Электромагнитная совместимость интергармоники Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311

С. С. Сиромаха, П. О. Ивкина

Омский государстенный технический университет, г. Омск

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ИНТЕРГАРМОНИКИ

В последнее десятилетие в электроэнергетике рассматривается новый показатель качества электроэнергии, принятый в 1994 г. европейским стандартом БК 50160, - интергармоники (ИГ). Стандарт МЭК 6100021 дает следующее определение интергармоники: между гармониками основной (силовой) частоты тока могут наблюдаться иные частотные составляющие, которые не кратны основной частоте. В амплитудно-частотном спектре они находятся между каноническими, т.е. высшими гармониками (ВГ), включая основную, а также между постоянной составляющей и основной гармоникой. Канонические гармоники, а также субгармоники могут рассматриваться как частные случаи ИГ. Нормирование ИГ в настоящее время находится в стадии разработки и при определении параметров качества электрической энергии не учитываются. В ряде стандартов нормирование ИГ носит характер рекомендаций.

В России и странах СНГ, нормирование ИГ не производится.

183

При анализе формы синусоиды переменного тока гармоники и интергармоники определяются как компоненты спектра в квазиустойчивом состоянии в неком диапазоне частот. В таблице представлены их математические определения.

Спектральные составляющие волны Таблица 1

Гармоника f = п^г где п является чиспом кратности больше нуля

Компонент постоянного тока f = пГ для п = 0

Интергармоника f * п^г где п является ч и сп ом кратности больше нуля

Субгармоника ^ОГци^^

где А - основная частота по напряжению

Для лучшего понимания необходимо рассмотреть следующие понятия: Интергармоническая частота - любая частота, не кратная основной частоте. По аналогии с порядком кратности гармоник порядок интергармонической частоты основан на отношении к основной частоте. Если это отношение меньше единицы, то такую гармоническую частоту называют субгармонической. В соответствии с рекомендацией МЭК порядок интергармонических частот обозначается буквой «т» (МЭК 61000-2-2).

Изменилась концепция измерения гармоник, теперь этому вопросу посвящен отдельный ГОСТ Р 51317.4.7. Стандарт меняет алгоритм вычисления гармоник и вводит понятие интергармоник и высокочастотных спектральных составляющих. Стандарт вводит следующие параметры КЭ, связанные с оценкой интергармоник:

-интергармоническая подгруппа - сумма спектральных составляющих между двумя соседними гармоническими составляющими, не включая спектральные составляющие непосредственно прилегающих к самим гармоническим составляющим,

-интергармоническая группа - сумма всех спектральных составляющих между двумя соседними гармоническими составляющими

Два механизма приводят к появлению интергармоник. Первый заключается в возникновении составляющих в частоте питающего напряжения и его гармониках в результате изменения их амплитуд и/или углов фаз. Это вызывается быстрым изменением значений тока в электроустановках и оборудовании, которые могут быть причиной перепада напряжения. Возмущения вызываются нагрузками в переходных режимах постоянно или временно или во множественных случаях при возникновении модуляции токов и напряжений. Эти возмуще-

ния носят случайный характер и зависят от оборудования и действующих циклов.

Вторым механизмом является асинхронное переключение (т. е. несинхронизированное с частотой питания) полупроводниковых устройств статических преобразователей. Типичным примером являются преобразователи частоты и устройства с широтноимпульсной модуляцией. Производимые ими интергармоники можно обнаружить практически в любой части спектра питания. В некоторых процессах имеют место оба механизма появления интергармоник.

Основные источники возмущений включают: дуговые нагрузки, электроприводы с переменной нагрузкой, статические преобразователи, в частности преобразователи частот с прямым и косвенным управлением, устройства управления фазами.

В дуговых печах переходные циклы - ист. интергармоник - практически возникают в начале режима плавления (рис.1).

184

Рис.1. Мерцание в типичном процессе работы дуговой печи, измеренное на вторичном контуре трансформатора

Электродвигатели могут быть источником интергармоник из-за щелей между металлом в роторе и статоре, особенно при насыщении магнитного контура (так называемые щелевые гармоники). Естественные элементы асимметрии конструкции электропривода (отклонения от детальных чертежных геометрических размеров, несоосность, например) могут также являться причиной возникновения интергармоник (рис. 2)

Рис.2. Результаты спектроизмерения фаз тока и напряжения электродвигателя на его разъемах; а), с) - полный спектр; Ь), ё) - спектр с исключенной основной частотой

185

Проблема ИГ является составной частью проблемы ВГ, поэтому вопросы их нормирования и минимизации должны решаться совместно. В стандарте на КЭ ГОСТ 13109-97 (далее ГОСТ) нормирование ИГ не производится. Однако для случая дискретного спектра ИГ представляется возможным использовать те же показатели качества электроэнергии, характеризующие несинусоидальность напряжения, и ту же методику их расчета, что и для ВГ.

При наличии в кривой напряжения, обладающей дискретным спектром, ИГ предлагается вычислять показатель искажения синусоидальности кривой напряжения по формуле

И 2

и=1 и(ии )

Шт = 1

](1)

• 100 (1)

где к - номер гармонической составляющей кривой напряжения; - относительная частота

к-й гармонической составляющей; и(шк) - действующее значение междуфазного (фазного)

напряжения -й гармоники; N - номер последней учитываемой гармоники.

Номер последней учитываемой гармоники N в выражении (1) зависит от источника ИГ и определяется диапазоном частот, где гармоники имеют наиболее значимые амплитуды. Вводя аналогию с ГОСТ, число N должно соответствовать количеству гармонических составляющих, за исключением основной гармоники, расположенных на таком диапазоне частот, начиная от значения частоты, равной нулю, где амплитуды ИГ и ВГ напряжения превышают 0,1 % от номинального. Нормирование коэффициента Шн, определяемого выражением (1), должно производиться до значений, приведенных в ГОСТ. "Это связано с тем, что коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения дает общую оценку степени искажения кривой напряжения, независимо от причины его появления.

Библиографический список

1. IEC 61QQQ-2-2 : Electromagnetic Compatibility (EMC); Part 2-2: Environment - Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signaling in public low-voltage power supply systems. - 2QQQ. - 29 c.

2. IHQ1Q1 IEEE : Interharmonics Task Force Working Document. - 2QQ1. - 12 c.3. Interharmonics in power systems / IEEE Interharmonic Task Force, Cigre 36.Q5/CIRED 2 CCQ2 Voltage Quality Working Group. - 1997. - P. 1-9.

3. Жежеленко, И. В. Энергетика. Причины появления интергармоник, генерируемых непосредственными преобразователями частоты, и подход к их нормированию / И. В. Жеже-ленко, Ю. Л. Саенко, Т. К. Бараненко // Вісник приазовського державного технічного університету. - 2QQ4. - Вип. № 14.

4. Збигнев, Ханзелка (Zbigniew Hanzelka), Анжей Бьень (Andrzej Bien) Интергармоники (Interharmonics) / Збигнев Х. ; пер. Е. В. Мельниковой // Энергосбережение. - Краков, Польша. - 2QQ5. - № б. - С. BQ-B4.

5. ГОСТ 131Q9-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

6. ГОСТ Р 51317.4.3Q. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии

7. ГОСТ Р 51317.4.7. Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств