Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao của điện áp và dòng điện đến hoạt động của thiết bị điện

Sóng hài dòng điện và điện áp cao hơn ảnh hưởng đến các thành phần của hệ thống điện và đường dây thông tin liên lạc.

Các dạng ảnh hưởng chính của sóng hài bậc cao lên hệ thống điện là:

• tăng dòng điện và điện áp của sóng hài cao hơn do cộng hưởng song song và nối tiếp;

• giảm hiệu suất của các quá trình sản xuất, truyền tải, sử dụng điện năng;

• lão hóa cách điện của thiết bị điện và dẫn đến giảm tuổi thọ của thiết bị;

• hoạt động sai của thiết bị.

Ảnh hưởng của cộng hưởng đến các hệ thống

Cộng hưởng trong hệ thống điện thường được xem xét dưới dạng tụ điện, đặc biệt là tụ điện. Khi sóng hài của dòng điện vượt quá mức tối đa cho phép đối với tụ điện, tụ điện không làm giảm hiệu suất của chúng, nhưng sẽ hỏng sau một thời gian.

Một khu vực khác mà cộng hưởng có thể gây hư hỏng thiết bị là trong các hệ thống kiểm soát tải âm lượng. Để ngăn tín hiệu bị hấp thụ bởi các tụ điện, các mạch của chúng được phân tách bằng bộ lọc sê-ri được điều chỉnh (bộ lọc-«notch»). Trong trường hợp cộng hưởng cục bộ, sóng hài của dòng điện trong mạch tụ điện tăng mạnh, dẫn đến hỏng tụ điều chỉnh của bộ lọc nối tiếp.

Trong một trong các cài đặt, các bộ lọc được điều chỉnh ở tần số 530 Hz với dòng điện 100 A đã chặn từng mạch của một tụ điện có 15 phần 65 kvar. tụ điện các bộ lọc này không thành công sau hai ngày. Lý do là sự hiện diện của sóng hài có tần số 350 Hz, ở ngay gần đó điều kiện cộng hưởng được thiết lập giữa bộ lọc điều chỉnh và tụ điện.

Tác dụng của sóng hài đối với máy điện quay

Sóng hài điện áp và dòng điện dẫn đến tổn thất bổ sung trong cuộn dây stato, trong mạch rôto và trong thép stato và rôto. Tổn thất trong dây dẫn stato và rôto do dòng điện xoáy và hiệu ứng bề mặt lớn hơn tổn thất được xác định bởi điện trở ôm.

Dòng rò gây ra bởi sóng hài ở vùng cuối của stato và rôto dẫn đến tổn thất bổ sung.

Trong một động cơ cảm ứng rôto hình côn với từ thông dao động trong stato và rôto, sóng hài cao hơn gây ra tổn thất bổ sung trong thép. Độ lớn của những tổn thất này phụ thuộc vào góc nghiêng của các khe và đặc điểm của mạch từ.

Phân phối tổn thất trung bình từ sóng hài cao hơn được đặc trưng bởi các dữ liệu sau; dây quấn stato 14%; xích rôto 41%; vùng cuối 19%; sóng không đối xứng 26%.

Ngoại trừ tổn thất sóng không đối xứng, sự phân bố của chúng trong các máy đồng bộ là xấp xỉ nhau.

Cần lưu ý rằng các sóng hài lẻ liền kề trong stato của máy điện đồng bộ gây ra các sóng hài có cùng tần số trong rôto. Ví dụ, sóng hài bậc 5 và bậc 7 trong stato gây ra sóng hài bậc 6 trong rôto, quay theo các hướng khác nhau. Đối với hệ thống tuyến tính, mật độ tổn thất trung bình trên bề mặt rôto tỷ lệ với giá trị, nhưng do chiều quay khác nhau nên mật độ tổn thất tại một số điểm tỷ lệ với giá trị (I5 + I7)2.

Tổn thất bổ sung là một trong những hiện tượng tiêu cực nhất do sóng hài gây ra trong máy quay. Chúng dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ chung của máy và gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ, rất có thể là ở rôto. Động cơ lồng sóc cho phép tổn thất và nhiệt độ cao hơn so với động cơ rôto dây quấn. Một số hướng dẫn giới hạn mức dòng điện thứ tự âm cho phép trong máy phát là 10% và mức điện áp thứ tự âm ở đầu vào động cơ cảm ứng là 2%. Khả năng chịu đựng của sóng hài trong trường hợp này được xác định bởi mức điện áp và dòng điện thứ tự âm mà chúng tạo ra.

Các mô-men xoắn được tạo ra bởi sóng hài. Các sóng hài của dòng điện trong stato làm phát sinh các mô men xoắn tương ứng: các sóng hài tạo thành chuỗi thuận theo chiều quay của rôto và tạo thành chuỗi ngược theo hướng ngược lại.

Dòng điện hài trong stato của máy gây ra lực dẫn động, dẫn đến xuất hiện các mô men xoắn trên trục theo hướng quay của từ trường điều hòa. Chúng thường rất nhỏ và cũng bị lệch một phần do ngược hướng. Tuy nhiên, chúng có thể khiến trục động cơ bị rung.

Ảnh hưởng của sóng hài đến tĩnh thiết bị, đường dây điện. Sóng hài hiện tại trong đường dây dẫn đến tổn thất điện năng và điện áp bổ sung.

Trong đường dây cáp, sóng hài điện áp làm tăng hiệu ứng lên chất điện môi tỷ lệ thuận với mức tăng giá trị cực đại của biên độ. Điều này lần lượt làm tăng số lần hỏng cáp và chi phí sửa chữa.

Trong các đường dây EHV, sóng hài điện áp có thể làm tăng tổn thất corona vì lý do tương tự.

Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao đối với máy biến áp

Sóng hài điện áp làm tăng tổn thất trễ và tổn thất dòng điện xoáy trong thép của máy biến áp, cũng như tổn thất cuộn dây. Tuổi thọ của vật liệu cách nhiệt cũng giảm.

Sự gia tăng tổn thất cuộn dây là quan trọng nhất trong máy biến áp hạ áp vì sự hiện diện của bộ lọc, thường được kết nối với phía AC, không làm giảm sóng hài dòng điện trong máy biến áp. Do đó, việc lắp đặt máy biến áp công suất lớn là rất cần thiết. Quá nóng cục bộ của bể biến áp cũng được quan sát thấy.

Một khía cạnh tiêu cực của ảnh hưởng của sóng hài đối với máy biến áp công suất lớn là sự lưu thông của dòng điện thứ tự ba không trong cuộn dây nối tam giác. Điều này có thể áp đảo họ.

Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao đối với dàn tụ điện

Các tổn thất bổ sung trong các tụ điện dẫn đến làm chúng quá nóng. Nói chung, các tụ điện được thiết kế để chịu được quá tải dòng điện nhất định. Các tụ điện được sản xuất tại Vương quốc Anh cho phép quá tải 15%, ở Châu Âu và Úc - 30%, ở Hoa Kỳ - 80%, ở CIS - 30%. Khi các giá trị này bị vượt quá, quan sát thấy trong điều kiện tăng điện áp của sóng hài cao hơn ở đầu vào của tụ điện, tụ điện sau quá nóng và hỏng.

Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao đến thiết bị bảo vệ hệ thống điện

Sóng hài có thể cản trở hoạt động của các thiết bị bảo vệ hoặc làm suy yếu hoạt động của chúng. Bản chất của vi phạm phụ thuộc vào nguyên tắc hoạt động của thiết bị. Rơle kỹ thuật số và thuật toán dựa trên phân tích dữ liệu rời rạc hoặc phân tích điểm không đặc biệt nhạy cảm với sóng hài.

Thông thường, những thay đổi về đặc điểm là nhỏ. Hầu hết các loại rơle sẽ hoạt động bình thường với mức méo là 20%. Tuy nhiên, việc tăng tỷ lệ bộ chuyển đổi năng lượng trong mạng có thể thay đổi tình hình trong tương lai.

Các vấn đề phát sinh từ sóng hài là khác nhau đối với chế độ bình thường và chế độ khẩn cấp và sẽ được thảo luận riêng bên dưới.

Tác động của sóng hài trong các chế độ khẩn cấp

Các thiết bị bảo vệ thường đáp ứng với điện áp hoặc dòng điện tần số cơ bản và mọi sóng hài nhất thời đều được lọc ra hoặc không ảnh hưởng đến thiết bị. Loại thứ hai là đặc trưng của rơle điện cơ, đặc biệt được sử dụng trong bảo vệ quá dòng. Các rơle này có quán tính cao, khiến chúng thực tế không nhạy cảm với các sóng hài cao hơn.

Đáng kể hơn là ảnh hưởng của sóng hài đến hiệu suất bảo vệ dựa trên phép đo điện trở. Bảo vệ khoảng cách, trong đó điện trở được đo ở tần số cơ bản, có thể gây ra sai số đáng kể khi có sóng hài cao hơn trong dòng điện ngắn mạch (đặc biệt là bậc 3). Hàm lượng sóng hài cao thường được quan sát thấy khi dòng điện ngắn mạch chạy qua đất (điện trở đất chiếm ưu thế trên tổng điện trở mạch vòng). Nếu không lọc được sóng hài thì khả năng hoạt động sai là rất cao.

Trong trường hợp ngắn mạch kim loại, dòng điện bị chi phối bởi tần số cơ bản. Tuy nhiên, do quá trình bão hòa của máy biến áp, hiện tượng méo đường cong thứ cấp xảy ra, đặc biệt trong trường hợp dòng điện sơ cấp có thành phần một chiều lớn. Trong trường hợp này, cũng có vấn đề với việc đảm bảo hoạt động bình thường của bảo vệ.

Trong điều kiện vận hành ở trạng thái ổn định, hiện tượng phi tuyến liên quan đến kích thích quá mức của máy biến áp chỉ gây ra sóng hài bậc lẻ. Tất cả các loại sóng hài có thể xảy ra ở chế độ nhất thời, với biên độ lớn nhất thường là bậc 2 và bậc 3.

Tuy nhiên, với thiết kế phù hợp, hầu hết các vấn đề được liệt kê đều có thể dễ dàng giải quyết. Chọn thiết bị phù hợp giúp loại bỏ nhiều khó khăn liên quan đến máy biến áp đo lường.

Lọc sóng hài, đặc biệt là trong bảo vệ kỹ thuật số, là quan trọng nhất để bảo vệ khoảng cách. Công việc được thực hiện trong lĩnh vực phương pháp lọc kỹ thuật số đã chỉ ra rằng mặc dù các thuật toán để lọc như vậy thường khá phức tạp, nhưng việc thu được kết quả mong muốn không gặp khó khăn đặc biệt.

Ảnh hưởng của sóng hài đến hệ thống bảo vệ trong chế độ vận hành bình thường của mạng điện. Độ nhạy thấp của các thiết bị bảo vệ đối với các tham số chế độ trong điều kiện bình thường dẫn đến thực tế không có vấn đề liên quan đến sóng hài trong các chế độ này. Một ngoại lệ là vấn đề liên quan đến việc đưa các máy biến áp mạnh vào mạng, kèm theo sự gia tăng dòng điện từ hóa.

Biên độ của cực đại phụ thuộc vào độ tự cảm của máy biến áp, điện trở của cuộn dây và thời điểm bật công tắc. Từ thông dư tại thời điểm trước khi bật tăng nhẹ hoặc giảm biên độ, tùy thuộc vào cực tính của từ thông so với giá trị ban đầu của điện áp tức thời. Vì không có dòng điện ở phía thứ cấp trong quá trình từ hóa nên dòng điện sơ cấp lớn có thể khiến bảo vệ so lệch tác động sai.

Cách dễ nhất để tránh cảnh báo sai là sử dụng thời gian trễ, nhưng điều này có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho máy biến áp nếu xảy ra sự cố khi nó đang bật. Trong thực tế, sóng hài thứ hai có trong dòng khởi động, không đặc trưng cho mạng, được sử dụng để chặn bảo vệ, mặc dù bảo vệ vẫn khá nhạy cảm với các sự cố bên trong máy biến áp trong quá trình bật.

Ảnh hưởng của sóng hài đến thiết bị tiêu dùng

Ảnh hưởng của sóng hài cao hơn trên tivi

Sóng hài làm tăng điện áp cực đại có thể gây biến dạng hình ảnh và thay đổi độ sáng.

Đèn huỳnh quang và thủy ngân. Chấn lưu của những loại đèn này đôi khi chứa tụ điện và trong những điều kiện nhất định có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng, dẫn đến hỏng đèn.

Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao đối với máy tính

Có những giới hạn đối với mức độ biến dạng cho phép trong các mạng cung cấp năng lượng cho máy tính và hệ thống xử lý dữ liệu. Trong một số trường hợp, chúng được biểu thị bằng phần trăm của điện áp danh định (đối với IVM máy tính — 5%) hoặc ở dạng tỷ lệ giữa điện áp cực đại và giá trị trung bình (CDC đặt giới hạn cho phép là 1,41 ± 0,1).

Ảnh hưởng của sóng hài cao hơn đến thiết bị chuyển đổi

Các rãnh trong điện áp hình sin xảy ra trong quá trình chuyển đổi van có thể ảnh hưởng đến thời gian của các thiết bị hoặc thiết bị tương tự khác được điều khiển trong đường cong điện áp bằng không.

Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao đối với thiết bị điều khiển tốc độ bằng thyristor

Về lý thuyết, sóng hài có thể ảnh hưởng đến thiết bị đó theo nhiều cách:

• các rãnh của sóng hình sin gây ra sự cố do đánh sai thyristor;

• sóng hài điện áp có thể gây đánh lửa sai;

• kết quả là sự cộng hưởng khi có nhiều loại thiết bị khác nhau có thể dẫn đến xung điện áp và rung động của máy móc.

Những người dùng khác được kết nối với cùng một mạng có thể cảm nhận được các tác động được mô tả ở trên. Nếu người dùng không gặp khó khăn gì với thiết bị được điều khiển bằng thyristor trong mạng của họ, thì không có khả năng nó sẽ ảnh hưởng đến những người dùng khác. Người tiêu dùng được cung cấp bởi các xe buýt khác nhau về mặt lý thuyết có thể ảnh hưởng lẫn nhau, nhưng khoảng cách điện làm giảm khả năng tương tác như vậy.

Ảnh hưởng của sóng hài đối với phép đo công suất và năng lượng

Các thiết bị đo thường được hiệu chỉnh theo điện áp hình sin thuần túy và tăng độ không đảm bảo khi có sóng hài cao hơn. Độ lớn và hướng của sóng hài là những yếu tố quan trọng vì dấu hiệu của lỗi được xác định bởi hướng của sóng hài.

Lỗi đo lường do sóng hài gây ra phụ thuộc nhiều vào loại dụng cụ đo. Máy đo cảm ứng thông thường thường đánh giá quá cao số đọc vài phần trăm (6% mỗi số) nếu người dùng có nguồn bị biến dạng. Những người dùng như vậy sẽ tự động bị phạt vì đã đưa các biến dạng vào mạng, do đó, việc thiết lập các phương tiện thích hợp để ngăn chặn những biến dạng này là vì lợi ích của chính họ.

Không có dữ liệu định lượng về ảnh hưởng của sóng hài đến độ chính xác của phép đo phụ tải đỉnh. Người ta cho rằng ảnh hưởng của sóng hài đến độ chính xác của phép đo tải đỉnh cũng giống như độ chính xác của phép đo năng lượng.

Phép đo năng lượng chính xác, bất kể hình dạng của đường cong dòng điện và điện áp, được cung cấp bởi công tơ điện tử, có chi phí cao hơn.

Sóng hài ảnh hưởng đến cả độ chính xác của phép đo công suất phản kháng, vốn chỉ được xác định rõ ràng trong trường hợp dòng điện và điện áp hình sin, và độ chính xác của phép đo hệ số công suất.

Ảnh hưởng của sóng hài đến độ chính xác của việc kiểm tra và hiệu chuẩn thiết bị trong phòng thí nghiệm hiếm khi được đề cập, mặc dù khía cạnh này của vấn đề cũng rất quan trọng.

Ảnh hưởng của sóng hài đến mạch thông tin liên lạc

Sóng hài trong mạch nguồn gây ra nhiễu trong mạch thông tin liên lạc.Mức độ tiếng ồn thấp dẫn đến một số khó chịu, khi nó tăng lên, một phần thông tin được truyền đi bị mất, trong những trường hợp cực đoan, việc liên lạc trở nên hoàn toàn không thể. Về vấn đề này, với bất kỳ thay đổi công nghệ nào trong hệ thống cung cấp điện và thông tin liên lạc, cần phải tính đến ảnh hưởng của đường dây điện trên đường dây điện thoại.

Ảnh hưởng của sóng hài đối với nhiễu đường dây điện thoại phụ thuộc vào thứ tự của sóng hài. Trung bình, điện thoại - tai người có chức năng độ nhạy với giá trị tối đa ở tần số 1 kHz. Để đánh giá ảnh hưởng của các sóng hài khác nhau đến tiếng ồn c. điện thoại sử dụng các hệ số, là tổng của các sóng hài được thực hiện với các trọng số nhất định. Hai hệ số phổ biến nhất: trọng số psophometric và truyền C. Yếu tố đầu tiên được phát triển bởi Ủy ban Tư vấn Quốc tế về Hệ thống Điện thoại và Điện báo (CCITT) và được sử dụng ở Châu Âu, yếu tố thứ hai - bởi Công ty Điện thoại Bella và Viện Kỹ thuật Điện Edison - được sử dụng ở Hoa Kỳ và Canada.

Dòng điện hài trong ba pha không bù trừ hoàn toàn cho nhau do sự không đồng đều về biên độ và góc pha và ảnh hưởng đến viễn thông với kết quả là dòng điện không thứ tự (tương tự như dòng điện chạm đất và dòng điện chạm đất từ ​​hệ thống lực kéo).

Ảnh hưởng cũng có thể được gây ra bởi dòng điện hài trong chính các pha do sự khác biệt về khoảng cách từ dây dẫn pha đến các đường dây viễn thông gần đó.

Những loại ảnh hưởng này có thể được giảm thiểu bằng cách lựa chọn thích hợp các dấu vết của đường, nhưng trong trường hợp không thể tránh khỏi các đường cắt ngang, những ảnh hưởng như vậy sẽ xảy ra.Nó đặc biệt được thể hiện rõ ràng trong trường hợp sắp xếp các dây của đường dây điện theo chiều dọc và khi các dây của đường dây thông tin liên lạc được chuyển đổi trong vùng lân cận của đường dây điện.

Ở khoảng cách lớn (hơn 100 m) giữa các dòng, yếu tố ảnh hưởng chính là dòng không thứ tự. Khi điện áp danh định của đường dây giảm, ảnh hưởng sẽ giảm, nhưng nó trở nên đáng chú ý do sử dụng các giá đỡ hoặc rãnh thông thường để đặt đường dây điện hạ thế và đường dây thông tin liên lạc.