ЭМП, создаваемые преобразователями тока и частоты

На ПП большое распространение получили различные преобразователи тока. Наибольшее применение имеют трехфазные мостовые схемы полупроводниковых преобразователей. Эта схема выпрямления позволяет реализовать шестифазную (шестиимпульсную) схему выпрямления. Соединение последовательно или параллельно двух или нескольких мостовых схем и питание их напряжением, сдвинутым на соответствующий угол, позволяет получить 12-, 18-, 24-, 36-, 48-фазные схемы выпрямления. Такие схемы применяются в преобразователях большой мощности. На ПП преобразователи работают на противо-ЭДС или активно-индуктивную нагрузку. Кривая сетевого тока, потребляемого преобразователем, искажена, ее форма определяется углом управления  и углом коммутации .

Порядок нечетных гармоник, генерируемых преобразователем, определяется по формуле (3.16). Преобразователи генерируют высшие гармоники следующих порядков:

- шестифазные                       5, 7, 11, 13-ю …

- двенадцатифазные              11, 13, 23, 25-ю ...

- двадцатичетырехфазные   23, 25, 47, 49-ю ...

При нарушении симметрии моментов открытия вентилей в преобразователе в спектре тока появляются и четные гармоники: 2, 4, 6-я и т.д.

В проектной практике действующее значение тока n-й гармоники, генерируемой преобразователями, можно найти по выражению

,                     

где  - относительное индуктивное сопротивление цепи коммутации; m – фазность преобразователя.

Если пренебречь углом коммутации, то действующее значение n-й гармоники можно определить так:

.                                  (3.24)

В работе [1] приведены точные выражения для определения I_(n) в функции углов управления  и коммутации  для различных схем преобразователей тока.

ЭМП, создаваемые ЛЭП, трансформаторами

И автотрансформаторами

Протяженность линий электропередач (ЛЭП) напряжением 35 кВ и выше в РФ достигает около 1 млн км. В табл. 3.4 приведены данные о протяженности ЛЭП переменного тока. Линии электропередач начинаются и заканчиваются на подстанциях, оборудованных понижающими и повышающими трансформаторами или автотрансформаторами.

Таблица 3.4

В зависимости от конструктивного исполнения ЛЭП и их электрических схем они оказывают различное электромагнитное влияние на окружающее пространство. Линии электропередач в рабочих и аварийных режимах генерируют помехи излучения и помехи проводимости.

Основными видами ЭМП проводимости, создаваемых высоковольтными ЛЭП, являются: несимметрия и несинусоидальность токов и напряжений; выбросы и провалы напряжения; перенапряжения.

Различают внутренние и внешние перенапряжения. Внутренние перенапряжения вызываются колебаниями электромагнитной энергии, запасенной в элементах электрической цепи или поступающей в нее от генераторов. В зависимости от условий возникновения и возможной длительности воздействия различают коммутационные, квазистационарные и стационарные перенапряжения.

Коммутационные перенапряжения связаны с внезапным изменением схемы или ее параметров (аварийные отключения или включения ЛЭП, трансформаторов и автотрансформаторов). При включении элементов электрической сети возникает переходный процесс от предшествующего к новому установившемуся состоянию. Вследствие малых потерь и высокой добротности контуров переходные процессы при коммутациях имеют колебательный характер и могут привести к появлению значительных перенапряжений - до 2 - 3 раз от U_ном.

Емкостный эффект ЛЭП и нелинейные свойства элементов, входящих в энергетическую систему (трансформаторы и автотрансформаторы с насыщенными магнитопроводами), могут стать причиной квазистационарных перенапряжений в линии, а сама ЛЭП - источником не только ЭМП с промышленной частотой 50 Гц, но и гармоник с частотным диапазоном 0,1…150 кГц. Наибольшие амплитуды имеют гармоники в диапазоне частот 100...3500 Гц. Эти гармоники достигают особенно больших значений в трехфазных линиях передач переменного тока, питающих установки с выпрямителями. Линейные или фазовые напряжения и токи, а также токи нулевой последовательности в системах с глухозаземленной нейтралью содержат гармоники с большими амплитудами в диапазоне частот 100...3500 Гц.

Стационарные перенапряжения, как правило, меньше квазистационарных и не имеют существенного значения при генерации ЭМП.

Частным случаем внешних перенапряжений являются грозовые перенапряжения. При воздействии на ЛЭП грозовых разрядов вдоль линии со скоростью света и малым искажением и затуханием распространяются электромагнитные волны, которые являются источниками мощных ЭМП даже в тех районах, которые удалены от места воздействия молнии.

Перенапряжения в высоковольтных ЛЭП могут быть причиной аварийных режимов ее работы и стать источником ЭМП намного большей мощности, чем в рабочих режимах ЛЭП. При аварийных режимах ЛЭП источниками мощных ЭМП становятся токи и напряжения основной частоты. Наиболее распространенным аварийным режимом ЛЭП является ее короткое замыкание на землю. Причиной коротких замыканий ЛЭП могут быть внутренние и внешние перенапряжения. Наиболее неблагоприятным в смысле электромагнитного воздействия ЛЭП является ее однофазное короткое замыкание, которое возможно только в системе с глухозаземленной нейтралью, т.е. в сетях с напряжением 110 кВ и выше.

Несимметрия токов и напряжений создается ЛЭП при несимметричном расположении проводов на опорах.

Провалы напряжения возникают при аварийных отключениях ЛЭП и при коротких замыканиях. Глубина провалов от 0 до 100 % от U_ном, а их длительность от 0,05 до 0,2 с и более.

При отсутствии нагрузки первичное напряжение сетевых трансформаторов практически равно противо-ЭДС, так как при малых токах влияние активного сопротивления и рассеивания очень мало. Для мгновенного значения кривой синусоидального напряжения можно записать выражение

,

из которого следует уравнение для основного потока:

,

т.е. при отсутствии нагрузки синусоидальное напряжение вызывает появление синусоидального потока. Однако при этом первичный ток не будет чисто синусоидальным, так как поток нелинейно пропорционален намагничивающему току.

В идеальном случае при отсутствии гистерезиса поток Ф и вызывающий его ток намагничивания i_m связаны кривой намагничивания, причем результирующая кривая тока далека от синусоиды. При учете явления гистерезиса синусоидальный намагничиваюший ток теряет симметричность относительно своего максимального значения. Искажения кривой тока i_m вызываются, как правило, гармониками, кратными трем, особенно третьей. Следовательно, для получения синусоидального питающего напряжения необходимо исключить распространение таких гармоник, что достигается использованием обмоток, соединенных в треугольник.

В каждой фазе трехобмоточного трансформатора присутствуют все магнитодвижущие силы гармоник, кратные трем, причем в каждой обмотке трансформатора они действуют в одном и том же направлении. Путь потока этих гармоник должен замыкаться через воздух (или через масло и бак), а большое магнитное сопротивление этого пути снижает гармонический поток до очень малого значения (10 % от потока, появляющегося в независимых фазах). В этом случае кривые индукции и ЭДС остаются синусоидальными. Однако 5-я и 7-я гармоники намагничивающего тока могут достигать достаточно больших значений (5…10 %) и вносить существенные искажения, особенно в ночные часы, когда нагрузки в энергосистемах и на предприятиях малы, а напряжение выше номинального.