Высшие гармоники в системах бесперебойного питания

УДК 681.521

ВЫСШИЕ ГАРМОНИКИ В СИСТЕМАХ БЕСПЕРЕБОЙНОГО

ПИТАНИЯ

Иванов О.А., Коробков С.А. МЭИ, г. Москва

Огромное количество потребителей электрической энергии являются нелинейной нагрузкой, что приводит к появлению высших гармонических составляющих тока и напряжения, борьба с которыми поможет повысить качество сети, а так же уменьшить электрические и экономические потери.

Ключевые слова: высшие гармоники, источник бесперебойного питания, качество электрической энергии, модифицированный синус, форма напряжения.

THE HIGHER HARMONICS IN UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY

Ivanov O.A., Korobkov S.A MEI, Moscow

A huge number of electricity consumers are non-linear load, which leads to higher harmonic components of current and voltage control which will help improve the quality of the network, as well as reduce power and economic losses.

Keywords: higher harmonics, uninterruptible power supply, the quality of electric power, modified sine, a form of voltage.

Уровень сложности оборудования в сфере компьютерных технологий постоянно повышается. Поэтому системы обеспечения качества электроснабжения (например, Источники Бесперебойного Питания, ИБП/ UPS) должны быть разработаны таким образом, чтобы они были способны справиться с широким спектром проблем, начиная от провалов, колебаний, выбросов напряжения, высокочастотных шумов, импульсных помех и заканчивая обеспечением электропитания при полном отсутствии напряжения промышленной сети. Одну из таких проблем представляют искажения формы напряжения, вызванные гармоническими составляющими тока и напряжения, потребляемого нелинейной нагрузкой.

Высшие гармонические составляющие в токах нелинейных электропотребителей приводят к негативным, а иногда и катастрофическим последствиям.

Последние могут быть разделены на эффекты мгновенного и длительного возникновения.

Проблемы мгновенного возникновения включают:

• искажение формы питающего напряжения;

• падение напряжения в распределительной сети;

• эффект гармоник, кратных трем (в трехфазных сетях);

• резонансные явления на частотах высших гармоник;

• наводки в телекоммуникационных и управляющих сетях;

• повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании;

• вибрация в электромашинных системах.

Проблемы длительного возникновения включают:

• нагрев и дополнительные потери в трансформаторах и электрических машинах;

• нагрев конденсаторов;

• нагрев кабелей распределительной сети.

Но не только потребитель является виновником искажений формы напряжения и тока. В системах бесперебойного питания (к примеру, в ИБП линейно-интерактивного типа) часто используется приближение формы напряжения к синусоидальной посредством применения меандра с паузами или, как его часто называют, модифицированный синус (рис 1).

Данное приближение является не точный, в итоге мы имеем широкий ряд высших гармоник, и, как следствие, ухудшение показателей электроэнергии, а также уменьшение срока службы оборудования (рис. 2).

Описанную выше проблему необходимо решать и учитывать при применении и проектировании систем бесперебойного питания. Для этого действия по предупреждению негативного воздействия высших гармоник можно разделить на следующие этапы:

1. Выделить полную номенклатуру всех электропотребителей общего назначения, относящихся к категории нелинейных и вызывающих генерацию повышенной доли высших гармоник в сетях электроснабжения.

2. Провести диагностику состояния сети электропитания для предупреждения пожароопасных и аварийных ситуаций на объектах с долей установленной мощности нелинейных электропотребителей 10% и выше. Дать прогноз работы сети электропитания с точки зрения оценки доли высших гармоник, качества электроэнергии, токовых нагрузок фазных и нулевых рабочих проводников с учетом несинусоидальности токов и напряжений.

3. Учитывать влияние нелинейности нагрузок электропотребителей и наличия высших гармонических составляющих при выполнении проектов реконструкции существующих систем электроснабжения и разработке новых проектов. В том числе при выполнении расчета условий тепловыделения, уровней падения напряжения в кабельных линиях и оценке влияния нелинейных нагрузок на качество питающего напряжения у конечных электропотребителей.

4. Прогнозировать возможные последствия роста компьютерных нагрузок при расширении компьютерных сетей.

А так же при проектирование самой системы бесперебойного питания необходимо учитывать наличие несинусоидальности питающего напряжения.

Учитывая все вышесказанное, можно сделать вывод об актуальности данной проблемы и невозможности ее игнорирования. Отсутствие учета высших гармоник приведет к большим энергетическим, а значит и экономическим, потерям.