Расчет резонансов в электросетях

Для расчета резонансов гармоник в электросетях обратимся к теории и эффектам вызываемым гармониками.

Неприятности создаваемые гармониками:

• дополнительная вибрация в двигателях работающих на переменном токе, снижающая ресурс их эксплуатации;
• повышенные потери на перегрев двигателя и возможное повреждение изоляционных материалов;
• повышенные потери в обмотках и магнитопроводе трансформатора, приводящие к выходу последнего из строя;
• появление постоянной составляющей тока или напряжения может вызвать насыщение обмоток и увеличение тока намагничивания;
• перегрев конденсаторов и увеличение напряжения на них, что снижает срок службы.

Необходим полный и всесторонний анализ электросети предприятия на предмет гармоник, перед внедрением установок компенсации реактивной мощности. Это необходимо по той причине, что даже если применить конденсаторы на повышенное напряжение и более стойкие к токам перегрузки, мы можем спровоцировать резонанс в сети.

Резонанс происходит, когда индуктивное сопротивление силового трансформатора равно емкостному сопротивлению.

Резонансы подразделяются на два основных типа: последовательный и параллельный. Электрическая эквивалентная схема представлена на рисунке.

Гармоника, на которой может произойти резонанс в сети, определяется формулой:

, где:

N – номер гармоники на которой вероятно возникновение резонансных явлений

Pк.з. – мощность короткого замыкания в сети (МВА)

Q – мощность конденсаторной установки (кВАр)

S – номинальная мощность силового трансформатора

Uк.з. – напряжение короткого замыкания (%), указано на шильдике трансформатора, либо заявляется производителем

N – номер гармоники на которой вероятно возникновение резонансных явлений.

При параллельном резонансе в сети напряжение и ток в цепи "силовой трансформатор – конденсаторная установка" резко возрастает при воздействии резонансной гармоники.

Пример:

Р = 630 кВА мощность силового трансформатора ТМ-630/6/0,4 Uк.з. = 6 % – напряжение короткого замыкания трансформатора Q = 300 кВАр – мощность конденсаторной установки КРМ(УКМ58) -0,4-300

Таким образом, мы видим, что система силовой трансформатор – конденсаторная установка имеет частоту параллельного резонанса 300 Гц = 50 Гц * 6. Поэтому оптимальным решением для этого случая будет использование расстроенных дросселей включаемых последовательно с конденсаторами и сдвигающими частоту резонанса системы ниже самой низкой из частот присутствующих в сети гармоник.

Резонансная частота без расстроенного дросселя определяется как:

Резонансная частота с расстроенным дросселем определяется как:

Обычно резонансная частота между конденсатором и последовательно включенным расстроенным дросселем ниже 250 Гц и находится в интервале 135 – 210 Гц. Установка расстроенного дросселя последовательно с конденсаторной установкой определяет частоту последовательного резонанса.

Если в сети присутствует гармоника тока с частотой равной частоте последовательного резонанса, то она полностью поглощается системой конденсатор – расстроенный дроссель. На этом принципе основана реализация настроенных фильтров. Такое применение необходимо, когда мы хотим снизить общее гармоническое искажение тока THD в системе, которое определяется по формуле:

, где:

I1 – ток основной частоты 50 Гц

I3,5...– токи гармонических частот.