השפעה של הרמוניות גבוהות יותר של מתח וזרם על פעולת ציוד חשמלי

הרמוניות המתח והזרם הגבוהות יותר משפיעות על האלמנטים של מערכות החשמל וקווי התקשורת.

צורות ההשפעה העיקריות של הרמוניות גבוהות יותר על מערכות כוח הן:

• עלייה בזרמים ובמתחים של הרמוניות גבוהות יותר עקב תהודה מקבילה וסדרתית;

• הפחתת יעילות הייצור, ההולכה, השימוש בתהליכי החשמל;

• הזדקנות של בידוד ציוד חשמלי וכתוצאה מכך הפחתה בחיי השירות שלו;

• פעולה כוזבת של הציוד.

השפעת רזוננסים על מערכות

רזוננסים במערכות חשמל נחשבים בדרך כלל במונחים של קבלים, במיוחד קבלי כוח. כאשר ההרמוניות של הזרם חורגות מהרמות המקסימליות המותרות עבור קבלים, האחרונים אינם מדרדרים את הביצועים שלהם, אך נכשלים לאחר זמן מה.

תחום נוסף בו תהודות עלולות לגרום לנזק לציוד הוא במערכות בקרת עומס צלילים. כדי למנוע את קליטת האות על ידי קבלי הכוח, המעגלים שלהם מופרדים על ידי מסנן סדרתי מכוון (מסנן-«מחור»). במקרה של תהודה מקומית, ההרמוניות של הזרם במעגל קבלי הכוח גדלות בחדות, מה שמוביל לנזק לקבל המכוון של המסנן הסדרתי.

באחד המתקנים, מסננים המכוונים לתדר של 530 הרץ עם זרם מעבר של 100 A חסמו כל מעגל של קבל הספק בעל 15 קטעים של 65 kár. קבלים מסננים אלה נכשלו לאחר יומיים. הסיבה הייתה נוכחות הרמונית בתדר של 350 הרץ, שבסביבתו המיידית נקבעו תנאי תהודה בין המסנן המכוון לבין קבלי ההספק.

השפעת הרמוניות על מכונות מסתובבות

הרמוניות מתח וזרם מובילות להפסדים נוספים בפיתולי הסטטור, במעגלי הרוטור ובפלדת הסטטור והרוטור. ההפסדים במוליכי הסטטור והרוטור עקב זרמי מערבולת והשפעת פני השטח גדולים מאלה שנקבעו על ידי ההתנגדות האוהמית.

זרמי הדליפה הנגרמים על ידי הרמוניות באזורי הקצה של הסטטור והרוטור מובילים להפסדים נוספים.

במנוע אינדוקציה רוטור מחודד עם שטף מגנטי פועם בסטטור וברוטור, ההרמוניות הגבוהות יותר גורמות להפסדים נוספים בפלדה. גודל ההפסדים הללו תלוי בזווית הנטייה של החריצים ובמאפייני המעגל המגנטי.

ההתפלגות הממוצעת של הפסדים מהרמוניות גבוהות יותר מאופיינת בנתונים הבאים; סלילה סטטור 14%; שרשראות רוטור 41%; אזורי סוף 19%; גל א-סימטרי 26%.

למעט הפסדי גל אסימטריים, התפלגותם במכונות סינכרוניות זהה בערך.

יש לציין כי הרמוניות אי-זוגיות סמוכות בסטטור של מכונה סינכרונית גורמות להרמוניות של אותו תדר ברוטור. לדוגמה, הרמוניות 5 ו-7 בסטטור גורמות להרמוניות זרם מסדר 6 ברוטור, מסתובבות בכיוונים שונים. עבור מערכות ליניאריות, צפיפות ההפסד הממוצעת על פני הרוטור היא פרופורציונלית לערך, אך בשל כיוון הסיבוב השונה, צפיפות ההפסד בנקודות מסוימות היא פרופורציונלית לערך (I5 + I7) 2.

הפסדים נוספים הם אחת התופעות השליליות ביותר הנגרמות על ידי הרמוניות במכונות מסתובבות. הם מובילים לעלייה בטמפרטורה הכוללת של המכונה ולהתחממות יתר מקומית, ככל הנראה ברוטור. מנועי כלוב סנאי מאפשרים הפסדים וטמפרטורות גבוהים יותר מאשר מנועי רוטור פצועים. כמה קווים מנחים מגבילים את רמת הזרם המותרת ברצף השלילי בגנרטור ל-10% ואת רמת מתח הרצף השלילי במבואות מנוע האינדוקציה ל-2%. הסובלנות של הרמוניות במקרה זה נקבעת על ידי אילו רמות של מתחים וזרמים שליליים הם יוצרים.

המומנטים הנוצרים על ידי הרמוניות. ההרמוניות של הזרם בסטטור מולידה את המומנטים המתאימים: הרמוניות היוצרות רצף חיובי בכיוון סיבוב הרוטור, ויוצרות רצף הפוך בכיוון ההפוך.

זרמים הרמוניים בסטטור של המכונה גורמים לכוח מניע, המוביל להופעת מומנטים על הציר בכיוון הסיבוב של השדה המגנטי ההרמוני. הם בדרך כלל קטנים מאוד וגם מאופזים חלקית בגלל הכיוון ההפוך. עם זאת, הם יכולים לגרום לציר המנוע לרטוט.

השפעת הרמוניות על ציוד סטטי, קווי מתח. הרמוניות זרם בקווים מובילות לאובדן נוסף של חשמל ומתח.

בקווי כבלים, הרמוניות מתח מגדילות את ההשפעה על הדיאלקטרי ביחס לעלייה בערך המרבי של המשרעת. זה בתורו מגדיל את מספר התקלות בכבלים ואת עלויות התיקון.

בקווי EHV, הרמוניות מתח יכולות לגרום לעלייה בהפסדי קורונה מאותה סיבה.

השפעת הרמוניות גבוהות יותר על שנאים

הרמוניות מתח גורמות לעלייה בהפסדי היסטרזיס והפסדי זרם מערבולת בפלדה בשנאים, כמו גם הפסדי פיתול. גם חיי השירות של הבידוד מצטמצמים.

העלייה בהפסדי הפיתול היא החשובה ביותר בשנאי מטה מכיוון שנוכחות של מסנן, המחובר בדרך כלל לצד AC, אינה מפחיתה את ההרמוניות של הזרם בשנאי. לכן, יש צורך להתקין שנאי כוח גדול. התחממות יתר מקומית של מיכל השנאי נצפה גם.

היבט שלילי של ההשפעה של הרמוניות על שנאים בהספק גבוה הוא זרימת זרם רצף אפס משולש בפיתולים המחוברים לדלתא. זה יכול להציף אותם.

השפעת הרמוניות גבוהות יותר על גדות קבלים

ההפסדים הנוספים בקבלים החשמליים מובילים להתחממות יתר שלהם. באופן כללי, קבלים מתוכננים לעמוד בעומס יתר זרם מסוים. קבלים המיוצרים בבריטניה מאפשרים עומס יתר של 15%, באירופה ובאוסטרליה - 30%, בארה"ב - 80%, ב-CIS - 30%. כאשר חריגה מערכים אלה, נצפים בתנאים של מתח מוגבר של הרמוניות גבוהות יותר בכניסות הקבלים, האחרונים מתחממים יתר על המידה ונכשלים.

השפעה של הרמוניות גבוהות יותר על התקני הגנת מערכת החשמל

הרמוניות עלולות להפריע לפעולתם של התקני הגנה או לפגוע בפעולתם. אופי ההפרה תלוי בעיקרון הפעולה של המכשיר. ממסרים ואלגוריתמים דיגיטליים המבוססים על ניתוח נתונים דיסקרטי או ניתוח מעבר אפס רגישים במיוחד להרמוניות.

לרוב, שינויים במאפיינים הם מינוריים. רוב סוגי הממסרים יפעלו כרגיל עד לרמת עיוות של 20%. עם זאת, הגדלת חלקם של ממירי החשמל ברשתות עשויה לשנות את המצב בעתיד.

הבעיות הנובעות מהרמוניות שונות עבור מצבים רגילים ומצבי חירום והן נדונות בנפרד להלן.

השפעת הרמוניות במצבי חירום

התקני הגנה בדרך כלל מגיבים למתח או לזרם התדר הבסיסי וכל הרמוניה חולפת מסוננת או אינה משפיעה על המכשיר. האחרון מאפיין ממסרים אלקטרומכניים, בשימוש במיוחד בהגנה מפני זרם יתר. לממסרים אלה יש אינרציה גבוהה, מה שהופך אותם כמעט חסרי רגישות להרמוניות גבוהות יותר.

משמעותית יותר היא ההשפעה של הרמוניות על ביצועי ההגנה המבוססים על מדידת התנגדות. הגנת מרחק, שבה ההתנגדות נמדדת בתדר הבסיסי, יכולה לתת שגיאות משמעותיות בנוכחות הרמוניות גבוהות יותר בזרם הקצר (במיוחד מהסדר השלישי). תוכן הרמוני גבוה נצפה בדרך כלל כאשר זרם קצר חשמלי זורם דרך האדמה (התנגדות הקרקע שולטת בהתנגדות הלולאה הכוללת). אם ההרמוניות אינן מסוננות, ההסתברות לפעולת שווא גבוהה מאוד.

במקרה של קצר חשמלי מתכתי, הזרם נשלט על ידי התדר הבסיסי. עם זאת, עקב הרוויה של השנאי, מתרחש עיוות עקומה משנית, במיוחד במקרה של רכיב DC גדול בזרם הראשוני. במקרה זה, ישנן גם בעיות בהבטחת הפעולה התקינה של המיגון.

בתנאי הפעלה במצב יציב, האי-ליניאריות הקשורה לעירור יתר של השנאים גורמת רק להרמוניות מסדר מוזר. כל מיני הרמוניות יכולות להתרחש במצבי חולף, כאשר האמפליטודות הגדולות ביותר הן בדרך כלל השנייה והשלישית.

עם זאת, עם עיצוב נכון, רוב הבעיות המפורטות נפתרות בקלות. בחירת הציוד הנכון מבטלת רבים מהקשיים הקשורים למדידת שנאים.

סינון הרמוני, במיוחד בהגנות דיגיטליות, חשוב ביותר להגנת מרחק. העבודה שבוצעה בתחום שיטות הסינון הדיגיטליות הראתה שלמרות שהאלגוריתמים לסינון כזה הם לרוב מורכבים למדי, השגת התוצאה הרצויה אינה מציבה קשיים מיוחדים.

השפעת הרמוניות על מערכות הגנה במהלך מצבי פעולה רגילים של רשתות חשמל. הרגישות הנמוכה של התקני המגן לפרמטרי המצב בתנאים רגילים מובילה להיעדר מעשי של בעיות הקשורות להרמוניות במצבים אלה. יוצאת דופן היא הבעיה הקשורה בהכללה של שנאים רבי עוצמה ברשת, המלווה בנחשול בזרם הממגנט.

משרעת השיא תלויה בהשראות השנאי, בהתנגדות הפיתול וברגע שבו מופעלת ההדלקה. השטף השיורי ברגע לפני ההדלקה מגדיל או מקטין מעט את המשרעת, בהתאם לקוטביות השטף ביחס לערך ההתחלתי של המתח המיידי. מכיוון שאין זרם בצד המשני במהלך המגנטיזציה, זרם ראשוני גדול יכול לגרום להגנה על הדיפרנציאל להיכשל.

הדרך הקלה ביותר למנוע אזעקות שווא היא להשתמש בהשהיית זמן, אך הדבר עלול לגרום לנזק חמור לשנאי אם מתרחשת תאונה בזמן שהוא פועל. בפועל, ההרמוניה השנייה הקיימת בזרם הכניסה, שאינה אופיינית לרשתות, משמשת לחסימת ההגנה, אם כי ההגנה נשארת די רגישה לתקלות פנימיות של השנאי במהלך ההפעלה.

השפעת הרמוניות על ציוד צרכני

ההשפעה של הרמוניות גבוהות יותר על טלוויזיות

הרמוניות שמגבירות את שיא המתח עלולות לגרום לעיוות תמונה ולשינוי בהירות.

מנורות פלורסנט וכספית. הנטלים של מנורות אלה מכילים לפעמים קבלים ובתנאים מסוימים עלולה להתרחש תהודה, וכתוצאה מכך כשל במנורה.

השפעה של הרמוניות גבוהות יותר על מחשבים

ישנן מגבלות לרמות העיוות המותרות ברשתות המניעות מחשבים ומערכות עיבוד נתונים. במקרים מסוימים, הם מבוטאים כאחוז מהמתח הנומינלי (עבור מחשב IVM - 5%) או בצורה של היחס בין מתח השיא לערך הממוצע (CDC קובע את הגבולות המותרים שלו ב-1.41 ± 0.1).

ההשפעה של הרמוניות גבוהות יותר על ציוד המרה

חריצים במתח הסינוסואידאלי המתרחשים במהלך החלפת שסתומים יכולים להשפיע על התזמון של ציוד או מכשירים דומים אחרים הנשלטים במהלך עקומת המתח האפס.

ההשפעה של הרמוניות גבוהות יותר על ציוד מהירות הנשלט על ידי תיריסטור

בתיאוריה, הרמוניות יכולות להשפיע על ציוד כזה בכמה דרכים:

• החריצים של גל הסינוס גורמים לתקלה עקב הפעלה לא נכונה של התיריסטורים;

• הרמוניות מתח עלולות לגרום לתקלות;

• התהודה הנובעת בנוכחות סוגים שונים של ציוד יכולה להוביל לנחשולים ורעידות של מכונות.

ההשפעות המתוארות לעיל עשויות להיות מורגשות על ידי משתמשים אחרים המחוברים לאותה רשת. אם למשתמש אין קשיים עם ציוד הנשלט על ידי תיריסטור ברשתות שלו, לא סביר שזה ישפיע על משתמשים אחרים. צרכנים המופעלים על ידי אוטובוסים שונים יכולים באופן תיאורטי להשפיע זה על זה, אך המרחק החשמלי מפחית את הסבירות לאינטראקציה כזו.

השפעת הרמוניות על מדידות הספק ואנרגיה

מכשירי מדידה מכוילים בדרך כלל למתחים סינוסואידים טהורים ומגבירים את אי הוודאות בנוכחות הרמוניות גבוהות יותר. הגודל והכיוון של ההרמוניות הם גורמים חשובים מכיוון שסימן השגיאה נקבע לפי כיוון ההרמוניות.

שגיאות מדידה הנגרמות על ידי הרמוניות תלויות מאוד בסוג מכשירי המדידה. מדי אינדוקציה קונבנציונליים מעריכים בדרך כלל את הקריאות באחוזים בודדים (6% כל אחד) אם למשתמש יש מקור לעיוות. משתמשים כאלה נענשים אוטומטית על הכנסת עיוותים לרשת, ולכן זה האינטרס שלהם להקים אמצעים מתאימים לדיכוי העיוותים הללו.

אין נתונים כמותיים על השפעת הרמוניות על הדיוק של מדידת עומס שיא. ההנחה היא שהשפעת הרמוניות על הדיוק של מדידת עומס השיא זהה לרמת הדיוק של מדידת האנרגיה.

מדידה מדויקת של אנרגיה, ללא קשר לצורת עקומות הזרם והמתח, מסופקת על ידי מונים אלקטרוניים, שעלותם גבוהה יותר.

הרמוניות משפיעות הן על הדיוק של מדידת ההספק התגובתי, המוגדרת בבירור רק במקרה של זרמים ומתחים סינוסואידים, והן על הדיוק של מדידת גורם ההספק.

השפעת הרמוניות על דיוק הבדיקה והכיול של מכשירים במעבדות מוזכרת לעתים רחוקות, אם כי גם היבט זה של העניין חשוב.

השפעת הרמוניות על מעגלי תקשורת

הרמוניות במעגלי חשמל גורמות לרעש במעגלי תקשורת.רמה נמוכה של רעש מובילה לאי נוחות מסוימת, כאשר היא מתגברת, חלק מהמידע המועבר אובד, במקרים קיצוניים, התקשורת הופכת לבלתי אפשרית לחלוטין. בהקשר זה, עם כל שינוי טכנולוגי במערכות אספקת החשמל והתקשורת, יש צורך לקחת בחשבון את השפעת קווי החשמל על קווי הטלפון.

ההשפעה של הרמוניות על רעש קו הטלפון תלויה בסדר ההרמוניות. בממוצע, לטלפון - לאוזן האנושית יש פונקציית רגישות בעלת ערך מרבי בתדר בסדר גודל של 1 קילו-הרץ. כדי להעריך את ההשפעה של הרמוניות שונות על הרעש ג. הטלפון משתמש במקדמים, שהם סכום ההרמוניות שנלקחו עם משקלים מסוימים.שני מקדמים הנפוצים ביותר: שקלול פסופומטרי ושידור C. הגורם הראשון פותח על ידי הוועדה המייעצת הבינלאומית למערכות טלפון וטלגרף (CCITT) והוא נמצא בשימוש באירופה, השני - על ידי חברת Bella Telephone Company והמכון האלקטרוטכני של אדיסון - נמצא בשימוש בארצות הברית ובקנדה.

זרמים הרמוניים בשלושת השלבים אינם מפצים זה את זה במלואם עקב אי-השוויון של משרעות וזוויות פאזה ומשפיעים על התקשורת עם זרם האפס המתקבל (בדומה לזרמי שבר אדמה וזרמי אדמה ממערכות מתיחה).

ההשפעה יכולה להיגרם גם על ידי זרמים הרמוניים בשלבים עצמם בשל הבדל המרחקים ממוליכי הפאזה לקווי תקשורת סמוכים.

ניתן למתן השפעות מסוג זה על ידי בחירה נכונה של עקבות קו, אך במקרה של חציית קווים בלתי נמנעת מתרחשות השפעות כאלה.זה בא לידי ביטוי חזק במיוחד במקרה של סידור אנכי של חוטי קו החשמל וכאשר חוטי קו התקשורת מועברים בסביבת קו החשמל.

במרחקים גדולים (יותר מ-100 מ') בין הקווים, הגורם המשפיע העיקרי מתברר כזרם ברצף אפס. כאשר המתח הנומינלי של קו החשמל יורד, ההשפעה פוחתת, אך מסתבר שהיא מורגשת עקב שימוש בתומכים או תעלות נפוצות להנחת קווי מתח וקווי תקשורת במתח נמוך.