Поскольку современные энергосистемы всё больше зависят от нелинейных нагрузок, коэффициент гармонических искажений тока (THDi) стал критически важным фактором, обеспечивающим качество электроэнергии и долговечность оборудования. В этой статье мы рассмотрим, что такое коэффициент гармонических искажений тока (THDi), причины его возникновения, его влияние на оборудование и способы его снижения с помощью современных методов фильтрации гармоник.

1. Что такое THDi?

Коэффициент гармонических искажений тока (THDi) используется для измерения степени искажения формы тока в энергосистеме и представляет собой отношение суммарного гармонического тока к току основной гармоники, обычно выражаемое в процентах.

Согласно национальному стандарту GB/T 14549-93:

Общественные сети: THDi < 5%

Высоковольтные сети (>10 кВ): THDi < 4%

Промышленные системы: THDi < 5%

Жилые системы: THDi < 3%

Высокопроизводительные системы (например, системы хранения энергии): THDi может быть < 3%

2. Основные источники гармонических искажений Коэффициент нелинейных искажений (THDi) в основном возникает в нелинейных нагрузках — устройствах, в которых зависимость напряжения от тока не подчиняется закону Ома. Такие устройства потребляют несинусоидальные токи даже при синусоидальном напряжении, создавая гармоники с частотой, кратной основной.

Вот основные примеры:

Полупроводниковые коммутационные устройства (диоды, тиристоры, IGBT): вызывают импульсные или обрезанные сигналы, что приводит к появлению гармоник более высокого порядка.

Промышленные зарядные устройства с выпрямлением : 6-импульсные выпрямители создают THDi >30% с 5-й, 7-й, 11-й и 13-й гармониками. 12-импульсные выпрямители снижают THDi до 8–10%, но все равно требуют фильтрации.

3. Влияние высокого коэффициента нелинейных искажений на оборудование

1. Перегрев и снижение номинальных характеристик трансформатора Гармонические токи увеличивают вихревые токи, потери в меди и паразитные потери в трансформаторах. Скин-эффект усиливается, вызывая повышение температуры и требуя снижения номинальных характеристик (обычно на 15–20%). Длительный перегрев приводит к старению изоляции и сокращению срока службы.

2. Резонанс конденсатора и риск взрыва Конденсаторы имеют реактивное сопротивление, зависящее от частоты. Гармоники высокого порядка (например, 11-я) могут вызывать резонанс и скачки тока. Реальные данные показывают гармонические скачки тока от 1,3% до 39%, что приводит к перенапряжению конденсатора и возможному взрыву.

3. Деградация изоляции кабеля Гармоники усиливают скин-эффект и двойной нагрев кабеля. Наложение третьих гармоник в несбалансированных системах увеличивает ток в нейтральной линии до трёх раз по сравнению с фазным током, увеличивая риск разряда, короткого замыкания и возгорания.

4. Искажение напряжения и неисправность оборудования Когда THDi превышает 15%, увеличивается искажение напряжения (THDu), что влияет на прецизионные системы управления и чувствительную электронику.

4. Эффективные меры по снижению гармонических искажений

1. Обновиться до 12-импульсные выпрямители Замена 6-импульсных выпрямителей снижает THDi с 30–40% до 8–12%.

2. Коррекция коэффициента мощности (ККМ) Активные схемы коррекции коэффициента мощности в зарядных устройствах и блоках питания способны подавлять 5-ю и 7-ю гармоники, достигая THDi <5%.

3. Активные фильтры мощности (АФМ) Фильтры APF обнаруживают гармоники в режиме реального времени и подают компенсационные токи. Благодаря времени отклика <5 мс и эффективности подавления 95%, они охватывают гармоники со 2-й по 50-ю. В сочетании с пассивными LC-фильтрами они эффективно подавляют 11-ю и 13-ю гармоники — идеальное решение для защиты трансформатора.

5. Реальные сценарии применения

Наши решения по фильтрации гармоник при использовании с промышленными зарядными устройствами EverExceed значительно повысили качество электроэнергии в ключевой инфраструктуре:

Транспортные узлы (станции высокоскоростной железной дороги и метро)

Муниципальные объекты и подстанции

Системы освещения электростанций и коммутационные пункты

В ходе этих развертываний показатели квалификации напряжения возросли с 75% до 99%, а повреждение компонентов из-за нестабильности напряжения сократилось на 90%.

Заключение: почему важно управление THDi Коэффициент нелинейных искажений (THDi) — это не просто технический параметр, а важнейший индикатор состояния энергосистемы. Проактивное подавление гармоник защищает ваше оборудование, повышает эффективность и обеспечивает стабильную работу.

EverExceed предлагает передовые решения для фильтрации гармоник, специально разработанные для промышленного применения. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать, как мы можем помочь вам оптимизировать ваши энергосистемы для повышения производительности, безопасности и надежности.