Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ качественных показателей электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ 10
1.1. Влияние высших гармоник на работу потребителей электрической энергии 10
1.2. Влияние несинусоидальности на показатели качества электрической энергии 14
1.3. Анализ работы сельских сетей 0,3 8 кВ в Иркутской области 16
1.4. Средства снижения уровня высших гармоник в электрических сетях 0,38 кВ 18
Выводы по 1 главе 33
Глава 2. Теоретические исследования показателей качества электрической энергии в сети 0,38 КВ 35
2.1. Исследование показателей несинусоидальности напряжения для сети 0,38 кВ без активного фильтра 35
2.2. Исследование показателей несинусоидальности напряжения для сети 0,38 кВ с активным фильтром 48
2.3. Определение погрешности работы активного фильтра 50
Выводы по 2 главе 59
Глава 3. Физические модели исследования влияния высших гармоник на показатели качества электриче ской энергии и режимы работы активного фильтра 60
3.1. Моделирование режимов работы активного фильтра 60
3.1.1. Определение в сети четных гармоник с различной начальной фазой и амплитудой 69
3.1.2. Определение в сети нечетных гармоник с различной начальной фазой и амплитудой 73
3.1.3. Определение в сети спектра гармоник с различной начальной фазой и амплитудой 75
3.2. Исследование показателей несинусоидальности напряжения на физической модели активного фильтра в сети 0,38 кВ 78
3.2.1. Методика проведения измерений 78
3.2.2. Исследование показателей несинусоидальности напряжения на физической модели 83
Выводы по 3 главе 88
Глава 4. Экспериментальные исследования показателей качества электрической энергии в действующих сетях иркутской области 89
4.1. Исследование электрических сетей 110и35кВ 89
4.2. Исследование электрических сетей 10 и 6 кВ 97
4.3. Исследование электрических сельских сетей 0,38 кВ 102
4.4. Исследование источников искажения синусоидальности напряжения в сетях 0,38 кВ 106
4.5. Анализ показателей качества электрической энергии в СХОАО «Белореченское» при установке активного фильтра 113
4.5.1. Методика расчета активного фильтра 113
4.5.2. Основные показатели несинусоидальности напряжения в сети 0,38 кВ при установке активного фильтра 120
Выводы по 4 главе 121
Глава 5. Экономическая эффективность применения трехфазного активного фильтра 123
5.1. Определение потерь мощности электрооборудования 123
5.2. Определение снижения срока службы электрооборудования 129
5.3. Основные электротехнические показатели надежности при работе электрооборудования 136
Выводы по 5 главе 140
Общие выводы 142
Литература 144
Приложение
- Влияние несинусоидальности на показатели качества электрической энергии
- Исследование показателей несинусоидальности напряжения для сети 0,38 кВ с активным фильтром
- Исследование показателей несинусоидальности напряжения на физической модели активного фильтра в сети 0,38 кВ
- Исследование источников искажения синусоидальности напряжения в сетях 0,38 кВ
Введение к работе
Снижение экономических затрат при электроснабжении агропромышленного комплекса России, связано с повышением качества электрической энергии и повышением надежности электрооборудования. Современные сельскохозяйственные предприятия оснащены новейшим технологическим оборудованием как отечественного, так и зарубежного производства. В свою очередь такое оборудование предъявляет к себе ряд требований, одним из которых является качество электрической энергии, соответствующее ГОСТу 13109-97 [1]. Экспериментальные данные, полученные в Иркутской области, наглядно показывают несоответствие значений показателей качества электроэнергии (ПКЭ) требованию ГОСТа. Согласно проведенным исследовани-ям/коэффициент п-ой гармонической составляющей напряжения в сельских распределительных сетях 0,38 кВ превышает допустимые значения в 4-5 раз, и не соответствуют нормативным требованиям в 8-ми измерениях из 10-ти. Существует нормированные нормально и предельно допускаемые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения для сетей 0,38 кВ, которые составляют 8,0% и 12,0% соответственно. Коэффициент п-ой гармонической составляющей напряжения для сетей 0,38 кВ нормируется для каждой гармоники (ГОСТом установлены нормы до 40-ой гармоники). Присутствие высших гармоник напряжения в электрических сетях 0,38 кВ приводит к резким скачкам напряжения в узлах нагрузки выше допустимого значения, выходу из строя технологического оборудования, загрузке сетей.
По Иркутской области, согласно данным Главного управления сельского хозяйства (ГУСХ), энергопотребление сельскохозяйственных потребителей составляет порядка 6% от общего энергопотребления, в связи с этим на качество электрической энергии (КЭЭ) доминирующее влияние оказывают промышленные предприятия, которые являются основными источниками генерирования высших гармоник во внешнюю сеть. Помимо этого, тяговые подстанции, питающие потребителей сельскохозяйственного назначения, также существенно снижают показатели качества по несинусоидальности напряжения и тока.
Наличие высших гармоник в энергетических системах приносит значительный материальный ущерб и снижает технико-экономические показатели работы электрооборудования, кроме того, они оказывают негативное влияние на работу счетчиков электрической энергии, увеличивая их погрешность измерения.
Изучению данной проблемы посвящено множество работ таких ученых как: Жежеленко И.В., Железко Ю.С., Розанов Ю.К., Агунов А.В., Астрахан-цев Л.А., и др. [6, 10, 44, 47, 62, 63, 71, и т.д.].
Таким образом, решение задачи повышения качества электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ связано с необходимостью снижения высших гармонических составляющих, рассмотрению вопросов связанных с разработкой мероприятий и технических средств, а также снижению потерь электроэнергии.
Цель работы: определить влияние высших гармоник в сельских распределительных сетях 0,38 кВ на показатели качества электрической энергии
Объект исследования: сельские распределительные сети 0,38 кВ. Предмет исследования: взаимосвязь параметров высших гармоник в сельских сетях 0,38 кВ с показателями качества электрической энергии. Задачи исследования:
1. Провести анализ существующих технических средств, снижающих уровень высших гармоник в сетях 0,38 кВ.
2. Провести теоретические исследования показателей качества электрической энергии в сети 0,38 кВ с активным фильтром.
3. Разработать физические модели исследования параметров активного фильтра для определения эффективных режимов работы. 4. Провести экспериментальные исследования в действующих электрических сетях Иркутской области для выявления основных источников высших гармоник.
5. Разработать устройство активной фильтрации высших гармоник в сельских сетях 0,38 кВ.
6. Дать экономическое обоснование эффективности применения активного фильтра.
Научная новизна заключается в:
- теоретических зависимостях показателей качества электрической энергии в сети 0,38 кВ с активным фильтром.
- физических моделях исследования параметров активного фильтра.
- результатах экспериментальных исследований вклада внешних и внутренних источников искажения в спектральный состав высших гармоник электрической сети 0,38 кВ.
- разработанном трехфазном активном фильтре для снижения уровня высших гармоник.
Практическая значимость:
Результаты научно-исследовательской работы переданы для использования в Главное управление сельского хозяйства Иркутской области. Приняты к внедрению в СХОАО «Белореченское» Усольского района Иркутской области.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Результаты анализа технических средств, снижающих уровень высших гармоник в сетях 0,38 кВ.
2. Результаты теоретических исследований показателей качества электрической энергии в сети 0,38 кВ с активным фильтром.
3. Физические модели исследования параметров активного фильтра.
4. Результаты экспериментальных исследования работы активного фильтра в сельских сетях 0,38 кВ. 5. Результаты технико-экономической эффективности применения
активного фильтра для снижения уровня высших гармоник.
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО «Иркутская ГСХА» в 2001, 2002, 2003, 2004, 2005 годах, международных научно-технических конференциях ФГОУ ФПО «Московский ГНУ ВИЭСХ» в 2004 году, ФГОУ ВПО «Кемеровский ГСХИ» в 2005 году, региональных научно-технических конференциях ФГОУ ВПО «Новосибирский ГАУ» в 2002 году ,ФГОУ ФПО «Иркутский БГУЭП» в 2004 году, ФГОУ ВПО «Алтайский ГТУ» в 2004 году, ФГОУ ВПО «Ижевская ГСХА» в 2005 году.
По результатам исследований получен патент на полезную модель и опубликовано 15 статей в сборниках научных трудов.
Трехфазный активный электрический фильтр для компенсации высших гармоник был представлен на международной выставке «Инновации для экономики и социальной сферы» и награжден дипломом Иркутского международного выставочного комплекса «Сибэкспоцентр» за разработку трехфазного активного электрического фильтра для оптимизации условий потребления электрической энергии производителями сельскохозяйственной продукции в 2005 году.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с перечнем приоритетных направлений развития науки и техники в сфере производства сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов, утвержденного приказом Министерства науки и техники РФ, Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ и Президиума РАСХН от 30 декабря 1999 года за № 295/892/111 по направлениям:
1. Энергообеспечение и ресурсосбережение.
2. Организационно-экономический механизм функционирования АПК и обустройство сельских территорий, а также планом проведения научно-исследовательской работы кафедры Электротехники и автоматизации с.-х. производства Иркутской ГСХА по теме № 28-К: «Энергосберегающие технологии и повышение эффективности использования электрической энергии в сельскохозяйственном производстве».
В работе использована техническая, научная, нормативная, справочная литература, а также материалы авторских заявок на изобретения и полезные модели.
Влияние несинусоидальности на показатели качества электрической энергии
Несинусоидальность напряжения характеризуется двумя показателями, согласно [1]: коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения. Существует нормированные нормально и предельно допускаемые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения для питающих и распределительных сетей, значения которых представлены в таблице 1. Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения определяется по формуле: Коэффициент п-ой гармонической составляющей напряжения для сетей 0,38 кВ нормируется для каждой гармоники (ГОСТом установлены нормы до 40-ой гармоники). Более жесткие требования предъявляются к четным гармоникам, например для 5-ой нормально допустимое значение составляет 6,0%, а для 6-ой 0,5% (таблица 2). Такие требования обусловлены большим количеством преобразовательной и электронной техники, которой в процессе работы во внешнюю сеть генерируются четные гармоники. Источниками электроснабжения сельского хозяйства являются опорные подстанции 220/35/10 и 110/35/10 кВ. В результате проведенных исследований установлено, что только 20,5% сетей напряжением 0,38 кВ находятся в удовлетворительном состоянии, 18,73% сетей нуждаются в проведение капитального ремонта, 44,84% сетей подлежат реконструкции[(48 U А - 1 -Hji -f Современные системы электроснабжения объектов характеризуются, Л значительной протяженностью и многоступенчатой трансформацией напря-1 л; жения. В каждой ветви системы электроснабжения за счет разнохарактер ной нагрузки, а также внешних возмущений возникают процессы, которые ухудшают несинусоидальность напряжения и тока. Полученные экспери ментальные данные в области наглядно показывают несоответствие значени показателей качества электроэнергии (ПКЭ) требованию ГОСТ. Присутствш высших гармоник напряжения в электрических сетях 0,38 кВ приводит к резким скачкам напряжения в узлах нагрузки выше допустимого значения, выходу из строя технологического оборудования, загрузке сетей. Уровень дополнительных активных потерь от высших гармоник в основных сетях электрических систем составляет 9% от потерь при синусоидальном напряжении. В сетях предприятий, крупных промышленных центров, а также сетях электрифицированного железнодорожного транспорта эти потери могут достигать 10-15 процентов [4-6, 7]. В результате искажения питающего напряжения учащаются сбои сис тем автоматического управления. Вследствие помех, вызываемых высшими — гармониками, могут неправильно работать устройства телеуправления и ре 17 лейной защиты, что приводит к расстройству процесса передачи энергии.
Для предотвращения этого вида ущерба устанавливают предельные значения параметров электроэнергии, при которых расстройства процессов не происходят, в большинстве случаев эти значения ниже, установленных ГОСТ. Опыт проведения энергетических обследований_в электроэнергетических системах и системах электроснабжения показывает, что суммарные потери электроэнергии в них составляют до 20% и более; Причем основные потери (80-90%) сосредоточены в распределительных сетях 6-10/0,4 кВ [10, 11, 21, 48, 56]. Как правило, наибольшую часть потерь (50-70 %) составляют так называемые коммерческие потери. Еще одной важной составляющей электрических потерь электроэнер гии в сети являются технологические потери, связанные с неудовлетвори тельным качеством электроэнергии. Их величина может достигать 7%, при (\, этом, наибольшее влияние на величину потерь оказывает несинусоидаль- ((J ность напряжения. h Для электрических сетей Иркутской области повышение качества элек-) трической энергии и снижение потерь мощности, обусловленных несинусои-/сі/ дальностью токов и напряжений, остается одной из самых не решаемых проблем. В связи с данной проблемой кафедрой Электротехники и автоматизации с.-х. производства Иркутской ГСХА влечение нескольких лет исследовались режимы работы сельских сетей 0,38 кВ в различных районах области. По результатам исследований были произведены расчеты показателей несинусоидальности напряжений в исследуемых сетях. С7! Проведенный статистический анализ коэффициентов n-ой гармонической составляющей напряжения и коэффициента искажения формы кривой напряжения показал, в среднем в 89 % времени суток эти коэффициенты выходят за установленные пределы.
В связи с этим было проведено исследование основных способов снижения несинусоидальности напряжения в сетях 0,38 кВ. Способы снижения несинусоидальности напряжения в сетях 0,38 кВ можно разделить на три группы: - схемные решения: выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин, группирование вентильных преобразователей по схеме умножения фаз, подключение нелинейной нагрузки к системе с большей мощностью короткого замыкания; - применение оборудования, характеризующегося пониженным уровнем генерации высших гармоник, например «ненасыщающихся» трансформаторов и многофазных вентильных преобразователей; - использование фильтровых устройств: параллельных узкополосных резонансных фильтров [67-70]." Проведенный анализ способов показал, что применение технических средств для компенсации высших гармонических составляющих напряжения \ и тока, а также снижение несинусоидальности в электрических сетях являет ся оптимальным решением поставленной задачи.
Исследование показателей несинусоидальности напряжения для сети 0,38 кВ с активным фильтром
Возросшая интенсивность взаимных возмущающих влияний параллельно работающих нагрузок, а также достижения в технологии мощных тиристоров и транзисторов привели к бурному развитию исследований в области создания активных фильтров [92, 99]. При разработке новых схем таких фильтров постоянно приходится проводить анализ их рабочих характеристик. Это могут быть и очень простые задачи (например, анализ работоспособности узлов активного фильтра), и весьма сложные (например анализ силового активного фильтра при условии воздействия на него внешних возмущений). Ранее для решения таких проблем применялись методы физического моделирования. В настоящее время наиболее распространенный инструмент, применяемый для этих целей, - персональный компьютер (ПК). Сегодня созданы пакеты прикладных программ, позволяющие даже не владеющему навыками программирования пользователю сравнительно быстро проводить на ПК достаточно сложные исследования электронных схем.
Одной из первых программ такого рода был симулятор электронных схем SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), разработанный в начале 70-х годов прошлого века в Калифорнийском университете. Первая коммерческая версия программы PSpice для IBM PC, в которую был внесен рад улучшений и дополнений, была создана в 1984 г. корпорацией Micro-Sim. Важным направлением применения данной программы является анализ мощных импульсных схем, которые приобретают все большее распространение с появлением силовых транзисторов (MOSFET и IGBT).
Такой анализ возможен только с помощью компьютерного моделирования, точность которого определяется достоверностью математических моделей входящих элементов [98].
Программа PSpice стала мировым стандартом в области моделирования электронных схем. Принятые в ней принципы описания математических моделей используются многими аналогичными программами, такими как Micro-Cap V, Electronics Workbench, Design Center, CircuitMaker, Mulisim и тому подобными, а формат входного языка SPICE поддерживается большинством пакетов САПР типа OrCAD, PCAD, ACCEL EDA, TangoPRO и др.
Достаточно широко известна мощная и универсальная система моделирования электронных схем Electronics Workbench канадской фирмы Interactive Image Technologies Ltd. [98, 104, 106], базирующаяся на SPICE. В системе используется многооконный интерфейс с ниспадающими и разворачивающимися меню. Функции и назначения отдельных элементов, окон и опций аналогичны их назначению в Windows. Инструментальные средства Electronics Workbench очень похожи на реальные инструментальные средства электроники.
Система схемотехнического проектирования и анализа электронных схем и устройств Electronics Workbench позволяет выполнять графический ввод проектируемой схемы и анализ характеристик аналоговых, цифровых и аналого-цифровых устройств. В отличие от других программ схемотехнического моделирования в системе Electronics Workbench на экране изображаются измерительные приборы с органами управления, максимально приближенными к реальности. Пользователь освобождается от изучения довольно абстрактных правил составления заданий на моделирование исследуемой схемы, как это необходимо для программы PSpice. Достаточно к анализируемой схеме подключить двухканальный осциллограф и генератор сигналов, и программа сама определит, какие процессы надо подвергнуть анализу, а на устройствах индикации будут зафиксированы исследуемые режимы.
Отметим, что в версиях Electronics Workbench, начиная с 5.0 и выше, встроены внутренние модели не только MOSFET, но и IGBT транзисторов. Простота работы с пакетом делает систему Electronics Workbench хорошим инструментом для проведения компьютерного эксперимента с виртуальным силовым активным фильтром.
В данном разделе приводятся результаты компьютерного моделирования трехфазного активного электрического фильтра на основе анализа существующих средств компенсации высших гармоник. Рассмотрено влияние промышленных предприятий на сельскохозяйственных потребителей.
В работе анализируются три структурные схемы трехфазного активного фильтра, обеспечивающего компенсацию гармонических составляющих и снижение влияния нелинейных потребителей в промышленных предприятиях на работу сельскохозяйственных потребителей. За последнее десятилетие на основе современных технологий расширилась элементная база силовых устройств (GTO-тиристоры, IGBT и MOSFET-транзисторы), что стимулирует дальнейшее совершенствование активных фильтров [92, 94].
Прослеживается тенденция перехода от методов физического моделирования к математическому моделированию. Существует достаточное число прикладных программ (Electronics Workbench, Multisim, Oread, Protel DXP и т.д.), позволяющих с достаточной точностью осуществить моделирование работы отдельных узлов активного фильтра, а в некоторых случаях - и всей системы в целом. Общий анализ активного трехфазного электрического фильтра при наличии внешних возмущений и вариации параметров фильтра представляет нетривиальную задачу. В связи с этим было проведено программное моделирование нескольких типов фильтров с учетом работы отдельных блоков. В качестве пакета прикладных программ была выбрана программа моделирования Electronics Workbench 5.12 Professional,
Исследование показателей несинусоидальности напряжения на физической модели активного фильтра в сети 0,38 кВ
После проведенного моделирования была создана экспериментальная физическую модель активного фильтра для проверки его работоспособности в реальных условиях. В качестве прибора для измерения показателей несинусоидальности напряжения использовался Шестнадцатиканальный измерительно-вычислительный комплекс ИВК "ОМСК-М" предназначен для измерения параметров электрической энергии в однофазных и трехфазных сетях, включая показатели качества электроэнергии по ГОСТ 13109-97 и оценки их соответствия нормально и предельно допускаемым значениям. ИВК "ОМСК-М" представляет собой переносное устройство, обеспечивающее регистрацию, оцифровывание, и запоминание мгновенных значений сигналов напряжения и тока электрической сети одновременно по всем каналам. Работает автономно, либо в локальной компьютерной сети под управлением внешнего компьютера. Накопленная информация обрабатывается программами, входящим в комплект ИВК "ОМСК-М". На рисунке 28 показан внешний вид измерительно-вычислительного комплекса «Омск». Первый канал предназначен только для подключения напряжения, а каналы со 2 по 9 являются универсальными (можно подавать или напряжение, или ток), каналы с 10 по 16 предназначены для подключения только тока. ИВК "ОМСК-М" допускает непрерывную работу в рабочих условиях не менее 7 суток. Габаритные размеры ИВК "ОМСК-М" 480 х 490 х 130 мм. Масса измерительного блока не превышает 11 кг. Нормальные условия применения -по ГОСТ 22261, группа 2; температура от 15 до 25, С, Рабочие условия применения и предельные условия транспортирования- по ГОСТ 22261, группа 2.
Измеряемые показатели качества электрической энергии (ПКЭ) по ГОСТ 13109-97: - отклонение напряжения основной частоты сети; - отклонение частоты;, - коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения; - коэффициент п-ой гармонической составляющей напряжения; - коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности; - коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности; - глубина провала напряжения; - длительность провала напряжения; Прочие измеряемые параметры напряжения и тока: - действующее значение междуфазного (фазного) напряжения прямой последовательности основной частоты; - действующее значение тока основной частоты; - активная, реактивная и полная мощности трехфазной (однофазной) системы напряжений и токов основной частоты; - угол сдвига фаз между фазными (междуфазными) напряжениями основной частоты; - фазовый угол между фазным (междуфазным) напряжением и фазным током основной частоты; - фазовый угол между фазным напряжением и током n-ой гармонической составляющей. Измерение коэффициентов несинусоидальности, согласно требованиям ГОСТ 13109-97 проводят следующим образом: 1. Качество электрической энергии по коэффициенту п -ой гармонической составляющей напряжения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если максимальное из всех измеренных и усредненных за каждые Зев течение 24 часов значений коэффициентов п -ой гармонической составляющей напряжения не превышает предельно допускаемого значения, а значение усредненного за 3 с коэффициента п -ой гармонической составляющей напряжения, соответствующее интегральной вероятности 95% за установленный период времени, не превышает нормально допускаемого значения. Допускается вместо определения значения усредненного за 3 с коэффициента п -ой гармонической составляющей напряжения, соответствующего интегральной вероятности 95%, определять за установленный период времени суммарную продолжительность времени, в течение которого значения усредненных за 3 с коэффициентов л -ой гармонической составляющей напряжения не превышают нормально допускаемого значения. Качество электрической энергии по коэффициенту п -ой гармонической составляющей напряжения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если указанная продолжительность времени составляет не менее 95% от установленного в стандарте периода времени, т.е. 22 час 48 мин.
Исследование источников искажения синусоидальности напряжения в сетях 0,38 кВ
В пределах Иркутской области влияние предприятий на КЭЭ представлено двумя крупными алюминиевыми заводами: Иркутским и Братским и небольшими сталеплавильными цехами, созданными на ( некоторых крупных машиностроительных предприятиях, которые в процессе \ производства генерируют высшие гармоники во внешнюю сеть и тем самым, искажая синусоидальность напряжения. Иркутской области по выплавке , алюминия принадлежит первое место в России. Доля ее двух предприятий I составляет около 40% в общероссийском и 5% в мировом производстве , первичного алюминия. Производство алюминия из глиноземного сырья требует больших затрат электроэнергии. Для выплавки 1 т металла 1 необходимо 15-18 тыс. кВт-ч электроэнергии [9, 44]. Одновременно с изменением выходных параметров, а в ряде случае даже когда выходные параметры не изменяются, изменение напряжения приводит к изменению \ потребляемой приемником электроэнергии мощности. Одним из таких устройств являются электротермические установки. (
Работа электротермических установок при значительном снижении напряжения существенно ухудшается, так как увеличивается длительность технологического процесса. Сталеплавильные печи сопротивления прямого и косвенного действия имеют мощности до 2000 кВт и подключаются к сети напряжением 0,38 кВ, коэффициент мощности близок к единице. Повышение напряжения приводит к перерасходу электроэнергии.
В сетях предприятий черной и цветной металлургии, питающих электродуговые сталеплавильные печи явно выражены превышения ПКЭ относительно нормативных значений. Согласно результатам исследований ПКЭ в сетях 35 и 220 кВ, питающих электродуговые сталеплавильные печи ДСП-100 и ДСП-200 имеет место колебание напряжения и искажение синусоидальности напряжения, что недопустимо учитывая наличие других потребителей в этой же сети.
В процессе регулирования вентильных преобразователей значения гармоник тока, генерируемых в питающую сеть, отличаются от соответствующих значений для установившегося режима. где: // - ток первой гармоники; v - номер гармоники. Увеличение уровней высших гармоник в переходных режимах вентильных преобразователей приводит к кратковременному возрастанию коэффициента несинусоидальности, достигающему на некоторых прокатных станах 30...40%. Коэффициент несинусоидальности напряжения в сетях 6-10 кВ достигает 6...7%. По приведенным исследованиям, в электросталеплавильном цехе, при работе всех агрегатов цеха коэффициент несинусоидальности линейных напряжений достигает 7...8% за счет гармоник 5-го и 7-го порядка. Коэффициенты несинусоидальности для различных линейных напряжений отличаются на 20...30%. На целлюлозно-бумажных комбинатах, как правило несинусоидальность напряжения находится в пределах 3...4% и лишь в отдельных случаях достигает 6...7%. Наибольшие значения коэффициента несинусоидальности имеют место в сетях 0,38-6 кВ, питающих управляемые вентильные преобразователи электроприводов бумагоделательных машин, а также управляемые и неуправляемые преобразователи хлорных станций. Из-за стабильности технологического процесса и схем электроснабжения комбинатов вариации коэффициента несинусоидальности оказываются незначительными. В настоящее время на ряде комбинатов устанавливаются резонансные фильтры высших гармоник главным образом с целью обеспечения рациональной компенсации реактивной мощности.
Еще одним источником выброса широкого спектра высших гармоник в электрическую сеть является ВСЖД. Железные дороги проходят по наиболее освоенным (южной и средней) частям области, где располагаются почти все важнейшие промышленные центры, крупные предприятия, основные сельскохозяйственные угодья и районы лесозаготовок. Общая эксплуатационная протяженность всех железнодорожных линий на территории области составляет 2,5 тыс. км (2,9% общероссийской протяженности), из них 2,2 тыс. км электрифицированы (5,6 % от российского уровня) [26, 27, 37]. Поскольку к трансформаторам, питающим подвижные составы электропоездов подключены и другие потребители, среди которых сельские населенные пункты и предприятия сельскохозяйственного назначения, то высшие гармоники, генерируемые электровозами попадают в общую сеть.
В точках общего присоединения (ТОП) сетей общего назначения электрифицированные дороги влияют на следующие показатели качества: коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности; коэффициент искажения синусоидальной формы кривых напряжений; коэффициент п-й гармонической составляющей напряжения.
На шинах 35-110-220 кВ предприятий, связанных с подстанциями энергосистемы, от которых питаются нагрузки электрифицированного железнодорожного транспорта, наблюдаются значения коэффициента несинусоидальности до 15...20%; максимальные значения возникают во время прохождения поездов. Проникновение гармоник тока в сети 6-10 кВ предприятий ограничивается большим входным сопротивлением сетей предприятий по сравнению с сетями энергосистем, поэтому влияние тяговой нагрузки на несинусоидальность напряжения в сетях целлюлозно бумажных комбинатов практически не проявляется. Электровозы, оборудованные вентильными преобразователями, являются однофазными нагрузками и создают значительную несимметрию напряжений в сетях 35-110-220 кВ.
На химических предприятиях при наличии вентильных преобразователей коэффициент несинусоидальности достигает 6.. .8%.
На машиностроительных предприятиях, в сетях 0,38 кВ которых значителен удельный вес электродуговой сварки, наибольшие отклонения от нормативных пределов имеют такие показатели качества электроэнергии, как несинусоидальность напряжения. Несинусоидальность напряжения в электрических сетях обусловлена гармониками тока, значения которых составляют в долях тока 1-й гармоники 15...40% (3-я гармоника), 4...15% (5-я гармоника). Коэффициенты несинусоидальности напряжения достигают 7...8% [44]. Для СХОАО «Белореченское» схема электроснабжения с учетом внешних источников высших гармоник представлена на рисунке 55.
