Начини за потискане на текущите хармоници в захранващите системи

Тази публикация е продължение на темата, повдигната в предишната статия [1].

Текущите хармоници от нелинейни товари могат да бъдат сериозни проблеми за енергийните системи. Хармоничните компоненти са токове с честоти, кратни на основната честота на захранването. Висшите хармоници на тока, насложени върху основната хармоника, водят до изкривяване на формата на тока. На свой ред токовите изкривявания засягат формата на напрежението в захранващата система, причинявайки неприемливи ефекти върху натоварванията на системата.

Най-често срещаното оборудване, което генерира по-високи хармоници на тока в мрежата, са:

статични преобразуватели (токоизправители, системи за непрекъсваемо захранване, тиристорни регулатори, импулсни захранвания и др.);
газоразрядни осветителни устройства и електронни баласти;
AC и DC електрически дъгови пещи;
заварчици;
устройства с наситени електромагнитни елементи;
променливотокови двигатели с променлива скорост;
специални медицински изделия и др.

Тези устройства са генератори на висши хармоници на тока в захранващата система. В зависимост от това къде са свързани и процента на линейните натоварвания в тази система, те по един или друг начин ще повлияят на други натоварвания. Увеличаването на общата ефективна стойност на тока при наличие на по-високи хармоници в системата води до прегряване на цялото оборудване на разпределената захранваща мрежа, намаляване на фактора на мощността, намаляване на електрическата и механична ефективност на натоварванията, влошаване в характеристиките на защитните прекъсвачи и надценяване на необходимата мощност на автономните електрически централи.

Помислете за основните начини за потискане на по-високите токови хармоници чрез прилагане:

линейни дросели,
пасивни филтри,
изолационни трансформатори,
магнитни синтезатори,
активни хармонични балсами.

1. Включване на дросели.

Най-простият начин за намаляване на нивото на по-високите токови хармоници, генерирани от нелинейни товари във външната мрежа, е свързването в последователни линейни дросели (фиг. 1). Такъв дросел има ниска стойност на индуктивно съпротивление при основната честота от 50 Hz и значителни стойности на съпротивление за по-високи хармоници, което води до тяхното отслабване. Това намалява фактора на гребена (фактор на гребена) Ка и фактор на изкривяване Ки входен ток.

Фигура 1. Криви на токове на нелинейни натоварвания:
а) без дросел, б) когато дроселът е включен последователно.

Таблица 1 показва стойностите на фактора на токово изкривяване на входа на трифазен мостов изправител при различни стойности на относителното индуктивно съпротивление на дросела при основната честота (Xdr) [2].

2. Прилагане на пасивни филтри.

Използването на последователно свързани линейни дросели в някои случаи не позволява намаляване на хармоничното изкривяване на тока до желаните граници. В този случай е препоръчително да се използват пасивни LC филтри, настроени на определен ред хармоници. За да се подобри хармоничният състав на консумирания ток, такива филтри се използват широко в системи с непрекъсваеми захранвания (UPS). Свързването на филтър на входа на шест вълнов токоизправител при 100% UPS натоварване намалява фактора на изкривяване на тока до 8-10%. Стойностите на този коефициент в система без филтър могат да достигнат 30% или повече. На фиг. 2d показва изпълнението на трифазен LC филтър, използван като допълнително устройство в 3-фазен UPS.

Има следните видове пасивни филтри [4]:

некомпенсиран LC филтър;
компенсиран LC филтър;
некомпенсиран LC филтър с превключвател.

Фиг. 2. Пасивни филтри:

Некомпенсираният филтър съдържа надлъжна индуктивност Др1 и напречна верига, състояща се от индуктивност Др2 и капацитет C, свързани последователно, настроени на определена хармоника (фиг. 2а). Ако филтърът е настроен на 5-та хармоника, съпротивлението в кръстосана верига е близо до нула и токът, извлечен от източника, няма да съдържа тази хармоника. Недостатъкът на този филтър е следният. Когато се използва като първичен източник на енергия, дизелов генератор (DGS) с ограничена инсталирана мощност, последният може да осигури относително ниска стойност на капацитивния компонент на товарния ток (10-30%).

Когато UPS е включен на DGS, когато се извършва "мек" старт на токоизправителя, консумираната от товара активна мощност е равна на нула и генераторът на DGS се зарежда само върху капацитивното съпротивление на филтъра . Значителен капацитивен компонент на тока, консумиран от генератора, може да доведе до неизправност на генераторната система и изключване на дизеловия генератор. Следователно възможността за използване на некомпенсирани LC филтри трябва да се анализира от гледна точка на съвпадение на характеристиките на генератора и параметрите на филтъра.