Störungsquellen in elektrischen Netzen

Mundharmonikas

Höhere Harmonische (Vielfache) sind sinusförmige Spannungen oder Ströme, deren Frequenz um ein Vielfaches von der Grundfrequenz abweicht.

Harmonische Verzerrungen von Spannungen und Strömen entstehen durch das Vorhandensein von Elementen oder Geräten in Netzwerken mit einer nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie. Die Hauptquellen harmonischer Störungen sind Umrichter und Gleichrichter, Induktions- und Lichtbogenöfen sowie Leuchtstofflampen. Fernseher sind die häufigste Quelle harmonischer Störungen in Haushaltsgeräten. Ein gewisses Maß an harmonischen Störungen kann auch durch die Ausrüstung des Stromnetzes verursacht werden: rotierende Maschinen, Transformatoren. In der Regel handelt es sich dabei jedoch nicht um die Hauptquellen.

Die Hauptquellen mehrerer Harmonischer sind: statische Frequenzumrichter, Zyklokonverter, Asynchronmotoren, Schweißmaschinen, Lichtbogenöfen, Stromregelsysteme mit überlagerter Frequenz.

Statische Frequenzumrichter bestehen aus einem AC/DC-Gleichrichter und einem DC/AC-Wandler mit der erforderlichen Frequenz.Die Gleichspannung wird durch die Ausgangsfrequenz des Wandlers moduliert, was dazu führt, dass im Eingangsstrom mehrere Harmonische auftreten.

Statische Frequenzumrichter werden hauptsächlich für Motoren mit variabler Drehzahl verwendet, deren Anwendung sich schnell entwickelt. Motoren mit einer Leistung von bis zu mehreren zehn Kilowatt werden direkt an Niederspannungsnetze angeschlossen, leistungsstärkere Motoren über eigene Transformatoren an Mittelspannungsnetze. Es gibt verschiedene Implementierungsschemata statischer Frequenzumrichter mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die Frequenzen der Mehrfachharmonischen hängen von der Ausgangsfrequenz und der Pulsfrequenz des Umrichters ab. Ähnliche Umrichter werden auch für Öfen im Mittelfrequenzbetrieb eingesetzt.

Zyklokonverter sind Dreiphasenwandler mit hoher Leistung (mehrere Megawatt), die Dreiphasenstrom von der ursprünglichen Frequenz in Dreiphasen- oder Einphasenstrom mit reduzierter Frequenz (typischerweise weniger als 15 Hz) umwandeln und für die Stromversorgung bei niedriger Drehzahl verwendet werden , Hochleistungsmotoren. Sie bestehen aus zwei steuerbaren Gleichrichtern, die den Strom abwechselnd in die eine oder andere Richtung leiten. In sehr seltenen Fällen kommen Zyklokonverter zum Einsatz. Zwischenharmonische Ströme erreichen 8–10 % der Grundfrequenz des Stroms. Aufgrund der hohen Leistung von Direktumrichtern werden diese an Netze mit hoher Kurzschlussleistung angeschlossen, sodass zwischenharmonische Spannungen gering sind. Messungen in zwei solchen Anlagen in der Schweiz ergaben, dass deren Werte in Netzen von 50 und 220 kV 0,1 % der Nennspannung nicht überstiegen.

Induktionsmotoren können in einigen Fällen aufgrund des Spalts zwischen Stator und Rotor Zwischenharmonische erzeugen, insbesondere in Kombination mit der Stahlsättigung. Bei normaler Rotordrehzahl liegen die interharmonischen Frequenzen im Bereich von 500–2000 Hz, beim Starten des Motors „durchlaufen“ sie jedoch den gesamten Frequenzbereich bis zum stationären Wert. Störungen durch Motoren können erheblich sein, wenn sie am Ende einer langen Niederspannungsleitung (mehr als 1 km) installiert werden. Dabei wurden Zwischenharmonische von bis zu 1 % gemessen.

Schweißmaschinen und Lichtbogenöfen erzeugen ein breites und kontinuierliches Spektrum an Oberschwingungen. Frequenzen der Oberschwingungen und Zwischenharmonischen, die von der Umrichterausrüstung erzeugt werden.

Spannungsabweichung

Spannungsabweichungen werden durch Änderungen der Verbraucherlast im Laufe des Tages und den entsprechenden Betrieb von Spannungsregelgeräten (Transformatoren mit Lastschaltern) verursacht.

Spannungsschwankungen

Spannungsschwankungen sind eine Reihe zufälliger oder zufälliger Änderungen. zyklisch.

Spannungsschwankungen werden durch den Betrieb elektrischer Empfänger mit stark schwankendem Energieverbrauch verursacht und treten beim Betrieb folgender Geräte auf: Schweiß- und Lichtbogenschweißmaschinen, Walzwerke, leistungsstarke Motoren mit variabler Belastung, Elektrolichtbogenöfen zur Herstellung von Stahl. Plötzliche Spannungsänderungen können auch beim Schalten von Lasten und elektrischen Geräten (z. B. Kondensatorbatterien) auftreten.

Kurzfristige Spannungseinbrüche

Kurzfristige Spannungseinbrüche sind unerwartete Spannungsabfälle, die sich nach einem Zeitintervall von mehreren Grundfrequenzperioden auf mehrere elektrische Grade erholen.

Kurzfristige Spannungseinbrüche entstehen durch Schaltvorgänge in Stromnetzen, die mit Kurzschlüssen einhergehen, sowie durch das Starten leistungsstarker Motoren. Eine bestimmte Anzahl solcher Ausfälle, die durch den Betrieb der Automatisierung von Energiesystemen zur Beseitigung von Kurzschlüssen verursacht werden, können nicht behoben werden, und Benutzer sollten diese Tatsache berücksichtigen.

Spannungsimpulse

Quellen für Spannungsimpulse sind Schaltvorgänge in Netzen, Stromnetzen und Gewitter.

Unsymmetrie eines dreiphasigen Spannungssystems

Die Asymmetrie eines dreiphasigen Spannungssystems tritt auf, wenn die Phasen- oder Phasenspannungen nicht die gleiche Amplitude haben oder der Verschiebungswinkel zwischen ihnen nicht gleich 120 el ist. Hagel.

Die Asymmetrie des dreiphasigen Spannungssystems kann drei Ursachen haben: die Asymmetrie der Parameter der Freileitungen aufgrund der fehlenden Verlegung von Drähten oder der Verwendung längerer Versetzungszyklen. Dieser Faktor macht sich vor allem auf Hochspannungsleitungen bemerkbar; Ungleichheit der Phasenlasten aufgrund ihrer ungleichmäßigen Verteilung zwischen den Phasen (Systemasymmetrie) oder der Nichtgleichzeitigkeit ihres Betriebs (Wahrscheinlichkeitsasymmetrie); — Nicht-Phasen-Modi von Stromleitungen (nach Unterbrechung einer der Phasen aufgrund einer Beschädigung).

Der Grad des Spannungsungleichgewichts, das durch die Asymmetrie der Stromleitungsparameter verursacht wird, ist normalerweise gering (bis zu 1 %).Die größte Asymmetrie tritt auf, wenn Stromleitungen in unvollständigen Phasenmodi betrieben werden. Solche Modi sind jedoch sehr selten. Daher ist die häufigste Ursache für ein Ungleichgewicht die Netzwerklast.

In Industrienetzen können Asymmetriequellen sein: leistungsstarke einphasige Lasten, Induktionsschmelz- und -erwärmungsöfen, Schweißanlagen, Elektroschlacke-Schmelzöfen; dreiphasige elektrische Empfänger, die lange Zeit im asymmetrischen Modus betrieben werden, Lichtbogenöfen aus Stahl.

Frequenzabweichung

Frequenzabweichungen entstehen aufgrund einer Diskrepanz zwischen der Leistung von Generatoren, die Strom erzeugen, und der verbrauchten Last. Wenn die Generatorleistung die Lastleistung übersteigt, erhöht sich die Generatordrehzahl und die Frequenz erhöht sich proportional. Auch die von der Last aufgenommene Leistung steigt; Bei einem bestimmten Frequenzwert stellt sich ein Gleichgewicht zwischen erzeugter und verbrauchter Leistung ein. Ein ähnliches Muster der Frequenzreduzierung wird beobachtet, wenn die Lastleistung die Generatorleistung übersteigt.