13.3 Расчет коэффициента несинусоидальности кривой напряжения

На промышленных предприятиях есть большое количество электроприемников с нелинейными вольтамперными характеристиками. К ним относятся полупроводниковые преобразователи, установки контактной и дуговой сварки, дуговые электрические печи, газоразрядные лампы.

Характерной особенностью этих устройств является потребление ими несинусоидальных токов при подведения к их зажимам синусоидального напряжения. Токи высших гармоник проходя по элементам сети, вызывают потери напряжения в сопротивлениях этих элементов, которые, накладываясь на основную синусоиду напряжения, приводят к искажению формы кривой напряжения.

Протекание по элементам системы электроснабжения токов высших гармоник и искажение синусоиды напряжения приводит к ускоренному старению изоляции электрических машин, кабелей, трансформаторов; увеличиваются погрешности индукционных счетчиков активной и реактивной энергии; могут происходить ложные срабатывания релейной защиты, устройств телемеханики, автоматики и ЭВМ.

Расчет производится только от источников несинусоидальности, которые имеются в сетях 0,4 кВ.

1.Составляется расчетная схема сети - рисунок 13.3:

Рисунок 13.3 – Расчетная схема сети

2.Составляется схема замещения, которая показана на рисунке 13.4:

Источник несинусоидальности зададим в виде источника тока:

Рисунок 13.4 – Схема замещения сети

Не синусоидальность напряжения сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности напряжения:

(13.3.1)

где - действующее значениеn-й гармонической составляющей напряжения;

N - номер последней учитываемой гармоники;

1,1 – коэффициент, выражающий вклад остальных неучтенных гармоник (до 40 гармоники).

Согласно ГОСТ 13109-97 в электрической сети до 1000 В допустимое значение К_нс. = 8 %.

Для сварочных машин рассчитывают гармоники 3, 5, 7, генерируемых машинами дуговой сварки.

1. Определяем токи n – гармоник, генерируемых машинами контактной сварки, по формуле:

(13.3.2)

где К - число источников гармоник.

Ток n-ых гармоник определяется:

(13.3.3)

где: - паспортная мощность машины дуговой сварки;= 176 кВА

ПВ_факт. - фактическая продолжительность включения. Принимаем ПВ_факт = 16%

Ток третьей гармоники:

,

Ток пятой гармоники:

,

Ток седьмой гармоники:

,

,

,

.

2. Расчет сопротивлений

Определяем сопротивление питающей системы n-ой гармоники, приведенное к напряжению 0,4 кВ:

(13.3.4)

где X_пс(n) = 0,52 мОм – сопротивление системы по формуле (11.1):

,

,

.

Сопротивление высоковольтной кабельной линии 10 кВ n-ой гармоники рассчитывается по формуле:

(13.3.5)

где R_кл10 и X_кл10 - активное и индуктивное сопротивление кабельной линии 10 кВ, ,по формулам (11.2), (11.3):

,

,

.

Сопротивление трансформатора n-ой гармоники, приведенное к 0,4 кВ рассчитывается по формуле:

(13.3.6)

где R_т и X_т - активное и индуктивное сопротивление трансформатора,

,по формулам (11.4), (11.6):

,

,

.

Сопротивление ШМА n-ой гармоники рассчитывается по формуле:

,

где R_шма и X_шма – удельные активное и реактивное сопротивления ШМА.

R_шма = R_0шма · l_шма; Х_шма = Х_0шма · l_шма; R_0шма = 0,02 мОм/м, Х_0шма = 0,02 мОм/м,

l_шма = 12 м.

R_шма = 0,02 · 12 = 0,24 мОм

Х_шма = 0,02 · 12 = 0,24 мОм

,

,

Сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, соединяющей электроприемник и ШМА:

Для проводов марки 2хАВВГ (4х50) мм² имеем:

, (13.3.7)

где , (13.3.8)

, (13.3.9)

где R_0кл =0,623 мОм/м и X_0кл =0,0625 мОм/м – удельные активное и реактивное сопротивления кабельной линии.

,

,

.

Таблица 13.1 - Расчет сопротивлений сети для высших гармоник

Номер гармоники	Полное сопротивление, мОм
	Сопротивление системы	Сопротивление кабельной линии 10 кВ	Сопротивление трансформа-торов	Сопротивле-ние ШМА	Сопротивле­ние кабельной линии 0,4 кВ
Выпрямительный агрегат 200 кВт
3	j1,56	0,165+j0,099	1,949+j19,21	0,415+j0,72	10,683+j1,857
5	j2,6	0,212+j0,165	2,516+j32,01	0,537+j1,2	13,792+j3,095
7	j3,64	0,251+j0,231	2,976+j44,814	0,635+j1,68	16,319+j4,333

Определяем результирующее сопротивление:

, (13.3.10)

Определяем результирующую проводимость n-ой гармоники:

(13.3.11)

,

,

.

Определим действующее значение n - ой гармоники напряжения от каждого из источников несинусоидальности напряжения:

(13.3.12)

,

,

.

Коэффициент несинусоидальности напряжения составит:

Полученный коэффициент несинусоидальности удовлетворяет требованиям ГОСТа. Установки специальных устройств по уменьшению несинусоидальности (фильтра высших гармоник) не требуется.