Site Loader

Содержание

Физика

План работы учащегося 11 класса по физике

4 четверть «Физический практикум»

Урок № 84/4 «Изучение резонанса в электрическом КК» рекомендую заменить на повторение и решение задач

Тема урока: решение задач на резонанс в электрической цепи

Цели работы:

 — учащиеся должны описывать природу   резонанса напряжений  и силы токов в рассматриваемой цепи;

— учащиеся решают задачи на резонанс в КК

Краткая теория

В физике резонансом называется явление, при котором в колебательном контуре частота свободных колебаний совпадает с частотой вынужденных колебаний. В электричестве аналогом колебательного контура служит цепь, состоящая из сопротивления, ёмкости и индуктивности. В зависимости от того как они соединены различают резонанс напряжений и резонанс токов.

Резонанс напряжений

Резонанс напряжений возникает в последовательной RLC-цепи.

 

Условием возникновения резонанса является равенство частоты источника питания резонансной частоте w=wр, а следовательно и индуктивного и емкостного сопротивлений xL=xC. Так как они противоположны по знаку, то в результате реактивное сопротивление будет равно нулю. Напряжения на катушке UL и на конденсаторе UC будет противоположны по фазе и компенсировать друг друга. Полное сопротивление цепи при этом будет равно активному сопротивлению R, что в свою очередь вызывает увеличение тока в цепи, а следовательно и напряжение на элементах.При резонансе напряжения U

C и UL могут быть намного больше, чем напряжение источника, что опасно для цепи.С увеличением частоты сопротивление катушки увеличивается, а конденсатора уменьшается. В момент времени, когда частота источника будет равна резонансной, они будут равны, а полное сопротивление цепи Z будет наименьшим. Следовательно, ток в цепи будет максимальным. Из условия равенства индуктивного и емкостного сопротивлений найдем резонансную частоту 

Исходя из записанного уравнения, можно сделать вывод, что резонанса в колебательном контуре можно добиться изменением частоты тока источника (частота вынужденных колебаний) или изменением параметров катушки L и конденсатора C.

Следует знать, что в последовательной RLC-цепи, обмен энергией между катушкой и конденсатором осуществляется через источник питания.

Резонанс токов

Резонанс токов возникает в цепи с параллельно соединёнными катушкой резистором и конденсатором.

 

Условием возникновения резонанса токов является равенство частоты источника резонансной частоте w=wр, следовательно проводимости BL=BC. То есть при резонансе токов, ёмкостная и индуктивная проводимости равны.

Для наглядности,  на время отвлечёмся от проводимости и перейдём к сопротивлению. При увеличении частоты полное сопротивление цепи растёт, а ток уменьшается. В момент, когда частота равна резонансной, сопротивление Z максимально, следовательно, ток в цепи принимает наименьшее значение и равен активной составляющей. Выразим резонансную частоту 

Как видно из выражения, резонансная частота определяется, как и в случае с резонансом напряжений.

Ссылки на интернет-ресурс: веб школа, видео «Исследование электромагнитных колебаний в колебательном контуре с помощью осциллографа»

 

 

Задания

1.

В чем заключается явление резонанса напряжений и при каком условии оно возникает? Перечислите все особенности цепи при резонансе напряжений.

2. Почему при резонансе напряжений ток в цепи максимальный?

3. Определить резонансную частоту последовательного колебательного контура с параметрами:1 Гн, С=100 мкФ,R=10 Ом.

4. Определить частоту сети, при которой в цепи возможен резонанс напряжений. Определить также, во сколько раз напряжение на индуктивности больше напряжения сети при резонансе, если цепь имеет следующие параметры: 0,1 Гн, R= 20 Ом, C= 5 мкФ.

 

 

Обратная связь: у тебя в тетради должно быть записано и выполнено  задания. Сфотографируй свою работу и отправь мне на проверку. Удачи!

 

 


 

Скачано с www.znanio.ru

при каком условии возникает резонанс в цепи переменного тока

При расчете сложных электрических схем необходимо учитывать все нюансы. Даже незначительное отклонение в силе тока, напряжении или частоте, может привести к существенным перебоям в работе прибора. Некоторые процессы могут оказывать существенное влияние на электрические компоненты, но измерить их с помощью мультиметра или иных приспособлений не представляется возможным. Одной из таких «невидимок» является резонанс в электрической цепи.

Что такое резонанс в электрической цепи

В повседневной жизни слово «Резонанс» ассоциируется, прежде всего, с реакцией общественности на какое-либо значимое событие. В действительности, это явление окружает людей повсюду.

Резонанс в электрической цепи.

Например, работа акустических систем домашнего кинотеатра не производила бы такого эффекта, в том числе по громкости, если бы в корпусах колонок не использовался бы эффект акустического резонанса. Корпуса практически всех музыкальных инструментов изготавливаются таким образом, чтобы максимально увеличить громкость звучания колеблющегося тела. Человеческий голосовой аппарат, также представляет собой резонаторную систему, которая оказывает значительное влияние на тембр и громкость звука.

Акустический резонанс.

Аналогичным образом осуществляется «отклик» и в различных электрических системах. Отличие заключается только в том, что в резонанс входят не звуковые колебания, а электромагнитные поля.

Важно! Следует отметить, что явление резонанса возможно только в цепи переменного тока.

В чем заключается явление резонанса напряжений

Как известно, в сети переменного тока домашней сети разность потенциалов изменяется с частотой 50 Гц. То есть, каждую секунду производится 50 полных колебаний. Такое явление несложно замерить даже бытовым частотомером, который определить точное значение этого параметра именно по эффекту электромагнитного поля, образованного вокруг проводника с током. Катушка с металлическим сердечником, которая устанавливается в измерительный прибор, будет колебаться с частотой электромагнитного поля домашней электросети.

Частотомер

Таким образом, вырабатывается переменное напряжение, которое затем может быть увеличено, а его частота подсчитана микропроцессорным либо аналоговым устройством, после чего информация может быть выведена на экран.

Разобравшись, в чем заключается явление резонанса электрического напряжения, необходимо стараться всячески избегать этого явления, когда одновременные колебательные движения полей являются нежелательными. Если же в каком-либо устройстве такой эффект применяется с целью получения определенных физических явлений, то схема должна быть изготовлена с высокой добротностью, чтобы на поддержание процесса тратилось как можно меньше энергии (таким образом повышается КПД устройства).

Принцип действия резонансов токов

Если необходимо намеренно создать это явление, то достаточно подключить параллельно сопротивление, индуктивность и ёмкость. Для генерации этого явления следует подавать по проводникам только переменное напряжение. Если номиналы элементов были правильно рассчитаны, то в неразветвлённой части цепи образуется ток, который будет полностью совпадать по фазе и напряжению.

Схема резонансного контура

Частным примером генератора резонанса является колебательный контур радиоприёмника. В таких устройствах, с помощью поворотного механизма, изменяется ёмкость, что и вызывает настройку устройства приёма сигнала на определенную частоту.

Важно! Передающие радиостанции, как правило, всегда настроены на одну какую-либо частоту несущей волны.

Параметры резонанса

Значение амплитудно-частотных характеристик может изменяться в очень широких пределах. В технике для осуществления беспроводной связи явление этого типа принято выражать в децибелах (дБ). Колебательные контуры также могут иметь амплитудно-частотные характеристики. Этот параметр представляет собой отношение зависимости реакционной амплитуды и входящего воздействия.

Важно! Взаимосвязь фаз колебаний с частотой принято называть фазочастотной характеристикой.

Проходящий через систему электрический сигнал также может быть точно определен и зафиксирован. Прежде всего, отображаются такие характеристики, как напряжение и частота.

Какие последствия резонанса напряжений

Если в электрической системе с ёмкостью, индуктивностью и сопротивлением не учитывать воздействие этого явления, то работа устройств может быть нестабильной. Если этот эффект носит паразитический характер, то от него следует обязательно избавляться. Увеличение напряжения вследствие возникновения резонансного явления в цепи переменного напряжения может привести к выходу элементов из строя.

Важно! При возникновении этого явления могут быть разрушены конденсаторы из-за превышения реактивной мощности.

При перегреве вследствие резонанса напряжений электротехника может не только выйти из строя, но и загореться.

Возгорание электрической подстанции

На крупных производственных объектах такое явление может привести к аварии с человеческими жертвами. Если высоковольтные линии электропередач находятся слишком близко, то эффект электрического резонанса может возникать и в системах этого типа.

Шунтирующие генераторы ЛЭП

Чтобы защитить ЛЭП от негативного воздействия этого явления применяются шунтирующие генераторы, которые устанавливаются через каждые 300 – 400 км.

Область применения

Это явление в цепи колебательного контура имеет тенденцию к затуханию. Чтобы стало возможным использовать это явление в различных приборах и устройствах, необходимо постоянно поддерживать характеристики электричества в заданных пределах. Сделать этот процесс постоянным очень просто: достаточно подпитывать систему переменным напряжением с постоянными значениями частоты.

Радиовышка

Важно! Эффект резонанса широко применяется в различных радиопередающих и принимающих сигнал устройствах.

Наиболее часто, это явление используется в различных фильтрах. Например, если на пути входящего электрического сигнала необходимо избавиться от составляющей определённой частоты, то параллельно проводнику устанавливают конденсатор, резистор и дроссель. Если фильтр необходим для того, чтобы «пропустить» сигнал определенной частоты, то также изготавливается фильтр из ёмкости, сопротивления и индуктивности, но подключается такая система последовательно.

Электрический фильтр

Использовать эффект резонанса можно и для повышения напряжения. Например, в ситуации, когда электрический двигатель не способен работать на расчетных показателях мощности по причине низкого напряжения, достаточно установить по мощному конденсатору на каждую фазу, чтобы полностью разрешить проблему.

Резонанс в электрической цепи может возникать при наличии определенных условий, поэтому от него можно избавиться либо вызвать намеренно. Если такое явление является нежелательным, то, во многих случаях, достаточно изменить рабочую частоту или увеличить сопротивление, чтобы полностью устранить это паразитическое явление. Простейшая система этого типа состоит из конденсатора, резистора и дросселя, поэтому, при необходимости, можно легко собрать устройство, в котором это электрический эффект будет выполнять какую-либо полезную функцию.

ОГПОБУ «Политехнический техникум», г. Биробиджан

«Экскурс в историю»
16. 03.22 18:10

14 марта в рамках рабочей поездки в ЕАО состоялась встреча заместителя председателя Комитета СФ по обороне и безопасности,

Читать полностью
 
Книга — твой друг, без нее как без рук
02.02.22 17:30

Книга учит мыслить,
Книга учит говорить,
Книга учит понимать людей.

Читать полностью
 
Призер в первенстве России по тхэквондо
07.12.21 12:23

С 24 по 28 ноября 2021 года в Казани прошли чемпионат и первенство России по тхэквондо, в которых приняли участие 2000 спортсменов из 61 региона России.

Читать полностью
 
В рамках проекта «Билет в будущее»
29. 11.21 13:25

29 ноября для 17 ребят 9 класса МБОУ СОШ № 5 г. Биробиджана проведены профессиональные пробы по профессии «Сварочные технологии».

Читать полностью
 
В рамках проекта «Билет в будущее»
24.11.21 13:23

Продолжает свою работу Всероссийский проект «Билет в будущее». 22 ноября в ОГПОБУ «Политехнический техникум» прошел третий день профессиональных проб для школьников 9 классов МБОУ СОШ №5.

Читать полностью
 
В рамках проекта «Билет в будущее»
19.11.21 13:12

17 ноября на базе ОГПОБУ «Политехнический техникум» в рамках проекта по ранней профессиональной ориентации учащихся 6-11-х классов

Читать полностью
 
Проект «Билет в будущее»
07. 10.21 15:30

Школьники г. Биробиджана Еврейской автономной области присоединились к проекту «Билет в будущее», который стартовал в регионе

Читать полностью
 
Эстафеты к Дню Защитника Отечества 23 февраля
28.02.22 21:14

В канун всероссийского праздника — Дня защитника Отечества в ОГПОБУ «Политехнический техникум» состоялись спортивные и военно-прикладные эстафеты « Сильные, ловкие, быстрые».

Читать полностью
 
V Открытый региональный чемпионат «Молодые профессионалы» (WorldSkills Russia) пройдет в ЕАО с 01.02.2022 по 04.02.2022
31. 01.22 18:25

Торжественная церемония открытия пятого, юбилейного регионального чемпионата «Молодые профессионалы» (WorldSkills Russia) Еврейской автономной области пройдет в Биробиджанской областной филармонии 1 февраля 2022 г.

Читать полностью
 
Всероссийский конкурс научно-технологических проектов
01.12.21 14:28

Всероссийский конкурс научно-технологических проектов – это масштабное мероприятие для старшеклассников и студентов, которые занимаются научной или исследовательской деятельностью.

Читать полностью
 
Семейно-демографический проект «На защите семьи и детства»
24.11.21 18:08

С 1 июля Ассоциация организаций по защите семьи приступила к реализации проекта «На защите семьи и детства»,

Читать полностью
 
В рамках проекта «Билет в будущее»
20. 11.21 13:15

18 ноября на базе ОГПОБУ «Политехнический техникум» в рамках проекта по ранней профессиональной ориентации учащихся 6-11-х классов

Читать полностью
 
В Еврейской автономной области стартует отборочный этап VII Национального чемпионата «Абилимпикс»
13.10.21 14:21

13 и 14 октября в Еврейской автономной области в очно-дистанционном формате пройдет отборочный этап VII Национального чемпионата по профессиональному мастерству среди инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья «Абилимпикс» – одного из проектов президентской платформы «Россия – страна возможностей».

Читать полностью
 
Завершился III Региональный чемпионат по профессиональному мастерству среди инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья «Абилимпикс» Еврейской автономной области
01. 10.21 13:22

В Еврейской автономной области 29 сентября 2021 года завершился III Региональный чемпионат по профессиональному мастерству среди инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья «Абилимпикс», в котором участвовали 57 конкурсантов в категориях школьники, студенты и специалисты.

Читать полностью
 

Гармонический резонанс в энергосистемах – возмущение напряжения

Гармонические токи, создаваемые нелинейными электронными нагрузками, вводится в сеть энергосистемы. Эффект введения большой величины гармонического тока в сети зависит от реакции энергосистемы на различные введенные гармонические частоты. В зависимости от ответа на сети, введенный ток может просто безвредно протекать в сеть или создавать Резонанс системы электроснабжения, приводящий к повреждению перенапряжения или условия перегрузки по току. Характеристики системы, определяющие реакция сети на гармоники энергосистемы:

*Сопротивление системы частоте каждой гармоники

*Наличие любых конденсаторных батарей

*Количество резистивных нагрузок

Повреждение конденсатора из-за резонанса

Есть некоторые ключевые идеи, которые необходимо понять, пытаясь углубиться в понимание электрических гармонический резонанс энергосистемы. Они:

Нелинейный нагрузки производят гармонический ток, который затем подается в электросеть.

Текущий втекающий в источник (сеть) вызывает падение напряжения, пропорциональное импеданс, предлагаемый этой конкретной гармонической частотной составляющей.

Если индуктивность и емкость источника образуют последовательный или параллельный резонансный контур, тогда введенный ток может вызвать очень большие искажения тока и напряжения.

Каждая система с конденсаторами будет иметь параллельную резонансную точку. Важно, чтобы определить, близка ли эта резонансная точка к одной из гармонических частот инжектируется системными нагрузками.

Симптомы и характеристики гармонического резонанса

Самокорректирующийся : Большинство проблем гармонического резонанса обычно самокорректируются, что означает, что резонансное состояние вызовет достаточно ток/напряжение в системе, которые могут привести к перегоранию предохранителей, выходу из строя конденсатор (тем самым выходя из резонанса) или другое повреждение системы, которое делает система перестала быть резонансной. Обратите внимание, что системный резонанс низкого уровня может до сих пор остаются незамеченными в течение длительного времени и многие не вызывают каких-либо сбоев, которые приносят немедленно обратите внимание на проблему.

Перегорел предохранитель конденсатора : Обычно возникает резонансное состояние при высоких токах конденсатора и срабатывании предохранителей.

Неисправность конденсатора : Конденсатор также может быть поврежден из-за к перегреву или повреждению под напряжением изоляционных слоев внутри батареи.

Искажение напряжения : Для резонансного состояния искажение будет происходить из-за одного или двух близко расположенных гармонических порядков. Анализируя ток и напряжение на анализаторе качества электроэнергии порядок гармоник, т.е. причина резонанса обычно может быть идентифицирована.

Отказ оборудования : Резонанс низкого уровня может уйти незаметно долгое время. Обычно симптомы необъяснимой недостаточности чувствительные источники питания, электронные нагрузки, перегрев трансформатора и т. д.

Стационарное состояние: Гармонический резонанс считается явление стационарного состояния. Хотя переходный резонанс, вызванный переключением, возможно, это решается с помощью программы моделирования переходных процессов и обычно требует различные методы смягчения.

11-й гармонический резонанс

Индуктивное сопротивление

Система питания импеданс в основном индуктивный на номинальной частоте (50/60 Гц). импеданс меняется в зависимости от частоты гармоники. Для индуктивности L, импеданс Z на частоте f равен

Емкостный импеданс

Система питания конденсаторы могут быть конденсаторами коррекции коэффициента мощности, емкостью кабеля, емкость прерывателя и т. д. Полное сопротивление изменяется обратно пропорционально гармоническим частота. Для конденсатора C импеданс Z на частоте f равен

.

Полное сопротивление индуктивности обратно пропорционально частоте.Для гармоник более высокого порядка (большое f) сопротивление будет пропорционально ниже.

Когда система индуктивное сопротивление и емкостное сопротивление становятся равными, резонансное состояние может развиваться. Это может быть:

Параллельный резонанс

Серия Резонанс

Параллельный резонанс в энергосистеме

Ниже показана система, которая может дрейфовать до параллельного резонанса. Этот может ли крупный промышленный объект, где несколько подстанций низкого напряжения гармонический ток в шине среднего напряжения.Потенциальная параллель резонансное состояние может развиться между мощностью объекта среднего или низкого напряжения коэффициент конденсаторной батареи и индуктивность источника X с .

Цепь с потенциалом для параллельного резонанса

Резонансный частота определяется как:

При параллельном резонансе частота, эффективный импеданс цепи станет очень высоким. Примечание что при резонансе Xs=Xc. Для показанной схемы

Q известен как добротность и определяет резкость изображения. частотная характеристика.Для системы распределения Q может быть 5 и может быть 30 на вторичной обмотке большого распределительного трансформатора. Значение Q различно для последовательного резонансного и параллельного резонансного контура.

Напряжение между конденсатор

Во время параллельного резонанса очень высокое напряжение на конденсаторе, указанном.

Поскольку значения QX s очень высокие, небольшая гармоника ток (Ip) может вызвать большое падение напряжения на конденсаторе.

Ток через конденсатор

Во время параллельного резонанса ток, протекающий в конденсаторе и в трансформаторе увеличивается в Q раз по сравнению с гармоническим током инъекционно (ИП).

Текущий увеличение может привести к выходу из строя конденсатора, нагреву трансформатора, перегоранию предохранителя. Размер батареи шунтирующих конденсаторов относительно источника MVA определяет точку параллельной резонансной настройки. Параллельная резонансная частота системы с батареями шунтирующих конденсаторов, применяемых на вторичной обмотке силового трансформатора. предоставлено:

Где

ч р порядок параллельной резонансной частоты

MVA 3øsc Трехфазное короткое замыкание MVA

X s реактивное сопротивление короткого замыкания системы

X c — эквивалентное реактивное сопротивление по схеме «звезда». конденсаторная батарея

Q cap — размер конденсаторной батареи в МВАР

.

МВА 3øsc — эффективная МВА короткого замыкания в интересующей точке.Для большинства применений можно быстро оценить MVA 3øsc , определив входной трансформатор KVA и % импеданса. Это связано с тем, что полное сопротивление трансформатора доминирует над полным сопротивлением системы и, следовательно, оказывает наибольшее влияние на эффективную MVA короткого замыкания. Обратите внимание, что включение импеданса источника электросети, если оно доступно, приведет к более точным результатам.

Чтение: Расчет импеданса источника в энергосистеме

Сканирование импеданса гармоник с конденсаторной батареей и без нее

Пример : Рассмотрим систему, питаемую от трансформатора мощностью 1000 кВА с % импеданса 5.65. Батарея конденсаторов, подключенная к низковольтной стороне трансформатор 350 кВАр или 0,350 МВАр. Доминирующие гармоники, генерируемые в объекта являются 5 и 7 . Определить системную параллель резонансную частоту и определить, существуют ли какие-либо потенциальные проблемы.

Ответ : С трансформатором 1000 кВА и импедансом 5,65% эффективная МВА короткого замыкания источника может быть аппроксимирована как 1000/0,0565= 17,7 МВА 3øsc.

Параллельная резонансная частота определяется как:

Система имеет параллельную резонансную точку 7.1 который опасно близко к доминирующей 7 -й гармонике, генерируемой в средство. Одним из решений здесь будет уменьшение размера конденсатора, чтобы переместить резонансная точка. Если мы выберем батарею на 250 кВАр, новая резонансная точка будет равна 8,4. что достаточно далеко от порядка 7 . Другое решение будет использовать расстроенную конденсаторную батарею.

Серия

Резонанс в энергосистеме Резонанс серии

может возникнуть, когда последовательное сочетание индуктивность трансформатора объекта и батарея шунтирующих конденсаторов на объекте резонирует на гармонической частоте, которая вводится из распределения система. В этом сценарии объект сам по себе не может быть значительным генератором гармонического тока, но все же может испытать гармонические эффекты резонанса из-за комбинации серии LC «впитывание» значительного гармонического тока из системы распределения выше по течению. Ниже приведен пример системы, которая потенциально может быть запущена в серию. резонанс.

Цепь с потенциалом для условия последовательного резонанса

Напряжение на конденсаторе увеличено и искажено и можно указать как:

Где V h – гармоническое напряжение, присутствующее в системе.R — собственное последовательное сопротивление цепи выше, оно не показано на рисунке. Обратите внимание, что при резонансе значения Xt и Xc будут равны и противоположны по величине, следовательно, компенсируют друг друга.

Последовательно и параллельно резонанс в практическом применении энергосистемы

На практике последовательное резонансное состояние также будет иметь условие параллельного резонанса из-за топологии схемы. На рисунке ниже X t — реактивное сопротивление трансформатора объекта, а X c — реактивное сопротивление трансформатора. Реактивное сопротивление конденсаторной батареи объекта.Реактивное сопротивление источника определяется как X s .

Гармонический резонанс энергосистемы

Показанная система будет имеет первую резонансную точку серии, определяемую Xc и Xt, и первую параллельную резонансная точка определяется Xc, Xt и Xs.

Из уравнения последовательного и параллельного резонанса можно получить заметил, что параллельный резонансный точка всегда ниже резонансной точки серии в практической степени установка системы.

Последовательный и параллельный резонанс в энергосистеме

Разница между последовательный и параллельный резонанс в энергосистеме — это серия резонанс создает низкий импеданс (максимальный ток в системе) тогда как параллельный резонанс создает большой импеданс , который даже при наличии небольшого тока может создать большое гармоническое падение напряжения и, следовательно, вызывают повреждения, связанные с перенапряжением.

Калькулятор ниже можно использовать для определения последовательной и параллельной резонансной частоты для простой системы.

Фильтр гармоник Резонанс

Важное наблюдение можно увидеть, наблюдая за графиком над. То, что обсуждалось о последовательном и параллельном резонансе, также может быть применено. к шунтирующему фильтру гармоник. Если размер фильтра соответствует размеру приложения, резонансная точка серии будет гармоническим порядком, который нуждается фильтрации, в то время как параллельная резонансная точка будет находиться в точке, удаленной от любой гармонические частоты, генерируемые системой.Теперь предположим, что некоторые из конденсаторов в фильтр не работает. Потеря емкости (увеличение Xc) приводит к перемещению ряда и параллельная резонансная точка, которая до отказа находилась в «безопасных» местах но, возможно, переместились в более проблемные области после выхода из строя конденсатора. результирующий фильтр может потреблять чрезмерный гармонический ток (последовательный резонанс) и выходят из строя или создают искажения высокого напряжения (параллельный резонанс).

Эффект цепи сопротивление в смягчении резонанса

Демпфирование, обеспечиваемое сопротивлениями в системе питания, помогает уменьшить катастрофические последствия резонанса энергосистемы. Резистивная нагрузка всего 10 % может иметь значительное положительное влияние на пиковый импеданс. Обратите внимание, что сопротивление цепи не не устраняет гармоники, это только уменьшает (демпфирует) повреждающие результаты, вызванные резонанс. Коммунальные предприятия в этом отношении имеют преимущество, поскольку они могут физически изменить расположение фильтров подавления гармоник, конденсаторных батарей на расположение, обеспечивающее дополнительное последовательное сопротивление линии. Промышленные установки делают не имеют такой роскоши и обычно имеют ограниченные возможности при установке конденсаторные батареи или фильтры.

Резистивная нагрузка и ее влияние на пик параллельного резонанса

Батареи конденсаторов обычно устанавливается на шине низковольтной подстанции сразу после подстанции трансформатор. Отношение X/R в таком месте имеет тенденцию быть высоким или в другом месте. словами, сопротивление в этом месте относительно меньше и, следовательно, параллельно резонансный пик будет очень резким и высоким. Применение конденсаторных батарей на такое расположение необходимо пересмотреть, чтобы определить, где находится точка резонанса. (используйте приведенный выше калькулятор в качестве предварительной проверки перед использованием инженерных программа моделирования).Если резонансная точка системы находится вблизи одной из доминирующие гармоники, производимые на объекте (скажем, 5 th , 7 th д.), то у нас проблемы. решением будет либо изменить размер банка, либо использовать «расстроенный» конденсаторная батарея.

Небольшие дробные двигатели HP немного помогают с системой демпфирования резонанс, так как их кажущееся отношение X/R низкое. С другой стороны, больший HP двигатели имеют высокое отношение X/R и могут делать наоборот. Очень большие двигатели также склонны повлиять на частотную характеристику системы и может изменить резонансная точка.Инженерный анализ должен будет включать такие большие (>500 л.с.) нагрузки двигателя.

Вывод: Гармонический резонанс — это сила проблема качества, которую трудно визуализировать, поскольку ущерб, причиненный из-за резонанс вывел бы систему из резонанса (самокорректирующегося) за счет время, когда инженер выполняет измерение или анализ. Отсюда важное шаги в диагностике гармонического резонанса, чтобы сначала определить, если система конфигурация может дрейфовать в состояние последовательного или параллельного резонанса по мере того, как подробно в этой статье.Подробный компьютерный анализ гармоник может обычно определяют состояние резонанса.

Другие статьи по теме: Калькулятор коэффициента мощности, Калькулятор резонанса, Калькулятор фильтра гармоник, Соединение конденсаторов звездой и треугольником, Расчет кВАР в усилителях

Серия

PAR | High Voltage Inc

Модели серии PAR представляют собой высоковольтные комплекты для испытаний диэлектриков переменным током , используемые для испытаний многих типов оборудования подстанций, воздушных подъемников, кабелей и других нагрузок, требующих напряжения переменного тока для выполнения испытаний на стойкость/проверку и Диагностическое тестирование : Частичный разряд и Тестирование дельтатангенса/коэффициента мощности .Этот модельный ряд обеспечивает высокую мощность и высокое напряжение на выходе переменного тока, как и обычные 50/60 Гц. тестовые наборы. Однако серия PAR имеет уникальную конструкцию и предназначена для тестирования высокоемкостных устройств и кабелей. Его конструкция тестирует эти нагрузки, минимизируя входную мощность, размер, вес и стоимость источника питания. В серии PAR используется резонансная технология , а именно: параллельный резонанс с переменной индуктивностью .

Обзор технологии

Резонансная технология используется для испытания AC высокоемкостного электрического оборудования или силового кабеля с частотой 50/60 Гц.частота сети . Зарядные токи этих емкостных нагрузок, как правило, очень высоки, поэтому требуется, чтобы хипоты переменного тока были рассчитаны на мощность в сотни кВА. Резонансная технология использует основные и давно проверенные электрические принципы для своей конструкции и работы, чтобы снизить уровни необходимого энергопотребления, позволяя проводить испытания переменным током высокого напряжения более экономично, чем это возможно в противном случае. При использовании серии PAR требуемый входной ток обычно в 10–30 раз меньше, чем при использовании обычных источников питания с фиксированной индуктивностью.Конструкция высоковольтного трансформатора или реактора включает регулируемый стальной сердечник с воздушным зазором для изменения индуктивности системы для компенсации емкости тестируемой нагрузки. Намерение состоит в том, чтобы создать ситуацию управляемого резонанса , где L = C , оставив только резистивные элементы нагрузки, требующие тока/мощности, из тестового набора.

Номиналы моделей, предлагаемые HVI, оптимальны для заводских или полевых испытаний двигателей и генераторов , а также аппаратуры подстанции , такой как распределительные устройства, шинопроводы, разрядники или вводы, а также более короткие кабели среднего напряжения. Другие размеры доступны по индивидуальному заказу. (HVI производит только параллельные резонансные, а не серийные.)

Для расчета испытательного тока: Ампер = 𝟐𝝅𝒇𝑪𝑽 или A = ωCV ω (омега) = 2𝝅𝒇 f = частота (Гц) C = емкость нагрузки (фарады) V = испытательное напряжение (вольты)

В параллельных резонансных цепях резонанс возникает, когда индуктивное реактивное сопротивление (XL) резонансного набора переменной катушки индуктивности «настроено» так, чтобы соответствовать емкостному реактивному сопротивлению (Xc) нагрузки, фактически компенсируя емкостную природу нагрузки, оставляя только резистивные элементы.Тогда общий ток цепи находится «в фазе» с напряжением питания, поскольку две равные и противоположные реактивные составляющие компенсируют друг друга.

Сопротивление = R, XL = ωL, XC = 1/ωC ​​

ω = 2πƒ (ƒ = частота)

Ом для 50 Гц. = 314 Ом для 60 Гц. = 377

Коэффициент качества «Q»

Q-фактор качества — это мера уровня снижения потребляемой мощности тестового комплекта для обеспечения мощности, необходимой для теста. Добротность или добротность резонансного контура является мерой чистоты или качества резонансного контура.Q представляет собой отношение накопленной мощности (реактивное сопротивление) к рассеиваемой мощности (сопротивление).
Q = Pнакопленное / Pрассеянное = I2X / I2R = X/R, где X = емкостное или индуктивное реактивное сопротивление.
В параллельном резонансном контуре мощность, или кВА, на нагрузке примерно в Q раз превышает общую входную мощность системы. Например:

  1. Цепь с добротностью 20 будет потреблять 1 кВА входной мощности от сети приблизительно для 20 кВА реактивной мощности на нагрузке.
  2. Параллельный резонансный комплект, рассчитанный на 50 [email protected] 5 А на выходе, настроенный на емкостное реактивное сопротивление шинопровода или распределительного устройства, может подавать на нагрузку 250 кВА полной мощности, потребляя при этом менее 10 кВА мощности от сети общего пользования.
  3. Обмотка статора генератора с типичной Q 10 будет потреблять от сети менее 11 кВА, в то время как на катушки подается реактивная мощность 100 кВА.

HVI предлагает двухрежимную конструкцию контроллера. Поставляемый ПЛК может быть запрограммирован пользователем для полной автоматизации повторяющихся испытаний в автоматическом режиме или для выполнения простых тестов Hipot в ручном режиме. Профили тестирования для автоматического режима могут быть предварительно заданы на заводе или могут быть введены с сенсорного экрана на передней панели или с удаленного ПК.Операция легко модифицируется с помощью программирования релейной логики.

Системные характеристики

Контроллер ПЛК

поставляется в комплекте Автоматический/ручной выбор режима вывода Непрерывно регулируемое моторизованное выходное напряжение Программируемая скорость нарастания выходного напряжения: 500–5000 В/с Фиксированная первичная перегрузка по току, заводская установка на 120 % от тока Регулируемая вторичная перегрузка по току: 10–110 % от номинального . Обеспечение нулевого пуска и внешней блокировки. Вторичные подключенные счетчики напряжения и тока

Характеристики включают:

Автоматический или ручной режим Большой цветной сенсорный дисплей 320 x 240 Графическое отображение выходного напряжения/тока Полное графическое отображение в конце теста Создание отчета о тестировании Сохранение и вызов профилей тестирования

Параметры, устанавливаемые пользователем

  • Автоматический или ручной режим
  • Уставка напряжения
  • Уставка превышения тока
  • Время ожидания теста
  • Скорость нарастания напряжения (10–100 с)

Выбор испытательного комплекта переменного тока Номинальная мощность в кВА

Номинальное напряжение необходимого прибора известно из спецификации испытаний или стандарта.Необходимо определить требуемый номинальный ток. Основываясь на емкости нагрузки, используйте следующую формулу для расчета тока нагрузки:

Ампер = ωCV ,      ω (омега) = 2

   f = частота (Гц)    C = емкость нагрузки (фарады)    V = испытательное напряжение (вольты)

Для расчета испытательного тока:

Ампер =  или А = ωCV

ω (омега) = 2

f = частота (Гц.)

C = емкость нагрузки (фарады)

В = испытательное напряжение (В)

Параллельный резонансный контур RLC

В параллельных резонансных цепях резонанс возникает, когда индуктивное реактивное сопротивление (X L ) резонансного набора переменной индуктивности «настраивается» в соответствии с емкостным реактивным сопротивлением (Xc) нагрузки, что фактически устраняет емкостную природу нагрузки. оставив только резистивные элементы. Тогда общий ток цепи находится «в фазе» с напряжением питания, поскольку две равные и противоположные реактивные составляющие компенсируют друг друга.

Сопротивление = R,    X L = ωL,    X C = 1/ωC ​​

ω = 2πƒ   (ƒ = частота)

Ом для 50 Гц. = 314    ω для 60 Гц. = 377

Коэффициент качества «Q»

Q-фактор качества — это мера уровня снижения потребляемой мощности тестового комплекта для обеспечения мощности, необходимой для теста.

Добротность или добротность резонансного контура является мерой чистоты или качества резонансного контура.Q представляет собой отношение накопленной мощности (реактивное сопротивление) к рассеиваемой мощности (сопротивление).

Q = P накапливается / P рассеивается = I 2 X / I 2 R = X/R, где X = емкостное или индуктивное реактивное сопротивление.

В параллельном резонансном контуре мощность, или кВА, на нагрузке примерно в Q раз превышает общую входную мощность системы. Например:

  1. Цепь с добротностью 20 будет потреблять 1 кВА входной мощности от сети приблизительно для 20 кВА реактивной мощности на нагрузке.
  2. Параллельная резонансная установка, рассчитанная на 50 кВ переменного тока при выходном токе 5 А, настроенная на емкостное реактивное сопротивление токопровода или распределительного устройства, может подавать на нагрузку 250 кВА полной мощности при потреблении менее 10 кВА мощности от сети общего пользования.
  3. Обмотка статора генератора с типичной добротностью Q 10 будет потреблять от сети менее 11 кВА, в то время как на катушки подается реактивная мощность 100 кВА.

Риск резонанса из-за гармоник в энергосистеме

Учитывая упрощенную схему, представленную на рис. L29 (без подключенных конденсаторов PFC):

Искажение напряжения V h на уровне шин возникает из-за двух разных факторов:

  • подключение нелинейных нагрузок, генерирующих гармонические токи I h ,
  • Искажение напряжения U h присутствует в питающей сети из-за нелинейных нагрузок вне рассматриваемой цепи (входящее гармоническое напряжение).

Важным показателем гармонического значения является процент нелинейных нагрузок N LL , рассчитываемый по формуле:

NLL(%)=Мощность нелинейных нагрузокМощность трансформатора питания{\displaystyle N_{LL(\%)}={\frac {\text{Мощность нелинейных нагрузок}}{\text{Мощность питания трансформер}}}}

Рис. L29 – Упрощенная принципиальная схема

Подключение конденсаторов ККМ (без дросселей) приводит к усилению гармонических токов на уровне сборных шин и увеличению искажений напряжения.

Конденсаторы являются линейными реактивными устройствами и, следовательно, не генерируют гармоники. Однако установка конденсаторов в энергосистеме (в которой импедансы преимущественно индуктивны) может привести к возникновению полного или частичного резонанса. на одной из гармонических частот.

Из-за гармоник ток I C , циркулирующий через конденсаторы PFC, выше по сравнению с ситуацией, когда присутствует только основной ток I 1 .

Если собственная частота сочетания реактивного сопротивления батареи конденсаторов и энергосистемы близка к определенной гармонике, то возникает частичный резонанс с усиленными значениями напряжения и тока на соответствующей частоте гармоники. В этом конкретном случае повышенный ток вызовет перегрев конденсатора с ухудшением качества диэлектрика, что может привести к его окончательному выходу из строя.

Порядок h 0 собственной резонансной частоты между индуктивностью системы и батареей конденсаторов определяется выражением:

h0 = SscQ {\ displaystyle h_ {0} = {\ sqrt {\ frac {S_ {sc}} {Q}}}}

Где:

S sc = уровень мощности короткого замыкания системы (кВА) в точке подключения конденсатора
Q = мощность конденсаторной батареи в кВАр собственная частота f 0 , т.е.е. f 0 /50 для системы с частотой 50 Гц или f 0 /60 для системы с частотой 60 Гц.

Например:

Номинальная мощность трансформатора: S = 630 кВА
Напряжение короткого замыкания: У п/к = 6%
Мощность короткого замыкания на уровне шин: S sc ~ 10 МВА
Реактивная мощность конденсаторной батареи: Q = 350 кВАр

Тогда:

h0=SscQ=10.{3}}{350}}}=5,5}

Собственная частота комбинации конденсатор/система-индуктивность близка к частоте 5-й гармоники системы.

Для системы с частотой 50 Гц собственная частота f 0 равна f 0 = 50 x h 0 = 50 x 5,5 = 275 Гц

Рис. L30 – Упрощенная электрическая схема

ОСНОВЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ: ФЕРРОРЕЗОНАНС | Качество электроэнергии в электрических системах

Феррорезонанс обычно описывается как нерегулярный и хаотический тип резонанса.Это явление возникает из-за нелинейная характеристика сердечников с железным сердечником (насыщение) индукторов — ферромагнитных материал, например трансформатор. Феррорезонанс часто связывают с нежелательных и разрушительных перенапряжений, но нашел несколько полезных применений в трансформаторах постоянного напряжения, которые могут смягчить проблемы с качеством электроэнергии вроде скачки напряжения.


В основном феррорезонанс включает ряд подключение насыщающихся катушек индуктивности и емкости системы за счет шунтирующих конденсаторных батарей, последовательных конденсаторов, внутренней емкости трансформаторов, воздушных линий и кабели.Обычно это не происходит в распределительных системах, но в некоторых могут быть установлены такие условия, как разомкнутая фаза во время однополюсного переключение. В связи с этим конфигурации трансформаторных батарей становятся важным Фактор, влияющий на возникновение феррорезонанса. Утрата фаза/и или наличие открытой фазы является наиболее распространенным условием, которое делает феррорезонанс весьма возможен (но не всегда). Некоторые из этих событий перечислены ниже: 1.    Один или два предохранители распределительного щита могут перегореть, оставив трансформатор с одним или двумя фазы открыты.Это также верно для однофазных реклоузеров. 2.    Переключение вручную ненагруженный трехфазный трансформатор или группа трансформаторов (с кабелем), где только одна фаза закрыта. Феррорезонанс может возникнуть, когда первая линия закрыта при подаче питания или перед размыканием последней фазы при отключении питания. 3.    Руководство коммутация ненагруженного трехфазного трансформатора с кабельным питанием, где один из линии разомкнуты как при включении питания, так и при отключении питания. Более того, там являются обычными системными условиями, которые помогают увеличить вероятность явление феррорезонанса, включая, но не ограничиваясь: · Трехфазные системы с однофазным включением устройства (т.грамм. вырезанные предохранители) · Первичные соединения незаземленного трансформатора · Более высокие уровни распределительного напряжения – выше 15 кВ · Длинные подземные кабельные сети · Ручное переключение и повреждение кабеля во время строительство подземных кабельных систем · Переключение ненагруженного или слабонагруженного трансформеры · Трансформаторы с малыми потерями (например, аморфные) · Нестабильные и слабые системы (низкая MVA короткого замыкания) Как возникает феррорезонанс?

Фигура ниже показан эффективно заземленный трехфазный источник, питающий ненагруженный трехфазный трансформатор с Delta Primary.Между собой соединения однополюсные переключатели и экранированные кабели, которые имеют значительную емкость для земля (С).

Образец феррорезонансной схемы

Когда переключатель при замкнутой фазе А две фазы трансформатора запитываются через емкости кабеля от B-G и C-G. В цепях переменного тока помните, что емкость появляется как короткое замыкание в момент закрытия. Это вызывает обмотки трансформатора ветвей A-B и A-C для получения нормального пускового тока.

Трансформер железо во время первого цикла приложенного напряжения могло насытиться из-за замыкания на или близкое к нулю напряжение и/или из-за остаточного потока в сердечнике трансформатора. Как следствие, насыщение создает большой импульс тока через обмотки трансформатора и емкости фаз В и С. Затем железо трансформатора выпадает из насыщение, оставляющее достаточный захваченный заряд (напряжение) на емкости кабеля. В последующих циклах трансформатор может перейти в режим насыщения. в противоположном направлении, таким образом, изменяя полярность захваченного заряда на емкость.Если трансформатор продолжает входить в состояние насыщения и выходить из него, линейное и должны возникать перенапряжения между линией и землей, что может привести к перевозбуждению трансформатора, а также выход из строя разрядников и изоляции в трансформаторе или система. Более того, закрытие второй фазы может привести к состоянию не лучше, чем описано над. Тем не менее, если все три фазы замкнуты, феррорезонанс прекратится. Феррорезонанс обычно может привести к следующим неисправностям, которые можно отметить и измерить: Пик напряжения (т.е. линия-линия и/или линия-земля) может достигать пяти и более раз превышает номинальное напряжение системы. Ограничители перенапряжения, особенно низковольтные типы обычно повреждаются, что свидетельствует о возникновении феррорезонанса. Другой такие устройства, как электроника, также могут выйти из строя из-за высокого напряжения. б. Излишний Шум в трансформаторе Это в основном вызвано магнитострикцией стального сердечника. доведены до насыщения. Шум описывается как скулящий, урчащий или дребезжащий. и он громче и отличается от обычного гула трансформатора.в. Нерегулярный формы волны напряжения и тока Мерцание является примером этой аномалии, которая значительно влияет на электронные устройства — немедленный отказ и/или сокращение ожидаемого срока службы. д. Трансформер Перегрев В случаях многократного насыщения сердечника магнитный поток будет найти до стенки резервуара и других металлических компонентов, которые являются частями трансформатор, где поток не ожидается. Нагревание может вызвать пузырение или обугливание краски на верхней части бака.IEEE C57.105-1978. Руководство для Применение трансформаторных соединений в трехфазных распределительных сетях

Цепь RLC для определения явления феррорезонанса

Контекст 1

… представляет собой сложное нелинейное электрическое явление, которое может вызывать диэлектрические и тепловые проблемы для электроэнергетического оборудования. Термин «феррорезонанс» появился в публикациях еще в 1920-х годах и относится ко всем колебательным явлениям, происходящим в электрической цепи, содержащей нелинейный индуктор, конденсатор и источник напряжения [1 – 3].Феррорезонанс не возникает обычно или предсказуемо в ответ на конкретный стимул, поэтому его сложно анализировать. Стабильные отклики установившегося состояния не уникальны в этих системах, что означает, что от одних и тех же начальных параметров схемы может исходить более одного отклика. Система может перейти в неожиданное нелинейное состояние из нормального устойчивого состояния в ответ на переходное напряжение, замыкание фазы на землю, подачу или отключение питания оборудования, индуцированные перенапряжения молнии или любые другие быстрые изменения.Это обстоятельство может накладывать на систему сильные гармонические искажения и высокие (несколько единиц на единицу) перенапряжения, которые могут привести к серьезному повреждению оборудования энергосистемы [3, 4]. Явление феррорезонанса может иметь место, когда сердечник индуктивного устройства становится насыщенным, а его характеристика потока тока становится нелинейной. В то время как в случае линейного резонансного контура резонансная частота хорошо определена, в случае нелинейного контура колебания могут существовать на различных частотах, в зависимости от многих факторов конкретного случая.Привычная линейная математика имеет проблемы с объяснением явлений феррорезонанса, поэтому она не вполне подходит для изучения феррорезонанса [1, 5-7]. Крупнейшая электроэнергетическая компания Малайзии, TNB (Tenaga Nasional Berhad), несколько раз выходила из строя трансформаторы напряжения (ТН) 33 кВ в своей распределительной системе. Эта статья направлена ​​на определение того, связана ли причина отказов с эффектом феррорезонанса. В работе по моделированию также предлагается несколько методов ослабления, которые можно применять для уменьшения или устранения эффекта феррорезонанса.В энергосистемах феррорезонанс обычно связан с колебательным явлением, имеющим нелинейную катушку индуктивности, конденсатор и источник напряжения, что приводит к сильно искаженным перенапряжениям и сверхтокам. Первым шагом в понимании явления феррорезонанса является понимание концепции резонанса, которую можно объяснить, используя простую RLC-цепь, как показано на рисунке 1. Эта линейная цепь резонирует на некоторых заданных частотах, когда индуктивная (XL) и емкостная (XC) ) реактивные сопротивления компенсируют друг друга.Эти значения импеданса предсказуемы и изменяются с изменением частоты. Емкость C всегда будет иметь емкостное сопротивление, как в уравнении 1, а индуктивность L всегда будет иметь индуктивное сопротивление, как в уравнении 2, где ω — частота …

Контекст 2

… ток, как видно из уравнения 3, зависит от сопротивления R. Условие в уравнении 3 возникает только при возникновении феррорезонанса. Если это сопротивление мало, то ток в цепи RLC может стать очень большим.Величину этого тока во время резонанса можно предсказать по уравнению 3. Если катушку индуктивности на рисунке 1 заменить нелинейной катушкой индуктивности с железным сердечником, невозможно предсказать точные значения напряжения и тока, как они могли бы быть в линейной модели. Уравнение 3 не будет указывать величину производимого тока [4 – 6]. По мере увеличения тока увеличивается и плотность магнитного потока до определенной точки, где наклон перестает быть линейным, а увеличение тока приводит к умеренному увеличению плотности магнитного потока.Эта точка называется точкой насыщения. На рис. 2 показана зависимость между плотностью магнитного потока и током. По мере увеличения тока в ферромагнитной катушке после точки насыщения индуктивность катушки изменяется очень быстро. Это позволяет току принимать опасно высокие значения. Именно эти высокие токи вызывают повреждение оборудования феррорезонансом. Большинство трансформаторов имеют сердечники из ферромагнитного материала. Вот почему феррорезонанс вызывает беспокойство при работе трансформатора [3 – 6].Когда возникает феррорезонанс, его можно идентифицировать по определенным отличительным характеристикам. В явлениях феррорезонанса стальной сердечник доходит до точки насыщения, что приводит к слышимому шуму. По мере того, как сердечник переходит в режим высокой плотности потока, силы магнитострикции вызывают движение пластин сердечника. Этот звук отличается от обычного жужжащего бормотания, постоянного гудящего звука трансформатора при нормальной работе. Феррорезонанс может вызвать высокие перенапряжения и токи. Это может привести к непоправимому повреждению как первичной, так и вторичной цепей трансформатора.Нагрев, вызванный сверхтоками, может привести к необратимому повреждению изоляции трансформатора. Хуже того, трансформатор может полностью выйти из строя. Как видно из рисунка 3, соединение между линией индуктивного сопротивления (X L ) и линией емкостного сопротивления (X C ) создает ток в цепи и напряжение на катушке индуктивности V L . В резонансе эти две линии становятся параллельными, что дает решения с бесконечным напряжением и током (при условии, что элемент без потерь). Когда X L больше не является линейным, например, с насыщающейся катушкой индуктивности, реактивное сопротивление X L больше не может быть представлено прямой линией.Теперь графическое решение выглядит так, как показано на рис. 4. Феррорезонанс возникает из-за того, что индуктивность в цепи является ферромагнитной; это означает, что у него есть сердечник из ферромагнитного материала, обычно из железа. Прекрасным примером ферромагнитной индуктивности является трансформатор [4-9]. В обычной энергосистеме явления феррорезонанса имеют место, когда трансформатор изолируется от кабельной части таким образом, что емкость кабеля оказывается последовательной с характеристикой намагничивания трансформатора.Для коротких кабелей емкость очень мала, и есть одно решение в третьем квадранте при относительно низких уровнях напряжения. По мере увеличения емкости точка решения ползет вверх по кривой насыщения в третьем квадранте до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не станет значительно выше нормы. Эти рабочие точки могут быть относительно стабильными, в зависимости от характера переходных процессов, вызвавших феррорезонанс. Следующие четыре вещи необходимы для возникновения феррорезонанса.Во-первых, необходим источник синусоидального напряжения, для которого вполне подойдет генератор энергосистемы. Во-вторых, ферромагнитные индуктивности, это могут быть силовые трансформаторы или трансформаторы напряжения. Третий — емкость: это может быть связано с установленными конденсаторами энергосистемы, емкостью линий электропередачи, большой емкостью подземного кабеля или емкостью незаземленной системы. Наконец, низкое сопротивление: это может быть слабонагруженная энергосистема (например, ненагруженный трансформатор), низкий источник питания при коротком замыкании или низкие потери в цепи [7-10].Расследование было проведено специально в связи с отказом VT в PMU Kota Kemuning в Малайзии. Программа электромагнитных переходных процессов (EMTP) использовалась для моделирования этой реальной системы. На рис. 5 показана упрощенная однолинейная схема для PMU 132/33 кВ Кота Кемунинг (подстанция в Селангоре, Малайзия). В 00:45 час ПМУ Кота Кемунин 3Т0 сообщил об отключении в результате взрыва красной фазы ВТ 33 кВ. Детали оборудования приведены в Таблице 1. Авария также привела к отключению другого ВРУ 33 кВ 2000А Д/Б 3ТО [3 – 5].Последовательность событий во время отказа ТН также фиксировалась регистратором событий ТНБ и системой контроля аварийной сигнализации подстанций (САМС). Видно, что вводной выключатель 132 кВ (310) разомкнулся в 00:49:35 из-за неисправного ТН. Также сообщалось, что на ВТ были трещины, а его части откололись. Все три предохранителя VT были разомкнуты, а контактная поверхность винтовой крышки с клеммными колодками была сильно изъедена. Задние крышки и опорные каналы были повреждены из-за повышения давления внутри панели.EMTP — это программа компьютерного моделирования, специально разработанная для изучения переходных процессов в энергосистеме. Он содержит большое количество подробных моделей энергетического оборудования или встроенных настроек, которые упрощают утомительную работу по созданию представления системы. Как правило, это программное обеспечение для моделирования можно использовать при проектировании электрической системы или при обнаружении или прогнозировании эксплуатационных проблем энергосистемы. ATP-EMTP используется в этом процессе моделирования для наблюдения за электрическим откликом системы передачи.Программное обеспечение ATP-EMTP включает в себя два типа нелинейных компонентов: тип 93 — это настоящая нелинейная модель, а другой тип включает две псевдонелинейные модели, называемые типом 96 и типом 98. Нелинейность элемента четко очерчена как нелинейная функция в истинная нелинейная модель, такая как поток как функция тока. Программное обеспечение, используя метод Ньютона-Рафсона, решает комбинацию нелинейных уравнений и соответствующий системный эквивалент на каждом временном шаге. В псевдонелинейных моделях нелинейность моделируется как ряд кусочно-линейных сегментов.Этот метод преобразует наклоны сегмента в эквивалент Нортона с резистором, подключенным параллельно с соответствующим источником тока [6 – 11]. В этой статье для представления характеристик магнитного сердечника трансформатора напряжения использовалась истинная нелинейная модель типа 93. Данные кривой намагничивания приведены в таблице 2. Значение тока в зависимости от напряжения было получено на вторичной стороне трансформатора напряжения. Значения тока по отношению к напряжению для первичной стороны были рассчитаны с применением коэффициента отношения витков.В таблице 3 показаны рассчитанные среднеквадратичные значения и p.u (на единицу) для первичной обмотки трансформатора напряжения. Условие феррорезонанса может быть смоделировано при соблюдении всех трех предварительных условий, обсуждавшихся ранее. Схема системы для ТН 3T0, показанная на рис. 5, может быть эффективно сведена к эквивалентной феррорезонансной схеме, показанной на рис. 6. Синусоидальное напряжение питания (е) подается на ТН через последовательный конденсатор С СЕРИИ. Шунтирующая емкость высоковольтной обмотки ТН относительно земли может в значительной степени повлиять на значение C SHUNT.В этом разделе рассматривается влияние изменения номиналов последовательных конденсаторов. Целью этой серии симуляций является определение диапазона значений последовательной емкости, в пределах которого вероятно возникновение феррорезонанса. Если диапазон значений, необходимых для возникновения феррорезонанса, находится в пределах реального диапазона, например, последовательная емкость, представленная разомкнутым предохранителем, может быть проверена по физическим размерам, и тогда при такой конфигурации может возникнуть феррорезонанс.Моделирование проводилось при фиксированном значении шунтирующего конденсатора (C SHUNT) 97,4 пФ и значении сопротивления в намагничивающей ветви (RC) 16,9 МОм. Цепь питалась от источника переменного тока пиковым напряжением 26,94 кВ, частотой 50 Гц. Переключатель, управляемый по времени, замыкался в 0 с и отключался через 0,25 с. В таблице 5 показано влияние изменения номиналов последовательных конденсаторов. Пиковое напряжение и пиковый ток на ТН регистрировались до и после срабатывания ключа.Время от 0 с до 0,25 с считалось временем до размыкания переключателя, а оставшееся время – после размыкания переключателя. На рис. 8 показаны формы выходных сигналов для серии 50 пФ …

Пример: Резонанс 5-й гармоники

‍ Загрузить PDF: Пример: Резонанс 5-й гармоники

Измерительные инструменты: Анализатор качества электроэнергии Fluke 43B
Оператор: Инженер-электрик по водоснабжению
Используемые функции: Напряжение, спектр гармоник

Описание проблемы

Небольшой город получает воду из горного озера в 30 милях от него.Насосная система на озере подает воду по короткому склону в длинный самотечный трубопровод, питающий городскую систему водоснабжения.

Перед попаданием в трубопровод вода проходит через фильтр, очищающий от мусора. Когда перепад давления на фильтре становится слишком высоким, большой насос обратной промывки на мгновение меняет направление потока, чтобы очистить фильтр. Обратный поток несет мусор в отстойник.

Этот насос обратной промывки приводится в действие трехфазным двигателем мощностью 650 л.с. с плавным пуском.«Детектор обратной последовательности» помогает защитить этот важный двигатель, отключая его при обрыве фазы или когда искажение напряжения превышает заданный уровень.

Электроэнергия для этого двигателя поступает через 30-мильную линию электропередач, берущую начало в городе. Конденсатор коррекции коэффициента мощности рядом с насосом обратной промывки улучшает коэффициент мощности и снижает потери напряжения в конце этой 30-мильной линии. Долгое время эта конфигурация работала без проблем.

После небольшого землетрясения в близлежащих горах возникли вопросы по поводу продолжения подачи воды в случае отключения электричества.Как город получит воду, если из-за землетрясения пропадет коммуникационная связь? Ответ был генератор. Впоследствии город добавил к системе дизель-генератор и автоматический переключатель (см. рис. 1).

Тестирование системы при питании от генератора выявило проблему. Насос обратной промывки внезапно останавливался в середине пусковой последовательности. И он останавливался, потому что детектор обратной последовательности подавал сигнал остановки на управление двигателем. От какой электрической аномалии защищал двигатель детектор обратной последовательности? Была ли потеря фазы? Чрезмерное искажение напряжения? Каковы были характеристики и источник этой аномалии? К сожалению, городской инженер не смог ответить на эти вопросы с имеющимся у него тестовым оборудованием.После некоторых исследований по поиску устройства, которое позволило бы ему видеть, что происходит, он купил Fluke 43B.

Измерения

Инженер заподозрил искажение напряжения, поэтому он подключил Fluke 43B между фазами ко входу для плавного пуска и выбрал «Гармоники». Во время пусковой последовательности Fluke 43B показывал искажение 5-й гармоники, возрастающее до 80 % от основной гармоники до сигнала остановки.

Теория и анализ

Коэффициент мощности идеального рабочего объема (DPF) равен 1.0. Это происходит, когда ток и напряжение совпадают по фазе. Индуктивные нагрузки двигателя вызывают отставание тока, тем самым снижая DPF. Обычно это приводит к штрафу со стороны коммунальных служб, поэтому многие пользователи устанавливают конденсатор, чтобы обеспечить коррекцию DPF.

Однако комбинация индуктивности и емкости образует резонансный контур, что может привести к высокому циркулирующему току на резонансной частоте. Стандартной практикой является выбор емкости конденсатора с достаточно большим значением, чтобы скорректировать DPF как минимум до 0.9, но не настолько большим, чтобы напряжение отставало от тока. Результирующая конфигурация дает резонансную частоту между 5-й и 7-й гармониками.

Проблемы могут возникнуть, если в цепи есть источник гармоник вблизи резонансной частоты. В случае насоса обратной промывки источником гармоник была полупроводниковая коммутационная операция плавного пуска.

Почему схема работала нормально при питании от сети, но не работала при питании от генератора? Разница заключается в импедансе источника.Низкий импеданс сети означает, что она может поглощать гармонические токи, не вызывая значительных искажений напряжения. Импеданс генератора намного выше, чем у сети. Гармонические токи, втекающие в генератор, вызвали достаточное искажение напряжения, чтобы сработала схема защиты обратной последовательности и выдала стоп-сигнал.

Решение

Городской инженер решил проблему, переместив конденсатор на сторону электросети переключателя. В этой конфигурации генератор никогда не видит конденсатор, и условие резонанса не существует, когда генератор питает цепь.

Щелкните здесь, чтобы загрузить полный файл в формате pdf: Практический пример: резонанс 5-й гармоники

Разница между резонансом и собственной частотой

Если у вас есть электрическая цепь, состоящая из конденсатора (емкость C) и катушки индуктивности (индуктивность L), и вы нагрузите конденсатор, вы увидите синусоидальные колебания в этой цепи, как только отключите питание. Вызванная потерями амплитуда колебаний будет уменьшаться с каждым циклом. Частота колебаний является собственной частотой этой цепи и определяется как 2*π*f=1/sqrt(L*C).

Если вы подключите источник переменного тока (возбудитель) последовательно к катушке и конденсатору, вы увидите огромное увеличение напряжения, как только вы возбудите цепь с ее собственной частотой. Этот эффект называется резонансом, а соответствующая частота называется резонансной частотой. Из-за повышения напряжения речь идет о резонансе напряжения.

Если вы подключите возбудитель параллельно катушке и конденсатору, вы получите тот же эффект с током, протекающим в цепи.В данном случае речь идет о токовом резонансе.

Оба случая важны для испытаний емкостного оборудования линий электропередачи, таких как кабели, генераторы или системы GIS/GIL, поскольку современные высоковольтные испытательные установки используют либо режим параллельного резонанса, либо режим последовательного резонанса для получения требуемой испытательной мощности.

В серии LC ckt, при подключении к источнику переменной частоты, частота при изменении достигает точки, когда индуктивное реактивное сопротивление становится равным емкостному реактивному сопротивлению, ток в цепи становится очень высоким (теоретически бесконечным в чисто нерезистивной цепи), его степень зависит от общего унаследованного сопротивления катушки индуктивности и конденсатора.Частота в этой точке называется резонансной частотой. Собственная частота, как обычно понимается, представляет собой нормальную частоту источника питания, которая обычно составляет 50 Гц или 60 Гц. Резонансная частота равна 1/2pi, умноженной на 1/LC.

Собственная частота составляет 50 Гц или 60 Гц в зависимости от того, где вы живете. Резонанс может возникнуть при любом кратном основному (естественному). Резонанс следует понимать, прочитав любое количество базовых курсов по электротехнике. В энергосистемах резонанс возникает с последовательной сетью или параллельной сетью, состоящей из катушки индуктивности и конденсатора.Типичное применение включает конденсаторы для коррекции коэффициента мощности. Эти конденсаторы включены последовательно с индуктивностью системы. Когда возникает резонанс, комбинация импедансов LC-цепи падает почти до нуля, что приводит к чрезвычайно высокому току на резонансной частоте. В энергосистемах это обычно 5-я или 7-я гармоника, но не ограничивается этими частотами.

В случае параллельного резонанса ток, циркулирующий в LC-контуре, очень велик, но напряжение на двух клеммах становится очень высоким.Это привело к повреждению двигателей и, в некоторых случаях, трансформаторов. Чаще всего это приводит к повреждению кабеля.

Когда мы используем конденсаторы для коррекции коэффициента мощности, мы фактически создаем параллельный резонанс на частотах 50 Гц/60 Гц, поэтому основная частота мощности равна собственной частоте + частота параллельного резонанса. кроме основного резонанса, существует частичный последовательный резонанс (который усиливает реактивный ток более высокой частоты) из-за нелинейных нагрузок (имеющих частоты более высокого порядка как преобладающие в их цикле тока), поэтому, когда эти типы нагрузок работают на частоте 50 Гц / 60 Гц источника питания существует вероятность частотного резонанса более высокого порядка (из-за составляющих X(ind) и X(cap) источника и нагрузки соответственно), что увеличивает гармоническую нагрузку тока на трансформатор(ы) и конденсатор(ы) в сети.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.