НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
А.К. ШИДЛОВСКИЙ
А.Ф. ЖАРКИН
ВЫСШИЕ ГАРМОНИКИ В НИЗКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ
В монографии получили дальнейшее развитие методы анализа сетей низкого напряжения с нелинейными нагрузками с использованием математических моделей. Разработаны модели электрических сетей зданий с учетом параметров их основных элементов, характерных электропотребителей и фильтров. Предложены методики определения несинусоидальности фазных напряжений в низковольтных электрических сетях. Определены количественные и качественные характеристики влияния параметров нагрузки и сети на значение высших гармоник в электрических сетях зданий. На основе полученных результатов сформулированы требования к элементам сети и разработаны рекомендации по использованию фильтрующих устройств для обеспечения электромагнитной совместимости потребителей низковольтных электрических сетей.
Для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами качества электроэнергии и электромагнитной совместимости потребителей электрических сетей и систем. Может быть полезной студентам соответствующей специальности.
У монографії одержали подальший розвиток методи аналізу мереж низької напруги з нелінійними навантаженнями з використанням математичних моделей. Розроблено моделі електричних мереж будинків з урахуванням параметрів їх основних елементів, характерних електроспоживачів і фільтрів. Запропоновано методики визначення несинусоiдальності фазних напруг у низьковольтних електричних мережах. Визначено кількісні та якісні характеристики впливу параметрів навантаження і мережі на значення вищих гармонік в електричних мережах будинків. На основі отриманих результатів сформульовано вимоги до елементів мережі і розроблено рекомендації щодо використання фільтруючих пристроїв для забезпечення електромагнітної сумісності споживачів низьковольтних електричних мереж.
Для наукових та інженерно-технічних працівників, які займаються питаннями якості електроенергії та електромагнітної сумісності споживачів електричних мереж і систем. Може бути корисною студентам відповідної спеціальності.
Предисловие
Монография посвящена проблеме электромагнитной совместимости нелинейных потребителей (в первую очередь, с импульсным характером потребляемого тока) низковольтных электрических сетей. В настоящее время в условиях насыщенности электрических сетей зданий и сооружений такими нелинейными электроприемниками, как средства компьютерной техники, решение проблемы высших гармоник в указанных сетях является не просто актуальным, а злободневным. В монографии некоторые теоретические положения и идеи, которые были изложены в ранних публикациях авторов, получили дальнейшее развитие. Это, в первую очередь, относится к разработке новых методов анализа и усовершенствованию моделей сетей низкого напряжения с нелинейными нагрузками путем дополнительного учета параметров основных элементов электрических сетей зданий.
Предлагаемая работа является обобщением серии статей авторов (около 30), опубликованных в период 1990—2004 гг. При этом авторы, проводя исследования процессов в сетях низкого напряжения с нелинейными нагрузками, шли от простого к сложному. Сначала были рассмотрены простые модели, учитывающие параметры отдельных элементов сети и нагрузки. Закончены исследования рассмотрением более совершенных комплексных моделей, учитывающих все основные элементы электрической сети здания от питающего трансформатора до потребителей — источников высших гармоник, что позволило определить параметры несинусоидальности токов и напряжений и оценить электромагнитную совместимость потребителей низковольтных электрических сетей в различных их режимах.
Первая глава монографии посвящена анализу современного состояния исследований проблемы электромагнитной совместимости в сетях низкого напряжения с нелинейными потребителями. Рассмотрены характерные нелинейные потребители, особенности построения низковольтных сетей, примеры отрицательного влияния высших гармоник, а также подходы к оценке электромагнитной совместимости.
Вторая глава монографии посвящена анализу известных моделей нелинейных нагрузок и сетей с нелинейными нагрузками. Сделан вывод, что для проведения соответствующих исследований электрических сетей зданий необходимо усовершенствовать существующие модели путем дополнительного учета параметров основных элементов указанных сетей.
В третьей главе приведены результаты расчетов несинусоидальности токов и напряжений в электрических сетях общественных зданий с помощью разработанной модели. Проведен анализ не синусоидальности напряжении с использованием развернутых схем замещения с источниками токов высших гармоник.
В четвертой главе проанализировано влияние параметров нагрузки и сети на значение высших гармоник в низковольтных сетях. Предложена методика определения несинусоидальности фазных напряжений по известной доле нелинейной нагрузки в различных элементах сети здания.
В пятой главе монографии проведен анализ использования различных средств снижения уровня высших гармоник в сетях низкого напряжения. Более подробно рассмотрены фильтры токов гармоник нулевой последовательности, проанализирована эффективность и сформулированы рекомендации по использованию указанных фильтров в низковольтных электрических сетях.
В шестой главе рассмотрено применение на практике разных способов обеспечения электромагнитной совместимости в сетях низкого напряжения. При этом рассмотрены примеры использования фильтрующих устройств различных модификаций, а также некоторые принципы построения систем электропитания с улучшенной электромагнитной совместимостью.
Авторы выражают искреннюю благодарность В.Ф. Евдокимову и В.Г. Кузнецову, взявшим на себя нелегкий труд по рецензированию работы.
Основные условные обозначения и сокращения
ВТ — вычислительная техника
ГРЩ — главный распределительный щит
ИБП — источник бесперебойного питания
ИВЭП — источник вторичного электропитания
КЛЛ — контактная люминесцентная лампа
КУ — корректирующее устройство
КЭ — качество электроэнергии
Н — нагрузка
НН — низкое напряжение
ОТ — оперативный ток
ПКЭ — показатель качества электроэнергии
ПП — полупроводниковый преобразователь
ПУЭ — правила устройства электроустановок
РЗ и А — релейная защита и автоматика
РЩ — распределительный щиток
РЭК — радиоэлектронный комплекс
СВЭП — система вторичного электропитания
СГЭ — система гарантированного электропитания
С и ТМ — связь и телемеханика
СН — собственные нужды
СФВЧ — специальный фильтр высоких частот
— система электроснабжения
Ф — фильтр
ФНЧ — фильтр низких частот
ФТНП — фильтр токов нулевой последовательности
ЭДС — электродвижущая сила
Э МО _ электромагнитная обстановка
ЭМП — электромагнитная помеха
МС _ электромагнитная совместимость
_ — электронная пускорегулирующая аппаратура
Αвыпр — емкость фильтра и активное сопротивление нагрузки выпрямителя
I __ ток и напряжение нулевой последовательности
Iэк — экономическая плотность тока
к — коэффициент, учитывающий неидеальность элементов фильтра
K0U — коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности
KU — коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения
KI — коэффициент искажения синусоидальности кривой тока
КU — коэффициент n -й гармонической составляющей напряжения
— коэффициент n-й гармонической составляющей тока
n — номер гармонической составляющей
Ζκ, Ζτ — сопротивления короткого замыкания и нулевой последовательности трансформатора
Ζ0, Ζ, — сопротивления нулевого и фазного проводов линии
а — доля нелинейной нагрузки
Р — коэффициент загрузки
∆U — потери напряжения
∆U — падение напряжения от тока n-й гармонической составляющей
γ — доля осветительной нагрузки
