ЭМП, создаваемые осветительными электроприемниками

Таблица 3.4

И автотрансформаторами

ЭМП, создаваемые ЛЭП, трансформаторами

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.

Напряжение, кВ	Протяженность, тыс. км
	6,0


110…150

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.

В зависимости от типа лампы (накаливания, газоразрядные) осветительные ЭП являются источниками высших гармоник, коммутационных помех, создают ПН.

Лампы накаливания (ЛН). В холодном состоянии сопротивление нити ЛН значительно ниже, чем в разогретом. Этим объясняются броски тока при включении. По мере разогрева нити ее сопротивление увеличивается, а ток уменьшается. Процесс носит экспоненциальный характер с постоянной времени от 0,01…0,02 с (у ЛН малой и средней мощности) до 0,1 с и более у ЛН большой мощности. Чем меньше , тем меньше кратность пускового тока К_п, которая у ЛН малой, средней и большой мощности соответственно равна 2…5 и 7…10. Таким образом, изменение тока во времени

а на зажимах ЛН возникает ПН глубиной . Длительность первого размаха изменений напряжения очень мала, длительность второго размаха (экспоненциальной формы) - около 3, затем напряжение восстанавливается до U_ном.

Газоразрядные лампы. Люминесцентные (ЛЛ) и дуговые ртутные лампы (ДРЛ) из-за нелинейности вольт-амперной характеристики дугового разряда и наличия в составе пускорегулирующей аппаратуры (ПРА) дросселя являются источниками высших гармоник 3, 5 и 7-го порядков. Относительное значение токов 3-й и 5-й гармоник составляет: для ЛЛ с индуктивным балластным сопротивлением 4 и 0,6 %; для ЛЛ с индуктивно-емкостным балластным сопротивлением 16…21 и 0,9…3 %; для ДРЛ без компенсации 6,2…9 и 1,2…2,5 %; для ДРЛ с компенсацией 18 и 5,8…7,2 %. У ДРЛ с компенсацией значительны и другие нечетные гармоники.

Величина гармоник тока определяется по выражению

Пусковой ток газоразрядных ламп, обеспечиваемый ПРА, относительно невелик: (1,3…1,5)I_ном для ЛЛ и (2…2,1)I_ном для ДРЛ. Длительность пуска (зажигания) ЛЛ колеблется от нескольких секунд (даже долей секунд) до 10…15 с, и в течение этого времени ток мало изменяется. Время полного разгорания ДРЛ около 7 мин. Из-за большого разброса характеристик длительность максимального пускового тока группы ЛЛ составляет единицы секунд, после чего он быстро спадает. У ртутных ламп высокого давления разгорание протекает почти одинаково.

Особенностью газоразрядных ламп является то, что в процессе их пуска несамостоятельный разряд переходит в самостоятельный скачкообразно с резкими изменениями тока и напряжения. Броски тока приводят к появлению импульсов перенапряжения, т.е. помех.

Источником ЭМП являются неисправные ЛЛ, длительно работающие в режиме пуска, со случайным переходом в режим самостоятельного разряда.

Для всех ламп низкого давления характерно, что напряжение горения не постоянно и содержит ВЧ составляющую амплитудой 6…10 В и частотой 1…2 кГц. Эти колебания представляют собой релаксацию анодного падения напряжения ЛЛ. И хотя эти колебания имеют относительно небольшую амплитуду, обусловленные ими ВЧ токи создают постоянный "фон" в питающих сетях.

Источником кратковременных ЭМП могут служить встраиваемые в ПРА генераторы импульсного напряжения (для ускоренного зажигания).

Следует иметь в виду, что гармоники, кратные трем, образуют систему нулевой последовательности. Поэтому, суммируясь в нулевом проводе, они могут давать ток, близкий к фазному.