ЕП з нелінійними вольт-амперними характеристиками споживають із мережі несинусоїдальні струми при підведенні до їхніх затискачів синусоїдальної напруги. Струми вищих гармонік, проходячи елементами мережі, створюють спадання напруги в опорах цих елементів і, накладаючись на основну синусоїду напруги, призводять до перекручувань форми кривої напруги у вузлах електричної мережі. У зв'язку із цим ЕП з нелінійною вольт-амперною характеристикою часто називають джерелами вищих гармонік.
Найбільш серйозні порушення ЯЕЕ в електричній мережі мають місце при роботі потужних керованих вентильних перетворювачів.
Залежно від схеми випрямлення вентильні перетворювачі генерують у мережу наступні гармоніки струму: при 6-фазній схемі - до 19-го порядку; при 12-фазній схемі - до 25-го порядку включно .
Коефіцієнт перекручування синусоїдальності кривої напруги в мережах з електродуговими сталеплавильними й руднотермічними печами визначається в основному 2, 3, 4, 5, 7-ою гармоніками.
Коефіцієнт перекручування синусоїдальності кривої напруги установок дугового й контактного зварювання визначається в основному 5, 7, 11, 13-ою гармоніками.
Струми 3-ї і 5-ї гармонік газорозрядних ламп становлять 10 і 3 % від струму 1-ї гармоніки. Ці струми збігають по фазі у відповідних лінійних проводах мережі й, складаючись у нульовому проведенні мережі 380/220 В, обумовлюють струм у ньому, майже рівний току в фазному дроті. Іншими гармоніками для газорозрядних ламп можна зневажити .
Дослідження кривої струму намагнічування трансформаторів, включених у мережу синусоїдальної напруги, показали, що при тристержневому сердечнику й з'єднаннях обмоток Y/Y і D/Y в електричній мережі є всі непарні гармоніки, в тому числі гармоніки, кратні трьом. Гармоніки, кратні трьом, обумовлені несиметрією струмів, що намагнічують, в фазах.
Струми намагнічування утворять системи струмів прямої і зворотної послідовності, які за абсолютною величиною однакові для гармонік, кратних трьом. Для інших непарних гармонік струми зворотної послідовності становлять близько 0,25 струмів прямої послідовності .
Якщо на введення трансформаторів подається несинусоїдальна напруга виникають додаткові складові вищих гармонік струму. Трансформатори ГПП дають 5-ю гармоніку невеликої величини.
У цілому несинусоїдальні режими мають ті ж недоліки, що й несиметричні.
Вищі гармоніки струму й напруги викликають додаткові втрати активної потужності у всіх елементах системи електропостачання: в лініях електропередачі, трансформаторах, електричних машинах, статичних конденсаторах, тому що опори цих елементів залежать від частоти.
Так, наприклад, ємнісний опір конденсаторів, установлених з метою компенсації реактивної потужності, з підвищенням частоти напруги зменшується. Тому, якщо в напрузі живильної мережі є вищі гармоніки, то опір конденсаторів на цих гармоніках виявляється значно нижче, ніж на частоті 50 Гц. Через це в конденсаторах, призначених для компенсації реактивної потужності, навіть невеликі напруги вищіх гармонік можуть викликати значні струми гармонік. На підприємствах з більшою питомою вагою нелінійних навантажень батареї конденсаторів працюють погано. Вони або відключають захистом від перевантаження струмом або за короткий строк виходять із ладу через спучування банок (або прискореного старіння ізоляції). Відомі випадки, коли на підприємствах з розвиненою кабельною мережею напругою 6 -10 кВ в батареях конденсаторів виявляють режим резонансу струмів (або близьких до цього режиму) на частоті якої - або з гармонік, що призводить до небезпечного перевантаження їх струмом.
Вищі гармоніки викликають:
· паразитні поля й електромагнітні моменти в синхронних і асинхронних двигунах, які погіршують механічні характеристики й ККД машини. В результаті необоротних фізико-хімічних процесів, що протікають під впливом полів вищих гармонік, а також підвищеного нагрівання струмоведучих частин спостерігається:
· прискорене старіння ізоляції електричних машин, трансформаторів, кабелів;
· погіршення коефіцієнта потужності ЕП;
· погіршення або порушення роботи пристроїв автоматики, телемеханіки, комп'ютерної техніки й інших пристроїв з елементами електроніки;
· погрішності вимірів індукційних лічильників електроенергії, які призводять до неповного обліку споживаної електроенергії;
· порушення роботи самих вентильних перетворювачів при високому рівні вищих гармонійних складових.
Наявність вищих гармонік несприятливо позначається на роботі не тільки електроустаткування споживачів, але й електронних пристроях в енергосистемах.
Для деяких установок (система імпульсно-фазового керування вентильними перетворювачами, комплектні пристрої автоматики й ін.) припустимі значення окремих гармонік струму (напруги) вказує виготовлювач у паспорті виробу.
Для контролю якості ЕЕ в складі АСКОЕ й АСДУ застосовують спеціалізовані прилади або лічильники ЕЕ з функціями контролю якості ЕЕ, як правило, В комплексі зі спеціальним програмним забезпеченням.
Для контролю якості за вітчизняними стандартами прилад повинен відповідати вимогам ГОСТ 13109-97. Таким вимогам з вітчизняних засобів вимірювальної техніки відповідає АНТЭС АК-3Ф, з російських - БИМ з відповідним програмним прошиванням (ТОВ НТЦ «ГОСАН») і багато хто інші:
«ИВК» Омськ - призначений для контролю, аналізу, сертифікації
IWK-1000 - нове програмне забезпечення, що дозволяє проводити ретельний аналіз результатів вимірів і одержувати протоколи заданої форми
«Эрис-КЭ» - призначений для контролю, аналізу, сертифікації
«Ресурс-UF» - призначений для контролю й сертифікації
«ППКЭ 1-50» - призначений для контролю
«Парма РК» - призначений для контролю й сертифікації
«Энергомонитор» - призначений для контролю й аналізу ЯЕЕ, перевірки працездатності електролічильників у місцях їхньої установки
Виробу західних фірм (найбільш зроблені моделі лічильників і датчиків) дозволяють контролювати такі показники якості, як небаланс фаз, коефіцієнти гармонік, THD (Total Harmonic Distortion), але не дозволяють визначати відповідність ПЯЕ діючим стандартам.
13. АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМИ РОЗРАХУНКУ З ПОСТАЧАЛЬНИКАМИ Й СПОЖИВАЧАМИ (БІЛІНГОВІ СИСТЕМИ)
13.1. Призначення й завдання
13.2. АСРС(промислові) і АСРС(побутові)
13.3. Структурні схеми
