Негативы параллельного и последовательного резонансов. Параллельный резонанс в силовой сети и его особенности. Факторы, снижающие риски параллельного резонанса.
Любая электрическая цепь, включающая, как емкостную, так и индуктивную нагрузки имеет одну или несколько собственных частот, а когда одна из этих частот совпадает с частотой энергосистемы, может возникнуть резонанс, при котором амплитуды напряжения и тока на этой частоте увеличиваются до высоких, а часто критических значений (для оборудования и/или его компонентов). Именно в этом профильные специалисты в области качества электроэнергии сегодня видят корень большинства проблем, связанных с гармоническими искажениями в энергосистемах. В материале ниже доступно изложены основы параллельного и последовательного резонансов, а также влияние нагрузок различного типа на резонансные явления в силовых сетях низкого (и не только) напряжения.
Параллельный резонанс в силовой сети и его особенности
На рисунке ниже показана энергосистема с потенциальными проблемами параллельного резонанса, где шунтирующая сборка конденсаторов (конденсаторная батарея, установка УКРМ, УКРМТ) установлена параллельно индуктивности эквивалентной системы (индуктивности источника Хsource и трансформатора ХТ), что формирует замкнутый контур из емкости С и индуктивности Leq.
Параллельный резонанс возникает, когда реактивное сопротивление ХС и распределительной системы компенсируют друг друга. Частота, на которой происходит это явление, называется параллельной резонансной частотой и о может быть выражена следующим уравнением:
где R - эквивалентное сопротивление источника и трансформатора;
Leq - эквивалентная индуктивность комбинированного источника и трансформатора;
C = емкость конденсаторной батареи (установки, модуля).
На резонансной частоте общее сопротивление параллельной комбинации эквивалентной индуктивности и емкости, становится очень большим, т.е.
где Q = XL/R = XC/R и R << XLeq.
Q - quality factor часто называют добротностью резонансной схемы, и этот показатель значительно варьируется в зависимости от местоположения контура в энергосистеме. Q может быть меньше 5 на распределительном фидере и более 30 на вторичной шине мощного понижающего трансформатора. При параллельном резонансе гармонический ток небольшой амплитуды может в итоге дать существенный, даже критический Iresonation, протекающий в конденсаторной батарее или в энергосистеме, что может привести к выходу из строя конденсаторов, перегоранию предохранителя или перегреву трансформатора.
Степень увеличения напряжения и тока при параллельном резонансе определяется емкостью блока шунтирующих конденсаторов.
Факторы, снижающие риски параллельного резонанса
Вместе с тем, факт наличия риска параллельного резонанса далеко не всегда имеет негативные последствия для силовой сети, оборудования, поскольку демпфирование, обеспечиваемое сопротивлением в энергосистеме, часто бывает достаточным для предотвращения возникновения критических напряжений и токов. На рисунке ниже показана характеристика импеданса параллельной резонансной цепи для различных величин резистивной нагрузки в паре с емкостью.
Всего 10-процентная резистивная нагрузка может оказать значительное положительное влияние на пиковый импеданс и, соответственно негативы параллельного резонанса. Аналогичным образом, если между конденсаторной батареей, установкой и ближайшим трансформатором проложены кабели значительной длины, то скорей всего резонанс будет незначительным из-за высокого сопротивления эквивалентной цепи.
О негативах последовательного резонанса в следующем материале цикла.
