Во второй главе определена принципиальная возможность и основные правила использования традиционных моделей для расчета напряжений высших гармоник в сетях НН. При этом в схемах замещения значение токов высших гармоник необходимо приводить в соответствие с конкретной сетью НН с учетом результатов расчета соответствующего режима с помощью точной модели. На рис. 3.5 показана однолинейная схема замещения сети с источником тока п-й гармоники. Здесь I(n),U(n),Ζ(n) — фазные ток, напряжение и эквивалентное сопротивление сети для п-й гармоники, причем
Рис.3.5. Схема замещения сети с источником тока п-й гармоники
Известно, что в случае низковольтной сети, которая выполняется трехфазной четырехпроводной, путь протекания токов гармоник, кратных трем, отличается от пути протекания токов остальных гармоник. Поэтому эквивалентное сопротивление сети для гармоники будет определяться по-разному: в первом случае, с учетом сопротивлений нулевой, а во втором — прямой последовательности элементов сети НН.
Напомним, что в параграфе 2.4, в частности, предложен метод, с помощью которого, не конкретизируя нелинейную нагрузку, можно проводить общий анализ зависимостей значений высших гармоник тока и напряжения в конкретной низковольтной сети с определенными параметрами. Полученные при этом результаты можно использовать как в учебном процессе, так и при разработке соответствующих инженерных методик.
Рассмотрим возможность использования традиционных моделей, в которых нелинейные нагрузки задаются источниками токов высших гармоник, для проведения анализа несинусоидальности токов и напряжений сетей НН с учетом конкретных параметров основных элементов электрической сети и соответствующих электроприемников жилого или общественного здания.
Очевидно, что при указанном усовершенствовании расчетной модели сети схемы замещения с источниками токов высших гармоник несколько усложнятся и приобретут вид, показанный на рис. 3.6. Здесь фазные токи n-й гармоники силовой нагрузки здания и нагрузки всех осветительных стояков, кроме одного, нагрузки одного осветительного стояка, кроме нагрузки одной линии групповой сети и нагрузки одной линии групповой сети соответственно; V(n),U2(n),U3(n) — фазные напряжения п-й гармоники на главном распределительном щите (ГРЩ) здания, на распределительном щитке (РЩ) осветительной сети и на зажимах рассматриваемой группы электроприемников соответственно; Ζ — эквивалентное сопротивление для п-й гармоники внешней питающей сети (трансформатор-линия), соответствующих участков стояка и линии групповой сети соответственно.
Рис.3.6. Развернутая схема замещения сети с источниками токов n-й гармоники
В работе [36] проведен анализ несинусоидальности токов и напряжений в сетях НН с использованием представленной схемы замещения, в которой учитываются конкретные параметры основных элементов сети. При этом следует отметить, что рассмотренная схема замещения для простоты и наглядности приведена в однофазном варианте при принятых допущениях о симметричности элементов сети и нагрузки. Кроме того, следует учитывать, что фазное эквивалентное сопротивление для n-й гармоники четырехпроводных элементов трехфазной сети (внешняя питающая сеть и стояки) определяется по-разному для гармоник, кратных и не кратных трем, а для двухпроводных (групповая сеть) — единообразно для всех гармоник, только с учетом их номера.
Развернутую схему замещения, представленную на рис. 3.6, можно описать системой уравнений, составленных на основании второго закона Кирхгофа:
Перегруппировав члены, входящие в правые части второго и третьего уравнений системы (3.1), получим
Анализ представленных выражений позволяет определить механизм и составляющие формирования искажений синусоидальности кривых напряжений в любом нагрузочном узле электрической сети с учетом предусмотренных ее схемой замещения элементов. Из первого выражения видно, что искажение синусоидальности кривой напряжения на ГРЩ определяется падениями напряжения от токов высших гармоник всех нелинейных электроприемников здания на продольном сопротивлении внешней питающей сети. Из второго выражения следует, что искажение синусоидальности кривой напряжения на РЩ определяется падениями напряжения от токов высших гармоник всех нелинейных электроприемников здания, кроме рассматриваемого стояка на продольном сопротивлении внешней питающей сети и падениями напряжения от токов высших гармоник нелинейных электроприемников рассматриваемого стояка на суммарном продольном сопротивлении внешней питающей сети и соответствующего участка стояка. Из третьего выражения видно, что искажение синусоидальности кривой напряжения на зажимах группы электроприемников определяется падениями напряжения от токов высших гармоник всех нелинейных электроприемников здания, кроме рассматриваемого стояка на продольном сопротивлении внешней питающей сети, падениями напряжения от токов высших гармоник всех нелинейных электроприемников рассматриваемого стояка, кроме данной группы на суммарном продольном сопротивлении внешней питающей сети и соответствующего участка стояка, а также падениями напряжения от токов высших гармоник рассматриваемой группы электроприемников на суммарном продольном сопротивлении внешней питающей сети и соответствующих участков стояка и линии групповой сети.
Обобщив сказанное, можно сформулировать основные положения и описать механизм формирования искажения синусоидальности кривых напряжений на зажимах любого электроприемника.
- Искажение синусоидальности кривой напряжения на зажимах любого электроприемника состоит из собственного и приобретенного искажений.
- Собственное искажение синусоидальности кривой напряжения определяется падением напряжения от суммы токов высших гармоник рассматриваемого и всех включенных после него (если таковые имеются) электроприемников на суммарном продольном сопротивлении всех элементов сети от источника питания до данного электроприемника.
- Приобретенное искажение синусоидальности кривой напряжения определяется суммой падений напряжения от токов высших гармоник всех электроприемников, включенных перед рассматриваемым (если таковые имеются), на соответствующих продольных сопротивлениях участков сети от источника питания до каждого из этих электроприемников.
Следует отметить, что полученные выводы носят в основном теоретический характер. В связи с этим рассмотрим с точки зрения получения практических результатов еще одно из возможных направлений проведения анализа несинусоидальности напряжений с помощью традиционных схем замещения с источниками токов высших гармоник. Для этого запишем уравнения системы (3.1) в более компактной форме:
Данная запись позволяет несколько иначе описать механизм формирования несинусоидальности напряжений в характерных нагрузочных узлах сети. Из первого выражения (как и в предыдущем случае) видно, что искажение синусоидальности кривой напряжения на ГРЩ определяется исключительно падениями напряжения от токов высших гармоник нелинейных электроприемников всего здания на продольном сопротивлении внешней питающей сети. Из второго выражения следует, что искажение синусоидальности кривой напряжения на РЩ определяется искажением синусоидальности кривой напряжения на ГРЩ и падениями напряжения от токов высших гармоник нелинейных электроприемников рассматриваемого стояка на продольном сопротивлении соответствующего участка стояка.
Из третьего выражения видно, что искажение синусоидальности кривой напряжения на зажимах рассматриваемой группы электроприемников определяется искажением синусоидальности кривой напряжения на РЩ и падениями напряжения от токов высших гармоник этой группы электроприемников на продольном сопротивлении соответствующего участка линии групповой сети.
Следовательно, используя терминологию метода эквивалентирования нелинейных нагрузок и построения эквивалентных схем замещения, можно сформулировать основные положения формирования искажения синусоидальности кривых напряжений в нагрузочных узлах сети НН.
- Искажение синусоидальности кривой напряжения в любом нагрузочном узле состоит из искажения источника и искажения нагрузки.
- Искажение синусоидальности кривой напряжения источника определяется приобретенным искажением синусоидальности кривой напряжения электроприемников рассматриваемого узла и падением напряжения от суммы токов высших гармоник данных электроприемников на суммарном продольном сопротивлении всех элементов сети от источника питания до ближайшего к рассматриваемому эквивалентируемого узла.
- Искажение синусоидальности кривой напряжения нагрузки определяется падением напряжения от суммы токов высших гармоник электроприемников рассматриваемого узла на продольном сопротивлении участка сети от ближайшего эквивалентируемого до рассматриваемого узла.
- Электроприемниками рассматриваемого узла являются электроприемники, собственное искажение синусоидальности кривой напряжения которых определяется падением напряжения от суммы их токов высших гармоник на суммарном продольном сопротивлении всех элементов сети от источника питания до данного узла.
С учетом полученных выводов можем построить математическую модель любого нагрузочного узла с нелинейными электроприемниками конкретной электрической сети и перейти от численных расчетов к аналитическому описанию режимных параметров рассматриваемых электроприемников. Полученные аналитические выражения позволят, в свою очередь, перейти к разработке методики определения несинусоидальности напряжений в характерных нагрузочных узлах сети НН, которая будет рассмотрена в четвертой главе.
Таким образом, предложенный во второй главе метод получил дальнейшее развитие. Результаты, полученные с помощью развернутых схем замещения с источниками токов высших гармоник, позволяют определить механизм и составляющие формирования несинусоидальности напряжений в любом нагрузочном узле сети НН. Наглядность указанных результатов позволяет, в частности, использовать их в процессе обучения как студентов, так и инженерно-технических работников, занятых проектированием и эксплуатацией электрических сетей зданий. Кроме того, полученные с помощью традиционных схем замещения значения падений напряжения от токов высших гармоник в разных элементах сети можно выразить с помощью общепринятых показателей, которые учитываются на этапе проектирования сети. Получив такие выражения, сможем их применить, в частности, при разработке методов оценки влияния общепринятых проектных параметров сети на несинусоидальность напряжений.
