимо предусматривать установку конденсаторных батарей, которые выравнивают характеристики тока и напряжения в электросистеме, возвращая их в синусоидальное состояние (Рис. 5).

Также немаловажным мероприятием могла бы быть установка логистических регистраторов обнаруживающих и фиксирующих характер состояния электрической сети здания [л.4, л.5]. Принятие этих мер необходимо для выполнения всех требований ГОСТ13109-97  [л.6].                                                                                 

     Библиография.

1. Нейман и Демирчян, Теоретические основы электротехники. Часть вторая. Теория линейных электрических цепей. М. Энергия 1967.

2. Нейман и Демирчян, Теоретические основы электротехники. Часть третья. Теория нелинейных электрических и магнитных цепей. М. Энергия 1967.

3. Александр Шалыгин, Валерий Шейн. Новости электротехники N4 (324) 2005, стр. 120.

4. Schneider Electric. Техническая коллекция. Выпуск 21. Руководство по компенсации реактивной мощности. Август 2008.

5. Schneider Electric. Техническая коллекция. Выпуск 22. Гармонические искажения в электрических сетях и их снижение. Сентябрь 2008.

6. ГОСТ 13109-97.Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.