Причины и источники появления гармоник в электрических сетях. Методы защиты Работа электроприборов чаще всего зависит от того, насколько качественной является электроэнергия, которая на эти приборы поступает. Но даже в том случае, если приборы работают без аварий, в электросетях могут возникать гармоники. Гармоники не обязательно связаны с отключениями или нарушениями. Чаще всего они спокойно вырабатываются с большинством цепей, вне зависимости от типа нагрузки. Но по мере того, как величина гармоник возрастает, могут возникнуть определенные негативные последствия для потребителей электроэнергии и в целом для системы. Определение гармоник Когда ток и напряжение, которые вырабатываются источником, максимально напоминают идеальную синусоиду, нагрузка бывает нелинейной при подключении к электрической цепи. Из-за этого форма начального сигнала искажается. Гармоника – это производная по частоте от основной синусоиды в 50 Герц. Гармоника кратна величине основной синусоиды. Гармоники можно разделить на две группы, в зависимости от их кратности. Они бывают четными или нечетными. Например, первая гармоника имеет частоты 50 герц, вторая гармоника имеет частоту 100 Герц, и так далее по нарастающей. Каждая гармоника представляет собой один из компонентов результирующей формы тока и напряжения. Соответственно, ток и напряжение в сети могут быть свободно разложены на гармонические компоненты. Гармоника – это, по сути, паразитная ЭДС. Существующие потребители не поглощают ее или же только частично осуществляют ее поглощение. Из-за этого гармоника оказывает негативное влияние на все силовые сети. Только при активном сопротивлении возможно естественное поглощение, но его размер будет зависеть от потребляемой мощности. Сами потребители в то же время выполняют роль источников, активно производящих сигнал, но со значительными искажениями. Почему в электрических сетях появляются гармоники Чаще всего гармоническое искажение происходит из-за того, что в электросетях наблюдаются какие-либо переходные процессы. Вне зависимости от того, какой характер имеется у созданной нагрузки, переходный процесс характерен, например, для работы лампы накаливания, характеризующейся только активными потерями. В частности, разница сопротивлений холодной и нагретой ламповой нити является причинной возникновения переходного процесса и, следовательно, резкого скачка. Из-за того, что уровень искажения низкий, а протекание носит кратковременный характер, на всю систему оказывается практически ничтожное влияние. В связи с вышесказанным, можно сделать вывод о том, что генерации гармоник могут способствовать и активные, и реактивные сетевые сопротивления. Однако, есть ряд устройств, при работе которых возникают очень серьезные и вредные искажения. Основные источники искажения можно условно разделить на несколько типов. В первую очередь, к источникам искажения относится силовое оборудование. Сюда можно отнести приводы тока – как переменного, так и постоянного, плавильные печи с высокой частотой работы, полупроводниковые инверторы, бесперебойники и трансформаторы частоты. Ко второму типу источников искажения следует отнести устройства, которые работают, формируя электрическую дугу. Это установки для выполнения электросварки, дуговые печи, осветительные лампы и прочие источники искажения. К третьему типу источников искажения относятся насыщаемые приборы, например, трансформаторы или двигатели, у которых есть магнитопровод. Магнитопровод достигает насыщения петли гистерезиса, и из-за этого появляется искажение. Если же насыщение не будет, то и гармоники не будут появляться. Что касается бытовых приборов, то на генерацию несинусоидальных составляющих оказывают значительное влияние микроволновые печи. В связи со специфическим режимом работы микроволновая печь может способствовать кратковременному уменьшению напряжения сети на целых четыре процента. При этом, что еще более важно, коэффициент искажения кривой напряжения может повыситься на 20%. Чем опасны гармоники Если фактор, который генерирует гармоники, присутствует постоянно, в этом случае из-за воздействия гармоник в электросети могут возникать разные сбои. Все последствия гармоник можно условно поделить на несколько групп. К первой группе относится нагрев, когда из строя выводится изоляция двигателей, сгорает обмотка трансформаторов, падает напряжение у конденсаторов. Когда нагревается фазный провод или другие проводящие элементы диэлектриков, это приводит к необратимым процессам, и изоляционные свойства материалов резко снижаются. В распределительной сети может произойти ложное срабатывание. Из-за этого могут отключаться автоматы, выключатели высокого напряжения и другие приборы, которые чувствительны к появлению гармоник и изменению режима работы. Под влиянием гармоник может возникнуть асимметрия в промышленных сетях, имеющих источники из трех фаз. Из-за этого могут возникнуть сбои в работе трехфазных выпрямителей, могут неправильно работать силовые трансформаторы и другие типы аналогичного оборудования. В сетях связи может возникать шум, потому что гармоники оказывают непосредственное влияние на смежные и силовые слаботочные кабели. При этом на интенсивность шума оказывает влияние дистанция между проводниками и продолжительность приближения проводников. Как бороться с гармониками Чтобы не допустить появления гармоник, могут использоваться устройства со встроенными активными и пассивными элементами. Цель такой защиты заключается в том, чтобы поглотить или компенсировать влияние гармоник на сеть. Чаще всего для этого используются простейшие фильтры, в состав которых входи линейный дроссель и конденсатор. Для того, чтобы установить один из типов защиты, необходимо проанализировать все составляющие гармоники, просчитать коэффициенты мощности и амплитуды применительно к отдельной сети. Только в этом случае можно выбрать наиболее эффективный способ борьбы с гармониками.