Расчет несинусоидальности напряжения в сетях промышленного предприятия.

Наиболее сложный расчет, когда надо расчитать несинусоидальность для всех точек сетей промышленного предприятия. Для упрощения, расчет производится отдельно для сети 0,4 кВ и сетей выше 1000 В. Для сетей 0,4 кВ составляется расчетная схема сети до шин 6(10) кВ источника питания (РП):

О т шин 0,4 кВ питается электроприемники с линейными харатеристикамии и источники, создающие гармоники (например электросварочные установки). На основе расчетной схемы составляется схема замещения, при составлении которой необходимо задаться источником несинусоидальности в виде источника тока.

Схема будет одинакова для всех гармоник. Электросварочные установки создают 3,5,7 гармоники. Определение сопротивлений отдельных элементов схемы:

для трансформатора

;

для питающей системы R принебрегаем

;

для высоковольтной кабельной линии пренебрегаем R:

;

для низковольтной сети:

;

для электродвигателей:

, где n_Д – количество ЭД;

суммарное сопротивление:

;

проводимость:

;

проводимость ветви на двигатель:

;

суммарная проводимость цепи:

;

напряжение n-ой гармоники

;

коэффициент несинусоидальности схемы на шинах 0,4 кВ ТП:

,

к - число гармоник для которой определяется Кu, в ГОСТ до 40, т.к. величина гармоник выше 13 мала, то суммируют меньшее число гармоник. Для сварочных машин 3,5,7. Для дуговых печей 3,5,7. Для преобразователей шестифазных 5,7,11,13, двенадцати фазных 11,13,23,25, двадцатичетырехфазных 23,25,47,49,

Если значения Кu не выходит за требования ГОСТа то расчет закончен, если превышает требования ГОСТа, необходимо применить методы уменьшения несинусоидальности напряжения:

1) разделение питания;

2) применение выпрямителей с большей фазностью выпрямления;

2. ) применение фильтров высших гармоник.

1). Разделение питания.

П рименяется если на промышленном предприятии имеются источники, создающие несинусоидальность напряжения и есть потребители, чувствительные к этой несинусоидальности, тогда разделяют питание этих потребителей от разных трансформаторов.

2). Применение преобразователей с более высокой фазностью выпрямления. Существуют схемы 6,12,24 фазные. При переходе к более высокой схеме выпрямления исчезают низшие гармоники. Т.к токи гармоник зависят от номера гармоник, то увеличивая номер уменьшаем ток, т.е. уменьшаем несинусоидальность напряжения в сети.

Эти два способа позволяют снизить уровень гармоник, но не всегда позволяют достичь нужного коэффициента несинусоидальности, в этом случае применяют фильтры высших гармоник.

3

Включаем фильтр (ФКУ) ,настроенный к примеру на пятую гармонику, тогда

X =X , пятая гармоника исчезает, остальные гармоники остаются.

Фильтры:1)последовательные

2) параллельные

). Фильтры высших гармоник.

Последовательные фильтры: применяются в системах управления, не пропускают гармоники (только фильтрация).

В системе электроснабжения наиболее часто применяются параллельные фильтры (кроме фильтрации решается проблема компенсации реактивной мощности), более простые.

Параллельные фильтры делятся на: 1) настроенные

2) ненастроенные (широкополосные)

1. настроенный фильтр:

Имеет следующие характеристики: он настраивается на n-ую гармонику (например 5), по отношению частоты к частоте настройки Х =X . Если это сети высоого напряжения, то R- мала, если низкого, то R несолько больше.

Если Кu остается больше, чем он допускается, то помимо фильтра на пятую гармонику устанавливают фильтр на седьмую гармонику. Если же Кu вновь превышается, то ставят еще на одиннадцатую гармонику и т.д.

2. широкополосные фильтры. Т.к. Кu в ГОСТе нормируется различными величинами 0,4 кВ - 8%, 6(10)кВ –5%, то нет необходимости снижать все гармоники до нуля, а следует только снизить до величины нормируемой в ГОСТ13109-97.

Широкополосный фильтр снижает гармоники всего спектра, присутствующие в сети, но не до нуля, а до какой-то величины. Фильтры характеризуются:

добротностью

,

- индуктивное сопротивление фильтра при настройке на любые гармоники.

Если =30-50, то фильтр настраивается на одну гармонику.

Если начинает снижаться, то фильтр начинает пропускать другие гармоники.

Широкополосные фильтры имеют добротность =3-5 и они пропускают весь спектр.

Т ак как этот фильтр настраивается на гармоники 5,7,11 и.т.д, он будет пропускать все гармоники. Фильтр третьего порядка, наиболее оптимален, так как имеет малые потери на частоте 50 Гц за счет второго конденсатора.

При наличии высоковольтных потребителей применяются упрощенные методы расчёта коэффициента несинусоидальности. В сетях выше 1000 В. коэффициент несинусоидальности рассчитываются на тех шинах, где подключаются источники гармоник.

1. Один реверсивный преобразователь.

Источник гармоник при шестифазной схеме, коэффициент несинусоидальности определяется:

При двенадцатифазной схеме:

,

где - мощность преобразователя,

- мощность короткого замыкания на шинах, где установлены преобразователи.

2. Группа из n реверсивных преобразователей.

При шестифазной схеме:

При двенадцатитифазной:

Эти две формулы применяются в тех случаях, когда преобразователи включаются независимо друг от друга. Если преобразователи работают согласовано, то:

3) Дуговые печи:

где - расчётная мощность одной или группы дуговых печей.

Должны соблюдаться размерности:

и [кВА].

[МВА].