تأثير التوافقيات العالية للجهد والتيار على تشغيل المعدات الكهربائية

يؤثر الجهد العالي والتوافقيات الحالية على عناصر أنظمة الطاقة وخطوط الاتصال.

الأشكال الرئيسية لتأثير التوافقيات الأعلى على أنظمة الطاقة هي:

• زيادة التيارات والجهود التوافقية الأعلى بسبب الرنين المتوازي والمتسلسل ؛

• تقليل كفاءة الإنتاج والنقل واستخدام عمليات الكهرباء ؛

• تقادم عزل المعدات الكهربائية وما ينتج عنه من انخفاض في عمرها التشغيلي ؛

• التشغيل الخاطئ للمعدات.

تأثير الرنين على الأنظمة

عادة ما يتم النظر إلى الرنين في أنظمة الطاقة من حيث المكثفات ، وخاصة مكثفات الطاقة. عندما تتجاوز التوافقيات الحالية الحد الأقصى المسموح به للمكثفات ، فإن الأخيرة لا تؤدي إلى تدهور أدائها ، ولكنها تفشل بعد فترة.

هناك مجال آخر يمكن أن يتسبب فيه الرنين في تلف المعدات وهو أنظمة التحكم في الأحمال المفرطة. لمنع امتصاص الإشارة بواسطة مكثفات الطاقة ، يتم فصل دوائرها بواسطة مرشح سلسلة مضبوط (مرشح- «درجة»). في حالة الرنين المحلي ، تزداد توافقات التيار في دائرة مكثف القدرة بشكل حاد ، مما يؤدي إلى تلف المكثف المضبوط لمرشح السلسلة.

في إحدى التركيبات ، قامت المرشحات المضبوطة على تردد 530 هرتز بتيار تمرير 100 A بسد كل دائرة من مكثف الطاقة الذي يحتوي على 15 قسمًا من 65 كيلو فولت. المكثفات فشلت هذه المرشحات بعد يومين. كان السبب هو وجود توافقي بتردد 350 هرتز ، في المنطقة المجاورة مباشرة حيث تم إنشاء ظروف الرنين بين الفلتر المضبوط ومكثفات الطاقة.

تأثير التوافقيات على الآلات الدوارة

يؤدي الجهد والتوافقيات الحالية إلى خسائر إضافية في لفات الجزء الثابت ، وفي دوائر الدوار ، وفي الجزء الثابت والصلب الدوار. تكون الخسائر في الموصلات الدوارة والجزء الثابت بسبب التيارات الدوامة وتأثير السطح أكبر من تلك التي تحددها المقاومة الأومية.

تؤدي تيارات التسرب الناتجة عن التوافقيات في مناطق نهاية الجزء الثابت والدوار إلى خسائر إضافية.

في محرك تحريضي دوار مخروطي مع تدفق مغناطيسي نابض في الجزء الثابت والدوار ، تسبب التوافقيات الأعلى خسائر إضافية في الفولاذ. يعتمد حجم هذه الخسائر على زاوية ميل الفتحات وخصائص الدائرة المغناطيسية.

يتميز متوسط ​​توزيع الخسائر من التوافقيات العليا بالبيانات التالية ؛ لف الجزء الثابت 14٪ ؛ سلاسل الدوار 41٪ ؛ مناطق النهاية 19٪ ؛ موجة غير متكافئة 26٪.

باستثناء خسائر الموجات غير المتماثلة ، فإن توزيعها في الآلات المتزامنة هو نفسه تقريبًا.

وتجدر الإشارة إلى أن التوافقيات الفردية المجاورة في الجزء الثابت لآلة متزامنة تسبب توافقيات من نفس التردد في الجزء المتحرك. على سبيل المثال ، التوافقيات الخامسة والسابعة في الجزء الثابت تتسبب في التوافقيات الحالية من الدرجة السادسة في الدوار ، والتي تدور في اتجاهات مختلفة. بالنسبة للأنظمة الخطية ، يتناسب متوسط ​​كثافة الخسارة على سطح الجزء المتحرك مع القيمة ، ولكن نظرًا لاختلاف اتجاه الدوران ، فإن كثافة الخسارة في بعض النقاط تتناسب مع القيمة (I5 + I7) 2.

تعتبر الخسائر الإضافية من أكثر الظواهر السلبية التي تسببها التوافقيات في الآلات الدوارة. فهي تؤدي إلى زيادة درجة الحرارة الكلية للماكينة والسخونة الزائدة الموضعية ، على الأرجح في الدوار. تسمح محركات قفص السنجاب بخسائر ودرجات حرارة أعلى من المحركات الدوارة للجرح. تحدد بعض الإرشادات مستوى تيار التسلسل السلبي المسموح به في المولد إلى 10٪ ومستوى جهد التسلسل السلبي عند مدخلات المحرك التعريفي إلى 2٪. يتم تحديد التسامح مع التوافقيات في هذه الحالة من خلال مستويات الفولتية والتيارات المتسلسلة السلبية التي ينشئونها.

عزم الدوران الناتج عن التوافقيات. ينتج عن توافقيات التيار في الجزء الثابت عزم الدوران المقابل: تشكل التوافقيات تسلسلًا إيجابيًا في اتجاه دوران الجزء المتحرك ، وتشكل تسلسلًا عكسيًا في الاتجاه المعاكس.

تسبب التيارات التوافقية في الجزء الثابت للآلة قوة دافعة ، مما يؤدي إلى ظهور عزم الدوران على العمود في اتجاه دوران المجال المغناطيسي التوافقي. عادة ما تكون صغيرة جدًا ويتم تعويضها جزئيًا أيضًا بسبب الاتجاه المعاكس. ومع ذلك ، يمكن أن تتسبب في اهتزاز عمود المحرك.

تأثير التوافقيات على المعدات الثابتة وخطوط الكهرباء. التوافقيات الحالية في الخطوط تؤدي إلى خسائر إضافية في الكهرباء والجهد.

في خطوط الكابلات ، تعمل توافقيات الجهد على زيادة التأثير على العازل بما يتناسب مع الزيادة في القيمة القصوى للمدى. وهذا بدوره يزيد من عدد أعطال الكابلات وتكاليف الإصلاح.

في خطوط EHV ، يمكن أن تتسبب توافقيات الجهد في زيادة خسائر الإكليل للسبب نفسه.

تأثير التوافقيات العليا على المحولات

تتسبب توافقيات الجهد في زيادة خسائر التباطؤ وخسائر التيار الدوامة في الفولاذ في المحولات ، فضلاً عن خسائر اللف. يتم أيضًا تقليل عمر خدمة العزل.

تعتبر الزيادة في خسائر اللف أكثر أهمية في المحول التدريجي لأن وجود المرشح ، المتصل عادةً بجانب التيار المتردد ، لا يقلل من التوافقيات الحالية في المحول. لذلك ، من الضروري تركيب محول طاقة كبير. كما لوحظ ارتفاع درجة الحرارة المحلية لخزان المحولات.

يتمثل أحد الجوانب السلبية لتأثير التوافقيات على محولات الطاقة العالية في دوران تيار تسلسل صفري ثلاثي في ​​اللفات المتصلة بالدلتا. هذا يمكن أن يطغى عليهم.

تأثير التوافقيات الأعلى على البنوك المكثفة

تؤدي الخسائر الإضافية في المكثفات الكهربائية إلى ارتفاع درجة حرارتها. بشكل عام ، تم تصميم المكثفات لتحمل بعض الحمل الزائد الحالي. المكثفات المنتجة في بريطانيا العظمى تسمح بحمل زائد بنسبة 15٪ ، في أوروبا وأستراليا - 30٪ ، في الولايات المتحدة - 80٪ ، في رابطة الدول المستقلة - 30٪. عندما يتم تجاوز هذه القيم ، يتم ملاحظتها في ظروف زيادة الجهد التوافقيات الأعلى عند مدخلات المكثفات ، فإن الأخير يسخن ويفشل.

تأثير التوافقيات الأعلى على أجهزة حماية نظام الطاقة

يمكن أن تتداخل التوافقيات مع تشغيل الأجهزة الواقية أو تضعف تشغيلها. تعتمد طبيعة الانتهاك على مبدأ تشغيل الجهاز. المرحلات والخوارزميات الرقمية القائمة على تحليل البيانات التقديرية أو تحليل العبور الصفري حساسة بشكل خاص للتوافقيات.

في أغلب الأحيان ، تكون التغييرات في الخصائص طفيفة. تعمل معظم أنواع المرحلات بشكل طبيعي حتى مستوى تشويه يبلغ 20٪. ومع ذلك ، فإن زيادة حصة محولات الطاقة في الشبكات قد تغير الوضع في المستقبل.

تختلف المشاكل الناشئة عن التوافقيات بين الوضعين العادي والطوارئ وتتم مناقشتها بشكل منفصل أدناه.

تأثير التوافقيات في أوضاع الطوارئ

عادةً ما تستجيب أجهزة الحماية لجهد التردد الأساسي أو التيار وأي توافقيات عابرة إما يتم ترشيحها أو لا تؤثر على الجهاز. هذا الأخير هو سمة من سمات المرحلات الكهروميكانيكية ، وخاصة المستخدمة في حماية التيار الزائد. تتمتع هذه المرحلات بقصور ذاتي عالٍ ، مما يجعلها غير حساسة عمليًا للتوافقيات الأعلى.

الأهم من ذلك هو تأثير التوافقيات على أداء الحماية بناءً على قياس المقاومة. حماية المسافة ، حيث تقاس المقاومة بالتردد الأساسي ، يمكن أن تؤدي إلى أخطاء كبيرة في وجود توافقيات أعلى في تيار الدائرة القصيرة (خاصة من الدرجة الثالثة). عادة ما يتم ملاحظة المحتوى التوافقي العالي عندما يتدفق تيار الدائرة القصيرة عبر الأرض (تهيمن مقاومة الأرض على مقاومة الحلقة الكلية). إذا لم يتم تصفية التوافقيات ، فإن احتمال حدوث عملية خاطئة مرتفع للغاية.

في حالة وجود دائرة قصر معدنية ، فإن التيار يهيمن عليه التردد الأساسي. ومع ذلك ، بسبب تشبع المحول ، يحدث تشوه منحنى ثانوي ، خاصة في حالة وجود مكون كبير للتيار المستمر في التيار الأولي. في هذه الحالة ، هناك أيضًا مشاكل في ضمان التشغيل الطبيعي للحماية.

في ظروف التشغيل المستقرة ، يتسبب اللاخطي المرتبط بإفراط المحولات في التوافقيات ذات الترتيب الفردي فقط. يمكن أن تحدث جميع أنواع التوافقيات في أوضاع عابرة ، حيث تكون السعات الأكبر عادةً هي الثانية والثالثة.

ومع ذلك ، مع التصميم المناسب ، يتم حل معظم المشكلات المدرجة بسهولة. يؤدي اختيار المعدات المناسبة إلى التخلص من العديد من الصعوبات المرتبطة بقياس المحولات.

التصفية التوافقية ، خاصة في الحماية الرقمية ، هي الأكثر أهمية للحماية عن بعد. أظهر العمل الذي تم في مجال طرق التصفية الرقمية أنه على الرغم من أن خوارزميات هذا الترشيح غالبًا ما تكون معقدة للغاية ، فإن الحصول على النتيجة المرغوبة لا يمثل صعوبات خاصة.

تأثير التوافقيات على أنظمة الحماية أثناء أوضاع التشغيل العادية للشبكات الكهربائية. تؤدي الحساسية المنخفضة للأجهزة الواقية لمعلمات الوضع في ظل الظروف العادية إلى الغياب العملي للمشاكل المرتبطة بالتوافقيات في هذه الأوضاع. الاستثناء هو المشكلة المرتبطة بإدراج محولات قوية في الشبكة ، مصحوبة بزيادة التيار المغنطيسي.

تعتمد سعة الذروة على محاثة المحول ومقاومة اللف واللحظة التي يتم فيها تشغيل التشغيل. يزيد التدفق المتبقي في اللحظة قبل التبديل أو ينقص قليلاً من السعة ، اعتمادًا على قطبية التدفق بالنسبة للقيمة الأولية للجهد اللحظي. نظرًا لعدم وجود تيار على الجانب الثانوي أثناء المغنطة ، يمكن أن يتسبب تيار أولي كبير في تعثر الحماية التفاضلية بشكل خاطئ.

أسهل طريقة لتجنب الإنذارات الكاذبة هي استخدام تأخير زمني ، ولكن هذا يمكن أن يتسبب في أضرار جسيمة للمحول في حالة وقوع حادث أثناء تشغيله. من الناحية العملية ، يتم استخدام التوافقي الثاني الموجود في تيار الاندفاع ، وهو غير معهود للشبكات ، لمنع الحماية ، على الرغم من أن الحماية تظل حساسة تمامًا للأعطال الداخلية للمحول أثناء التبديل.

تأثير التوافقيات على المعدات الاستهلاكية

تأثير التوافقيات العليا على أجهزة التلفزيون

التوافقيات التي تزيد من ذروة الجهد يمكن أن تتسبب في تشويه الصورة وتغيير السطوع.

مصابيح الفلورسنت والزئبق. تحتوي كوابح هذه المصابيح أحيانًا على مكثفات ويمكن أن يحدث صدى في ظل ظروف معينة ، مما يؤدي إلى فشل المصباح.

تأثير التوافقيات العليا على أجهزة الكمبيوتر

هناك حدود لمستويات التشويه المسموح بها في الشبكات التي تشغل أجهزة الكمبيوتر وأنظمة معالجة البيانات. في بعض الحالات ، يتم التعبير عنها كنسبة مئوية من الجهد الاسمي (لجهاز الكمبيوتر IVM - 5 ٪) أو في شكل نسبة ذروة الجهد إلى القيمة المتوسطة (تحدد CDC حدودها المسموح بها عند 1.41 ± 0.1).

تأثير التوافقيات العليا على معدات التحويل

يمكن أن تؤثر الشقوق في الجهد الجيبي الذي يحدث أثناء تبديل الصمام على توقيت المعدات أو الأجهزة المماثلة الأخرى التي يتم التحكم فيها أثناء منحنى الجهد الصفري.

تأثير التوافقيات الأعلى على معدات السرعة التي يتحكم فيها الثايرستور

من الناحية النظرية ، يمكن أن تؤثر التوافقيات على هذه المعدات بعدة طرق:

• تسبب شقوق الموجة الجيبية عطلًا بسبب اختلال أداء الثايرستور ؛

• يمكن أن تتسبب توافقيات الجهد في حدوث اختلالات ؛

• يمكن أن يؤدي الرنين الناتج في وجود أنواع مختلفة من المعدات إلى اندفاعات واهتزازات في الآلات.

قد يشعر المستخدمون الآخرون المتصلون بنفس الشبكة بالتأثيرات الموضحة أعلاه. إذا لم يواجه المستخدم أي صعوبات مع المعدات التي يتحكم فيها الثايرستور في شبكاته ، فمن غير المحتمل أن يؤثر ذلك على المستخدمين الآخرين. يمكن للمستهلكين الذين يتم تشغيلهم بواسطة حافلات مختلفة التأثير نظريًا على بعضهم البعض ، لكن المسافة الكهربائية تقلل من احتمال حدوث مثل هذا التفاعل.

تأثير التوافقيات على قياسات الطاقة والطاقة

عادة ما تتم معايرة أجهزة القياس لجهود جيبية نقية وتزيد من عدم اليقين في وجود التوافقيات الأعلى. يعتبر حجم واتجاه التوافقيات من العوامل المهمة لأن علامة الخطأ يتم تحديدها من خلال اتجاه التوافقيات.

أخطاء القياس التي تسببها التوافقيات تعتمد بشكل كبير على نوع أدوات القياس. عادة ما تبالغ أجهزة قياس الحث التقليدية في تقدير القراءات بنسبة قليلة (6٪ لكل منها) إذا كان لدى المستخدم مصدر تشويه. يتم معاقبة هؤلاء المستخدمين تلقائيًا لإدخالهم تشوهات في الشبكة ، لذلك من مصلحتهم إنشاء وسائل مناسبة لقمع هذه التشوهات.

لا توجد بيانات كمية عن تأثير التوافقيات على دقة قياس ذروة الحمل. من المفترض أن تأثير التوافقيات على دقة قياس ذروة الحمل هو نفسه على دقة قياس الطاقة.

يتم توفير القياس الدقيق للطاقة ، بغض النظر عن شكل منحنيات التيار والجهد ، عن طريق العدادات الإلكترونية ، التي لها تكلفة أعلى.

تؤثر التوافقيات على دقة قياس القدرة التفاعلية ، والتي يتم تحديدها بوضوح فقط في حالة التيارات والجهود الجيبية ، ودقة قياس عامل القدرة.

نادرًا ما يتم ذكر تأثير التوافقيات على دقة الفحص ومعايرة الأدوات في المختبرات ، على الرغم من أن هذا الجانب من المسألة مهم أيضًا.

تأثير التوافقيات على دارات الاتصال

التوافقيات في دوائر الطاقة تسبب ضوضاء في دوائر الاتصالات.يؤدي انخفاض مستوى الضوضاء إلى بعض الانزعاج ، حيث يزداد ، ويتم فقد جزء من المعلومات المرسلة ، وفي الحالات القصوى ، يصبح الاتصال مستحيلًا تمامًا. في هذا الصدد ، مع أي تغييرات تكنولوجية في إمدادات الطاقة وأنظمة الاتصالات ، من الضروري مراعاة تأثير خطوط الكهرباء على خطوط الهاتف.

يعتمد تأثير التوافقيات على ضوضاء خط الهاتف على ترتيب التوافقيات. في المتوسط ​​، الهاتف - الأذن البشرية لها وظيفة حساسية ذات قيمة قصوى بتردد 1 كيلو هرتز. لتقييم تأثير التوافقيات المختلفة على الضوضاء ج. يستخدم الهاتف معاملات ، وهي مجموع التوافقيات المأخوذة بأوزان معينة ، وأكثرها شيوعًا معامِلين: الترجيح psophometric والإرسال C. تم تطوير العامل الأول من قبل اللجنة الاستشارية الدولية لأنظمة الهاتف والبرق (CCITT) ويستخدم في أوروبا ، والعامل الثاني - من قبل شركة هاتف Bella ومعهد Edison Electrotechnical - يُستخدم في الولايات المتحدة وكندا.

لا تقوم التيارات التوافقية في المراحل الثلاث بتعويض بعضها البعض بشكل كامل بسبب عدم المساواة في السعات وزوايا الطور وتؤثر على الاتصالات مع تيار التسلسل الصفري الناتج (على غرار تيارات الصدع الأرضي وتيارات الأرض من أنظمة الجر).

يمكن أن يحدث التأثير أيضًا بسبب التيارات التوافقية في المراحل نفسها بسبب الاختلاف في المسافات من موصلات الطور إلى خطوط الاتصالات القريبة.

يمكن تخفيف هذه الأنواع من التأثيرات عن طريق الاختيار المناسب لتتبع الخطوط ، ولكن في حالة وجود تقاطعات خط لا يمكن تجنبها ، تحدث مثل هذه التأثيرات.يتجلى ذلك بشكل خاص في حالة الترتيب الرأسي لأسلاك خط الطاقة وعندما يتم نقل أسلاك خط الاتصال بالقرب من خط الطاقة.

على مسافات كبيرة (أكثر من 100 متر) بين الخطوط ، يتضح أن العامل المؤثر الرئيسي هو تيار التسلسل الصفري. عندما ينخفض ​​الجهد الاسمي لخط الطاقة ، ينخفض ​​التأثير ، ولكن يتضح أنه يمكن ملاحظته بسبب استخدام الدعامات أو الخنادق الشائعة لوضع خطوط الطاقة وخطوط الاتصال ذات الجهد المنخفض.