Расчёт гармонического резонанса конденсаторной батареи с сетью

Параметры сети и батареи
Класс напряжения выбирает столбец норм в таблицах 1–5 ГОСТ 32144-2013: чем выше напряжение, тем жёстче допускаемые коэффициенты гармонических составляющих.
Линейное напряжение сети в точке подключения батареи. Используется для перевода реактивных сопротивлений в абсолютные значения.
Мощность короткого замыкания в точке подключения конденсаторной батареи. Характеризует индуктивное сопротивление питающей сети и определяет порядок резонанса.
Реактивная мощность конденсаторной батареи, включаемой для компенсации. Определяет порядок резонанса совместно с мощностью короткого замыкания.
Расстроенный фильтр
Отношение реактивного сопротивления реактора к реактивному сопротивлению конденсатора на основной частоте. Типовые исполнения 5,67% и 7%. Задаётся по паспорту оборудования: коэффициентов расстройки в нормативной базе проекта нет.
Гармоника, ниже которой должен лежать последовательный резонанс фильтра. По ней определяется минимально необходимая расстройка 100 / n²: для 5-й гармоники это 4%, для 7-й — 2,04%.
Проверка резонанса
Относительное отклонение, в пределах которого порядок резонанса считается попадающим в гармонику: условие |h − n| / n ≤ полоса. Полоса задаётся пользователем, поскольку нормативного значения в ГОСТ 32144-2013 нет.
Гармонический спектр
Коэффициент 5-й гармонической составляющей напряжения по результатам измерений или расчёта. Пятая гармоника характерна для выпрямителей и преобразователей частоты.
Коэффициент 7-й гармонической составляющей напряжения. Седьмая гармоника возникает при работе шестипульсных выпрямителей.
Коэффициент 11-й гармонической составляющей напряжения. Характерна для двенадцатипульсных схем выпрямления.
Коэффициент 13-й гармонической составляющей напряжения. Учитывается при оценке суммарного искажения и при проверке резонанса.
По ГОСТ 32144-2013 коэффициенты гармонических составляющих нормируются для 95% интервала времени в одну неделю; для 100% интервала допускаются значения, увеличенные в 1,5 раза.
Войти для сохранения

Нормативная база

Всего документов: 3
Последняя проверка: 26.09.2026
Следующая проверка: 26.09.2027
Проверил: Воробьев Александр Владимирович, разработчик платформы

ГОСТ 32144-2013

Действует

ГОСТ 32144-2013 (МЭК 61000-2-2:2002, МЭК 61000-2-12:2011) «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»

Введён в действие: 01.07.2014
Утверждён: Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
Использованные разделы:
  • Таблица 1 — коэффициенты нечётных гармонических составляющих, не кратных 3, K_U(n) для 0,38; 6–25; 35 и 110–220 кВ (95% времени)
  • Таблица 2 — коэффициенты нечётных гармонических составляющих, кратных 3
  • Таблица 3 — коэффициенты чётных гармонических составляющих
  • Таблицы 4 и 5 — суммарные коэффициенты гармонических составляющих K_U для 95% и 100% интервала времени
  • п. 4.2.1 — номинальная частота 50 Гц
Проверено: 26.09.2026 — Воробьев А.В., разработчик платформы

Единственный источник числовых норм калькулятора. Коэффициенты K_U(n) заданы по порядкам гармоник и по четырём классам напряжения; значения отнесены к 95% интервала времени в одну неделю, а для 100% интервала увеличиваются в 1,5 раза, что подтверждается сопоставлением таблиц 4 и 5: суммарный коэффициент для 0,38 кВ равен 8,0% при 95% времени и 12,0% при 100%, то есть ровно в 1,5 раза больше. Стандарт задаёт номинальную частоту 50 Гц и нумерацию гармонических составляющих до 40-го порядка, к которым привязаны расчётные соотношения калькулятора. Соотношения для гармонического резонанса — порядок параллельного резонанса h = √(S_кз / Q_кб), порядок резонанса с реактором и порядок последовательного резонанса фильтра n₀ = 1 / √p — являются инженерными соотношениями для схемы замещения и в тексте стандарта не приведены: стандарт нормирует уровни гармоник, но не методику определения резонансных частот.

ГОСТ 30804.4.7-2013

Действует

ГОСТ 30804.4.7-2013 «Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств»

Введён в действие: 01.01.2014
Утверждён: Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
Использованные разделы:
  • Общие руководящие указания по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник, приведённые как методическая основа для получения исходного гармонического спектра
Проверено: 26.09.2026 — Воробьев А.В., разработчик платформы

Приведён как методический документ, определяющий порядок измерений гармоник и интергармоник, по результатам которых пользователь задаёт коэффициенты гармонических составляющих напряжения. Ни одного числового правила расчёта калькулятора этот стандарт не устанавливает и не содержит норм коэффициентов гармоник: нормы установлены ГОСТ 32144-2013. Папка data/normatives/gost-30804.4.7-2013 в базе проекта отсутствует, поэтому ссылка ведёт на официальный портал Росстандарта и выводится как «Официальный документ». Прямая ссылка на страницу документа в базе проекта не сохранена: (требует проверки).

ГОСТ 30804.4.30-2013

Действует

ГОСТ 30804.4.30-2013 «Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии»

Введён в действие: 01.01.2014
Утверждён: Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
Использованные разделы:
  • Методы измерений показателей качества электрической энергии, приведённые как методическая основа для получения исходного гармонического спектра
Проверено: 26.09.2026 — Воробьев А.В., разработчик платформы

Приведён как методический документ, определяющий методы измерений показателей качества электроэнергии, включая коэффициенты гармонических составляющих, которые пользователь вводит в калькулятор по результатам измерений. Норм коэффициентов гармоник этот стандарт не устанавливает: они содержатся в таблицах 1–5 ГОСТ 32144-2013, на которые в калькуляторе и выполнены все ссылки. В нормативной базе проекта документ упоминается в примечании к таблице 4.2.5 ГОСТ 32144-2013 как источник методов измерений. Папка data/normatives/gost-30804.4.30-2013 в базе проекта отсутствует, поэтому ссылка ведёт на официальный портал Росстандарта. Прямая ссылка на страницу документа в базе проекта не сохранена: (требует проверки).

Правовая оговорка: Результаты расчёта носят справочный характер и не заменяют проектную документацию. Перед принятием технических решений необходима проверка аттестованным специалистом. Нормативные документы, использованные в калькуляторе, актуальны по состоянию на дату последней проверки; при проектировании необходимо сверяться с действующими редакциями на официальных сайтах Росстандарта. Числовые нормы гармонических составляющих напряжения взяты из таблиц 1–5 ГОСТ 32144-2013; расчётные соотношения для гармонического резонанса являются инженерными соотношениями для схемы замещения и в тексте стандарта не приведены. Мощность короткого замыкания и коэффициенты гармонических составляющих задаются пользователем по проектным данным или результатам измерений, поэтому достоверность результата определяется исходными данными. Полоса совпадения резонанса с гармоникой и коэффициент расстройки фильтра задаются пользователем, поскольку нормативных значений этих величин в использованных документах нет. Расчёт выполнен для установившегося режима на промышленной частоте 50 Гц и не учитывает активные сопротивления элементов контура, добротность, насыщение сердечника реактора и переходные процессы коммутации.
История проверок
  • 26.09.2026 — Воробьев А.В., разработчик платформы : Первичная верификация нормативной базы калькулятора гармонического резонанса. Проверены состав документов, статусы, используемые таблицы и разделы. Подтверждены 3 документа, все действующие. Установлено, что числовые нормы коэффициентов гармонических составляющих содержатся только в таблицах 1–5 ГОСТ 32144-2013 и что все 7 правил расчёта опираются на этот документ. Проверено, что папки data/normatives/gost-30804.4.7-2013 и data/normatives/gost-30804.4.30-2013 в базе проекта отсутствуют, поэтому оба документа включены как ссылки на официальный портал с полными наименованиями, сверенными по справочным данным документов проекта. Отдельно подтверждено, что ни один из трёх документов не содержит коэффициентов расстройки фильтров и не устанавливает методику определения резонансных частот, в связи с чем коэффициент расстройки и полоса совпадения резонанса в калькуляторе задаются пользователем.

Технический паспорт калькулятора

Автор: Воробьёв Александр Владимирович · Редакция 4.0.0 · Проверено 26.09.2026

Методика расчёта гармонического резонанса конденсаторной батареи с сетью

Расчёт основан на схеме замещения, в которой питающая сеть представлена эквивалентным индуктивным сопротивлением X_с, определяемым мощностью короткого замыкания в точке подключения, а конденсаторная батарея — ёмкостным сопротивлением X_C, определяемым её реактивной мощностью. На частоте гармоники n-го порядка индуктивное сопротивление сети возрастает пропорционально номеру гармоники, а ёмкостное сопротивление батареи убывает обратно пропорционально, поэтому на некоторой частоте они становятся равны и возникает параллельный резонанс. Порядок резонанса вычисляется по формуле h = √(S_кз / Q_кб) и сопоставляется с зонами 5, 7, 11 и 13-й гармоник с заданной полосой совпадения. Включение последовательного реактора переводит ветвь фильтра в последовательный колебательный контур: параллельный резонанс смещается вниз по формуле h = √(r / (1 + p × r)), а последовательный резонанс фильтра оказывается на гармонике n₀ = 1 / √p, ниже которой фильтр эффективно шунтирует ток гармоники. Минимально необходимая расстройка определяется из условия n₀ < n_цели и составляет 100 / n_цели² процентов. Дополнительно вычисляется суммарный коэффициент искажения синусоидальности K_U = √(Σ K_U(n)²) и проверяется его соответствие таблицам 1–5 ГОСТ 32144-2013 с учётом интервала времени нормирования.

Основные формулы

  • Порядок параллельного резонанса батареи с сетью: $$h = \sqrt{\frac{S_{кз}}{Q_{кб}}} = \sqrt{\frac{X_C}{X_с}}$$
    Где S_кз — мощность короткого замыкания в точке подключения, Q_кб — реактивная мощность конденсаторной батареи, X_C и X_с — ёмкостное сопротивление батареи и индуктивное сопротивление сети на основной частоте. На частоте гармоники n-го порядка X_с(n) = X_с × n, X_C(n) = X_C / n, поэтому равенство этих сопротивлений достигается при n = √(X_C / X_с). Порядок резонанса определяет номер гармоники, на которой возникает резонансный перегруз батареи.
  • Порядок резонанса с последовательным реактором: $$h = \sqrt{\frac{r}{1 + p \cdot r}}, \quad r = \frac{S_{кз}}{Q_{кб}}$$
    Где p — коэффициент расстройки фильтра. Ветвь фильтра имеет сопротивление X_L(n) − X_C(n) = p × X_C × n − X_C / n, а сопротивление сети равно X_с × n. Приравнивая их, получаем h² = r / (1 + p × r). Это значение всегда меньше последовательного резонанса фильтра n₀ = 1 / √p, поскольку X_с + p × X_C > p × X_C, что и обеспечивает отстройку батареи от резонанса.
  • Порядок последовательного резонанса фильтра: $$n_0 = \frac{1}{\sqrt{p}}$$
    Где p — коэффициент расстройки, равный отношению реактивного сопротивления реактора к реактивному сопротивлению конденсатора на основной частоте. На гармонике n₀ сопротивление ветви фильтра обращается в нуль, и фильтр представляет собой короткое замыкание для тока этой гармоники. Расстройке 7% соответствует n₀ = 3,78, расстройке 5,67% — n₀ = 4,2.
  • Минимально необходимая расстройка фильтра: $$p_{min} = \frac{100}{n_{цели}^2}, \%$$
    Получена из условия n₀ < n_цели: подставляя n₀ = 1 / √p, получаем p > 1 / n_цели². Для отстройки от 5-й гармоники расстройка должна быть строго больше 4%, от 7-й — больше 2,04%. Равенство недопустимо, поскольку тогда n₀ совпадает с целевой гармоникой и фильтр на ней не работает.
  • Реактивные сопротивления сети и батареи: $$X_с = \frac{U^2}{S_{кз}}, \quad X_C = \frac{U^2}{Q_{кб}}, \quad X_L = p \cdot X_C, \quad L = \frac{X_L}{\omega}$$
    Где U — линейное напряжение сети, ω = 2πf — угловая частота. Для сети 0,38 кВ при S_кз = 10,5 МВ·А сопротивление сети составляет 0,0152 Ом, при Q_кб = 100 кВАр сопротивление батареи — 1,6 Ом, а индуктивность реактора при расстройке 7% — 0,357 мГн.
  • Суммарный коэффициент искажения синусоидальности: $$K_U = \sqrt{\sum_{n=2}^{40} K_{U(n)}^2}$$
    Где K_U(n) — коэффициент гармонической составляющей n-го порядка в процентах. Суммирование ведётся по гармоникам до 40-го порядка, присутствующим в заданном спектре. Полученное значение сопоставляется с предельным суммарным коэффициентом по таблицам 4 и 5 ГОСТ 32144-2013.
  • Предельный коэффициент отдельной гармоники: $$K_{U(n)}^{доп} = K_{U(n)}^{95} \cdot k_{инт}$$
    Где K_U(n)^95 — табличное значение коэффициента для 95% интервала времени по таблицам 1–3 ГОСТ 32144-2013, k_инт — множитель интервала времени: 1 для 95% и 1,5 для 100% интервала. Гармоника считается превысившей норму, если её фактический коэффициент больше полученного предельного значения.

Пошаговая инструкция

  1. Шаг 1. Выберите класс напряжения сети и укажите её линейное напряжение в точке подключения батареи.
  2. Шаг 2. Укажите мощность короткого замыкания в точке подключения и реактивную мощность конденсаторной батареи.
  3. Шаг 3. Определите порядок параллельного резонанса h = √(S_кз / Q_кб).
  4. Шаг 4. Задайте полосу совпадения резонанса и проверьте, попадает ли h в зоны 5, 7, 11 и 13-й гармоник.
  5. Шаг 5. Выберите гармонику отстройки и определите минимально необходимую расстройку 100 / n_цели².
  6. Шаг 6. Укажите коэффициент расстройки фильтра по паспорту и проверьте, что порядок n₀ = 1 / √p лежит ниже гармоники отстройки.
  7. Шаг 7. Определите смещение параллельного резонанса при включении реактора: h = √(r / (1 + p × r)).
  8. Шаг 8. Определите реактивные сопротивления сети и батареи, а также сопротивление и индуктивность реактора.
  9. Шаг 9. Введите коэффициенты 5, 7, 11 и 13-й гармонических составляющих напряжения и интервал времени нормирования.
  10. Шаг 10. Вычислите суммарный коэффициент искажения K_U, сопоставьте его с нормой и проверьте каждую гармонику по таблицам 1–3.

Ограничения

  • Калькулятор определяет частотные условия резонанса, но не его амплитуду: для резонансного тока и перенапряжения необходимы добротность контура, активные сопротивления элементов и спектр токов гармоник нелинейной нагрузки.
  • Мощность короткого замыкания задаётся пользователем и не рассчитывается; её достоверность определяет результат, поскольку порядок резонанса пропорционален квадратному корню из отношения мощностей.
  • Расчётная модель учитывает только одно плечо сети и одну батарею; при наличии нескольких батарей, распределённых по сети, а также при питании от генераторов с иными частотными характеристиками требуется расчёт полной схемы замещения.
  • Активные сопротивления элементов контура не учитываются, поэтому резонанс рассматривается как идеальный, без учёта демпфирования, которое в реальности ограничивает амплитуду резонансных явлений.
  • Расчёт привязан к промышленной частоте 50 Гц; для сетей 60 Гц и автономных источников с отклонением частоты свыше нормы порядок и частота резонанса требуют пересчёта.

Допущения

  • Питающая сеть представлена эквивалентным индуктивным сопротивлением X_с = U² / S_кз, а её активная составляющая не учитывается, что справедливо для сетей с преобладанием индуктивного сопротивления.
  • Мощность короткого замыкания принимается постоянной и не зависящей от частоты, поэтому индуктивное сопротивление сети считается строго пропорциональным номеру гармоники.
  • Коэффициент расстройки принимается постоянным, а индуктивность реактора — не зависящей от тока, хотя при больших токах гармоник возможно насыщение сердечника и снижение индуктивности.
  • Полоса совпадения резонанса с гармоникой задаётся пользователем, поскольку нормативного значения в использованных документах нет; принимаемое значение определяет, считается ли резонанс опасным.
  • Гармонический спектр представлен гармониками 5, 7, 11 и 13-го порядка, характерными для шести- и двенадцатипульсных выпрямителей и преобразователей частоты.

Особые случаи

  • Порядок резонанса попадает сразу в зоны двух гармоник: При большой полосе совпадения список совпавших гармоник содержит несколько номеров, и резонанс помечается как опасный с перечислением всех затронутых гармоник.
  • Расстройка выбрана меньше минимально необходимой: Расчёт выполняется, но расстройка помечается как недостаточная, и указывается минимально необходимая величина и отрицательный запас в процентах.
  • Мощность короткого замыкания велика по сравнению с мощностью батареи: Порядок резонанса оказывается высоким и выходит за пределы зон 5, 7, 11 и 13-й гармоник, резонанс признаётся неопасным, и необходимость реактора определяется другими условиями.
  • Мощность батареи сравнима с мощностью короткого замыкания: Порядок резонанса снижается до области низших гармоник; при отношении мощностей менее 25 резонанс попадает ниже 5-й гармоники, что требует особого внимания, поскольку коэффициенты низших гармоник максимальны.
  • Все заданные коэффициенты гармоник равны нулю: Суммарный коэффициент искажения равен нулю, соответствие нормам подтверждается, а преобладающей считается 5-я гармоника с нулевым коэффициентом.
  • Гармоника отстройки выбрана выше преобладающей гармоники спектра: Расчёт выполняется, расстройка признаётся достаточной по выбранной цели, но в примечаниях указывается, что фактическая эффективность фильтра определяется по преобладающей гармонике спектра.

Графики и визуализация

Наглядное представление зависимости параметров:

Порядок резонанса от мощности конденсаторной батареиЗависимость порядка параллельного резонанса от мощности конденсаторной батареи при постоянной мощности короткого замыкания 10,5 МВ·А. С ростом мощности батареи резонансная гармоника смещается вниз: при 10 кВАр резонанс приходится на 32,404, при 100 кВАр — на 10,247, при 500 кВАр — на 4,583, при 1000 кВАр — на 3,24. Кривая описывается зависимостью h = √(S_кз / Q_кб) и показывает, что мощные батареи особенно опасны: их резонанс попадает в область 3, 5 и 7-й гармоник, где коэффициенты гармонических составляющих максимальны.Порядок резонанса от мощности конденсаторной батареиМощность батареи Q_кб, кВАрПорядок резонанса h0.07.514.922.429.837.31025501002505001000

Зависимость порядка параллельного резонанса от мощности конденсаторной батареи при постоянной мощности короткого замыкания 10,5 МВ·А. С ростом мощности батареи резонансная гармоника смещается вниз: при 10 кВАр резонанс приходится на 32,404, при 100 кВАр — на 10,247, при 500 кВАр — на 4,583, при 1000 кВАр — на 3,24. Кривая описывается зависимостью h = √(S_кз / Q_кб) и показывает, что мощные батареи особенно опасны: их резонанс попадает в область 3, 5 и 7-й гармоник, где коэффициенты гармонических составляющих максимальны.

Параметры: Класс напряжения сети = 0,38 кВ, Напряжение сети = 400, Мощность короткого замыкания = 10.5, Коэффициент расстройки фильтра = 7, Гармоника отстройки = 5-я гармоника, Полоса совпадения резонанса = 10, Коэффициент 5-й гармоники = 4, Коэффициент 7-й гармоники = 2, Коэффициент 11-й гармоники = 1, Коэффициент 13-й гармоники = 0.5, Интервал времени нормирования = 95% интервала времени

Смещение резонанса при включении реактораСравнение двух кривых при мощности короткого замыкания 10,5 МВ·А и батарее 100 кВАр: верхняя кривая — последовательный резонанс фильтра n₀ = 1/√p, нижняя — параллельный резонанс батареи с сетью после включения реактора h = √(r / (1 + p × r)). Обе кривые убывают с ростом расстройки, причём нижняя всегда лежит ниже верхней. При расстройке 7% последовательный резонанс приходится на 3,78, а параллельный — на 3,546; при 14% они снижаются до 2,673 и 2,586. Именно то, что параллельный резонанс всегда ниже последовательного, и обеспечивает отстройку батареи от резонанса.Смещение резонанса при включении реактораКоэффициент расстройки p, %Порядок резонанса0.01.63.34.96.68.213455.6771014

Сравнение двух кривых при мощности короткого замыкания 10,5 МВ·А и батарее 100 кВАр: верхняя кривая — последовательный резонанс фильтра n₀ = 1/√p, нижняя — параллельный резонанс батареи с сетью после включения реактора h = √(r / (1 + p × r)). Обе кривые убывают с ростом расстройки, причём нижняя всегда лежит ниже верхней. При расстройке 7% последовательный резонанс приходится на 3,78, а параллельный — на 3,546; при 14% они снижаются до 2,673 и 2,586. Именно то, что параллельный резонанс всегда ниже последовательного, и обеспечивает отстройку батареи от резонанса.

Параметры: Класс напряжения сети = 0,38 кВ, Напряжение сети = 400, Мощность короткого замыкания = 10.5, Мощность конденсаторной батареи = 100, Гармоника отстройки = 5-я гармоника, Полоса совпадения резонанса = 10, Коэффициент 5-й гармоники = 4, Коэффициент 7-й гармоники = 2, Коэффициент 11-й гармоники = 1, Коэффициент 13-й гармоники = 0.5, Интервал времени нормирования = 95% интервала времени

Зоны совпадения резонанса с гармоникамиОтклонение порядка резонанса h = 10,247 (S_кз = 10,5 МВ·А, Q_кб = 100 кВАр) от 5, 7, 11 и 13-й гармоник. Горизонтальный уровень полосы совпадения задан равным 10%: столбцы, не превышающие этот уровень, означают попадание резонанса в зону соответствующей гармоники. Наименьшее отклонение 6,85% приходится на 11-ю гармонику, поэтому именно она и определяет опасность резонанса; для 13-й гармоники отклонение составляет 21,18%, для 7-й — 46,39%, для 5-й — 104,94%.Зоны совпадения резонанса с гармоникамиПорядок гармоникиОтклонение порядка резонанса h = 10,247 от гармоники, %0.024.148.372.496.5120.7104.945-я гармоника46.397-я гармоника6.8511-я гармоника21.1813-я гармоника

Отклонение порядка резонанса h = 10,247 (S_кз = 10,5 МВ·А, Q_кб = 100 кВАр) от 5, 7, 11 и 13-й гармоник. Горизонтальный уровень полосы совпадения задан равным 10%: столбцы, не превышающие этот уровень, означают попадание резонанса в зону соответствующей гармоники. Наименьшее отклонение 6,85% приходится на 11-ю гармонику, поэтому именно она и определяет опасность резонанса; для 13-й гармоники отклонение составляет 21,18%, для 7-й — 46,39%, для 5-й — 104,94%.

Параметры: Класс напряжения сети = 0,38 кВ, Напряжение сети = 400, Мощность короткого замыкания = 10.5, Мощность конденсаторной батареи = 100, Коэффициент расстройки фильтра = 7, Гармоника отстройки = 5-я гармоника, Полоса совпадения резонанса = 10, Коэффициент 5-й гармоники = 4, Коэффициент 7-й гармоники = 2, Коэффициент 11-й гармоники = 1, Коэффициент 13-й гармоники = 0.5, Интервал времени нормирования = 95% интервала времени

Сравнение материалов

Параметр Фильтр с расстройкой 7% Фильтр с расстройкой 5,67%
Удельное сопротивление Не нормируется для данного типа Не нормируется для данного типа
Температурный коэффициент Зависимость индуктивности от температуры учитывается изготовителем Зависимость индуктивности от температуры учитывается изготовителем
Плотность Определяется конструкцией реактора Определяется конструкцией реактора
Стоимость Средняя Средняя
Применение Отстройка от гармонического резонанса в сетях с 5-й и 7-й гармониками Отстройка от гармонического резонанса в сетях с преобладанием 5-й гармоники
Преимущества Больший запас по расстройке и более глубокая отстройка от резонанса Меньшее повышение напряжения на конденсаторе и потери в реакторе
Типичное применение Промышленные сети с преобразователями частоты и выпрямителями Стандартное исполнение фильтрокомпенсирующих устройств для сетей 0,4 кВ
Срок службы 20 лет и более 20 лет и более
Основа расчёта Расстройка задаётся по паспорту оборудования Расстройка задаётся по паспорту оборудования
Диапазон n₀ = 3,78 при 50 Гц n₀ = 4,2 при 50 Гц
Примечание Расстройка 7% даёт порядок последовательного резонанса фильтра 3,78 при минимально необходимой расстройке 4% для отстройки от 5-й гармоники, то есть запас 75%. Параллельный резонанс батареи с сетью при отношении мощностей 105 смещается с 10,247 до 3,546. Применяется при необходимости наибольшего запаса и в сетях с заметным содержанием 7-й гармоники. Расстройка 5,67% даёт порядок последовательного резонанса 4,2 при минимально необходимой расстройке 4%, то есть запас 41,75%. Параллельный резонанс смещается с 10,247 до 3,886. Меньшая расстройка означает меньшее повышение напряжения на конденсаторе, что позволяет применять конденсаторы с меньшим номинальным напряжением, поэтому это наиболее распространённое исполнение.

Примеры расчёта

Пример 1: Резонанс на 11-й гармонике при Q = 100 кВАр

Входные данные:

  • Класс напряжения сети: 0,38 кВ
  • Напряжение сети: 400
  • Мощность короткого замыкания: 10.5
  • Мощность конденсаторной батареи: 100
  • Коэффициент расстройки фильтра: 7
  • Гармоника отстройки: 5-я гармоника
  • Полоса совпадения резонанса: 10
  • Коэффициент 5-й гармоники: 4
  • Коэффициент 7-й гармоники: 2
  • Коэффициент 11-й гармоники: 1
  • Коэффициент 13-й гармоники: 0.5
  • Интервал времени нормирования: 95% интервала времени

Результат:

  • Отношение S_кз / Q_кб: 105
  • Порядок параллельного резонанса h: 10.247
  • Частота параллельного резонанса, Гц: 512.35
  • Порядок резонанса с реактором: 3.546
  • Смещение резонанса реактором, %: 65.39
  • Гармоники в полосе совпадения: 11
  • Число совпадений: 1
  • Отклонение от ближайшей гармоники, %: 6.85
  • Резонанс в полосе гармоники: Да
  • Порядок последовательного резонанса n₀: 3.78
  • Минимально необходимая расстройка, %: 4
  • Сопротивление конденсатора X_C, Ом: 1.6
  • Сопротивление сети X_с, Ом: 0.0152
  • Индуктивность реактора, мГн: 0.357
  • Суммарный коэффициент искажения K_U, %: 4.61

Разбор: Отношение мощности короткого замыкания к мощности батареи равно 10 500 / 100 = 105, поэтому порядок параллельного резонанса составляет √105 = 10,247, что соответствует частоте 512,35 Гц. Ближайшая из проверяемых гармоник — 11-я (550 Гц), отклонение порядка резонанса от неё составляет |10,247 − 11| / 11 × 100% = 6,85%, что меньше полосы совпадения 10%, поэтому резонанс признаётся попадающим в зону 11-й гармоники и батарею нельзя включать без защитного реактора. Реактивные сопротивления равны X_с = 400² / 10,5·10⁶ = 0,0152 Ом и X_C = 400² / 100 000 = 1,6 Ом, их отношение 105 совпадает с отношением мощностей. При включении реактора с расстройкой 7% параллельный резонанс смещается по формуле h = √(105 / (1 + 0,07 × 105)) = 3,546, то есть снижается на 65,39%, а последовательный резонанс фильтра приходится на n₀ = 1 / √0,07 = 3,78, что ниже преобладающей 5-й гармоники. Минимально необходимая расстройка для отстройки от 5-й гармоники равна 100 / 25 = 4%, принятые 7% дают запас 75%. Индуктивность реактора составляет L = 0,07 × 1,6 / 314,159 = 0,357 мГн. Суммарный коэффициент искажения равен √(4² + 2² + 1² + 0,5²) = 4,61% при норме 8% для сети 0,38 кВ.

Пример 2: Смещение резонанса реактором 7%

Входные данные:

  • Класс напряжения сети: 0,38 кВ
  • Напряжение сети: 400
  • Мощность короткого замыкания: 10.5
  • Мощность конденсаторной батареи: 100
  • Коэффициент расстройки фильтра: 5.67
  • Гармоника отстройки: 5-я гармоника
  • Полоса совпадения резонанса: 10
  • Коэффициент 5-й гармоники: 4
  • Коэффициент 7-й гармоники: 2
  • Коэффициент 11-й гармоники: 1
  • Коэффициент 13-й гармоники: 0.5
  • Интервал времени нормирования: 95% интервала времени

Результат:

  • Порядок параллельного резонанса h: 10.247
  • Порядок резонанса с реактором: 3.886
  • Частота резонанса с реактором, Гц: 194.3
  • Смещение резонанса реактором, %: 62.08
  • Порядок последовательного резонанса n₀: 4.2
  • Частота последовательного резонанса, Гц: 209.98
  • Минимально необходимая расстройка, %: 4
  • Запас по расстройке, %: 41.75
  • Сопротивление реактора X_L, Ом: 0.091
  • Индуктивность реактора, мГн: 0.289

Разбор: С уменьшением расстройки с 7% до 5,67% смещение параллельного резонанса становится меньше: h = √(105 / (1 + 0,0567 × 105)) = 3,886 против 3,546 при 7%, то есть резонанс опускается на 62,08% вместо 65,39%. Последовательный резонанс фильтра при этом приходится на n₀ = 1 / √0,0567 = 4,2 вместо 3,78, оставаясь ниже преобладающей 5-й гармоники, но с меньшим запасом относительно неё. Минимально необходимая расстройка 4% даёт запас 41,75% вместо 75%. Сопротивление и индуктивность реактора также уменьшаются: 0,091 Ом и 0,289 мГн против 0,112 Ом и 0,357 мГн. Меньшая расстройка приводит к меньшему повышению напряжения на конденсаторе, что позволяет применять конденсаторы с меньшим номинальным напряжением.

Пример 3: Проверка по 100% интервалу времени

Входные данные:

  • Класс напряжения сети: 0,38 кВ
  • Напряжение сети: 400
  • Мощность короткого замыкания: 10.5
  • Мощность конденсаторной батареи: 100
  • Коэффициент расстройки фильтра: 7
  • Гармоника отстройки: 5-я гармоника
  • Полоса совпадения резонанса: 10
  • Коэффициент 5-й гармоники: 8
  • Коэффициент 7-й гармоники: 2
  • Коэффициент 11-й гармоники: 1
  • Коэффициент 13-й гармоники: 0.5
  • Интервал времени нормирования: 100% интервала времени

Результат:

  • Интервал времени, %: 100% интервала времени
  • Суммарный коэффициент искажения K_U, %: 8.32
  • Предельный суммарный коэффициент, %: 12
  • Запас до предельного значения, %: 30.65
  • Соответствие по суммарному коэффициенту: Соответствует
  • Число превышений по отдельным гармоникам: 0
  • Коэффициент преобладающей гармоники, %: 8
  • Гармоники в полосе совпадения: 11

Разбор: При переходе к 100% интервалу времени нормы увеличиваются в 1,5 раза: предельный суммарный коэффициент для сети 0,38 кВ возрастает с 8% до 12%, а норма 5-й гармоники — с 6% до 9%. Коэффициент 5-й гармоники 8% превысил бы норму 95% времени, но укладывается в норму 100% времени. Суммарный коэффициент равен √(8² + 2² + 1² + 0,5²) = 8,32% при норме 12%, запас 30,65%, ни одна гармоника не превышает своего предельного значения. Резонансные условия при этом не изменяются: порядок резонанса h = 10,247 по-прежнему попадает в зону 11-й гармоники, поскольку резонанс зависит только от мощностей, а не от гармонического спектра.

Пример 4: Сеть 35 кВ с превышением норм

Входные данные:

  • Класс напряжения сети: 35 кВ
  • Напряжение сети: 35000
  • Мощность короткого замыкания: 500
  • Мощность конденсаторной батареи: 3000
  • Коэффициент расстройки фильтра: 7
  • Гармоника отстройки: 5-я гармоника
  • Полоса совпадения резонанса: 10
  • Коэффициент 5-й гармоники: 4
  • Коэффициент 7-й гармоники: 2
  • Коэффициент 11-й гармоники: 1
  • Коэффициент 13-й гармоники: 0.5
  • Интервал времени нормирования: 95% интервала времени

Результат:

  • Класс напряжения: 35 кВ
  • Отношение S_кз / Q_кб: 166.667
  • Порядок параллельного резонанса h: 12.91
  • Частота параллельного резонанса, Гц: 645.5
  • Гармоники в полосе совпадения: 13
  • Отклонение от ближайшей гармоники, %: 0.69
  • Резонанс в полосе гармоники: Да
  • Сопротивление конденсатора X_C, Ом: 408.333
  • Сопротивление сети X_с, Ом: 2.45
  • Индуктивность реактора, мГн: 90.984
  • Суммарный коэффициент искажения K_U, %: 4.61
  • Предельный суммарный коэффициент, %: 4
  • Соответствие по суммарному коэффициенту: Не соответствует
  • Гармоники с превышением: 5

Разбор: В сети 35 кВ отношение мощностей равно 500 000 / 3000 = 166,667, поэтому порядок резонанса составляет √166,667 = 12,91, что отстоит от 13-й гармоники всего на 0,69% — практически точное совпадение, при котором резонансный перегруз батареи наиболее опасен. Одновременно нормы для сети 35 кВ жёстче: предельный суммарный коэффициент равен 4%, а норма 5-й гармоники — 3%, поэтому введённые коэффициенты дают K_U = 4,61% при норме 4% и превышение по 5-й гармонике. Ёмкостное сопротивление батареи велико (408,333 Ом при напряжении 35 кВ), а индуктивность реактора достигает 90,984 мГн, что характерно для высоковольтных фильтров. Расстройка 7% даёт n₀ = 3,78 и остаётся достаточной, поскольку ниже преобладающей 5-й гармоники.

Пример 5: Резонанс вдали от гармоник при большой мощности КЗ

Входные данные:

  • Класс напряжения сети: 0,38 кВ
  • Напряжение сети: 400
  • Мощность короткого замыкания: 500
  • Мощность конденсаторной батареи: 100
  • Коэффициент расстройки фильтра: 7
  • Гармоника отстройки: 5-я гармоника
  • Полоса совпадения резонанса: 10
  • Коэффициент 5-й гармоники: 4
  • Коэффициент 7-й гармоники: 2
  • Коэффициент 11-й гармоники: 1
  • Коэффициент 13-й гармоники: 0.5
  • Интервал времени нормирования: 95% интервала времени

Результат:

  • Отношение S_кз / Q_кб: 5000
  • Порядок параллельного резонанса h: 70.711
  • Частота параллельного резонанса, Гц: 3535.53
  • Гармоники в полосе совпадения: нет
  • Число совпадений: 0
  • Резонанс в полосе гармоники: Нет
  • Ближайшая гармоника: 13
  • Отклонение от ближайшей гармоники, %: 443.93
  • Оценка резонанса без реактора: Резонанс удалён от гармоник 5, 7, 11 и 13
  • Класс оценки без реактора: success
  • Отношение X_C / X_с: 5000

Разбор: При мощности короткого замыкания 500 МВ·А отношение мощностей достигает 500 000 / 100 = 5000, а порядок резонанса составляет √5000 = 70,711, то есть частота 3535,53 Гц. Это далеко за пределами проверяемых гармоник: ближайшая 13-я гармоника удалена на 443,93%, что многократно превышает полосу совпадения 10%. Резонансных явлений в области низших гармоник не возникает, и защитный реактор требуется не по условию резонанса, а по другим соображениям, например для ограничения токов гармоник. Сопротивление сети при такой мощности мало и составляет 0,0003 Ом, а отношение сопротивлений равно 5000.

Пример расчёта

Исходные данные

  • Класс напряжения сети: 0,38 кВ
  • Напряжение сети: 400
  • Мощность короткого замыкания: 10.5
  • Мощность конденсаторной батареи: 100
  • Коэффициент расстройки фильтра: 7
  • Гармоника отстройки: 5-я гармоника
  • Полоса совпадения резонанса: 10
  • Коэффициент 5-й гармоники: 4
  • Коэффициент 7-й гармоники: 2
  • Коэффициент 11-й гармоники: 1
  • Коэффициент 13-й гармоники: 0.5
  • Интервал времени нормирования: 95% интервала времени

Результат

  • Номинальная частота, Гц: 50
  • Класс напряжения: 0,38 кВ
  • Мощность короткого замыкания, МВ·А: 10.5
  • Мощность батареи, кВАр: 100
  • Отношение S_кз / Q_кб: 105
  • Порядок параллельного резонанса h: 10.247
  • Частота параллельного резонанса, Гц: 512.35
  • Порядок резонанса с реактором: 3.546
  • Частота резонанса с реактором, Гц: 177.31
  • Смещение резонанса реактором, %: 65.39
  • Оценка резонанса без реактора: Резонанс попадает в зону гармоники 11
  • Класс оценки без реактора: danger
  • Полоса совпадения, %: 10
  • Проверенных гармоник: 4
  • Гармоники в полосе совпадения: 11
  • Число совпадений: 1
  • Ближайшая гармоника: 11
  • Отклонение от ближайшей гармоники, %: 6.85
  • Резонанс в полосе гармоники: Да
  • Коэффициент расстройки, %: 7
  • Порядок последовательного резонанса n₀: 3.78
  • Частота последовательного резонанса, Гц: 188.98
  • Гармоника отстройки: 5-я гармоника
  • Минимально необходимая расстройка, %: 4
  • Запас по расстройке, %: 75
  • Расстройка достаточна: Да
  • Оценка расстройки: Расстройка ниже 5-й гармоники
  • Класс оценки расстройки: success
  • Напряжение сети, В: 400
  • Сопротивление конденсатора X_C, Ом: 1.6
  • Сопротивление сети X_с, Ом: 0.0152
  • Отношение X_C / X_с: 105
  • Сопротивление реактора X_L, Ом: 0.112
  • Индуктивность реактора, мГн: 0.357
  • Интервал времени, %: 95% интервала времени
  • Суммарный коэффициент искажения K_U, %: 4.61
  • Предельный суммарный коэффициент, %: 8
  • Запас до предельного значения, %: 42.38
  • Соответствие по суммарному коэффициенту: Соответствует
  • Класс соответствия: success
  • Число превышений по отдельным гармоникам: 0
  • Гармоники с превышением: нет
  • Преобладающая гармоника: 5
  • Коэффициент преобладающей гармоники, %: 4

Рекомендации

  • Проверяйте резонанс до установки батареи
    Включение конденсаторной батареи без проверки резонанса может привести к многократному возрастанию тока гармоник и разрушению конденсаторов. Порядок резонанса определяется мощностью короткого замыкания в точке подключения и мощностью батареи, и его следует сопоставить с гармониками, реально присутствующими в сети.
    Пример: Для батареи 100 кВАр при мощности короткого замыкания 10,5 МВ·А порядок резонанса равен 10,247 и отстоит от 11-й гармоники всего на 6,85%, поэтому включение без реактора недопустимо.
  • Выбирайте расстройку выше минимально необходимой
    Условие n₀ < n_цели даёт минимальную расстройку 100 / n_цели², которая должна выполняться строго. На практике принимают расстройку с запасом, используя типовые исполнения 5,67% или 7%, что обеспечивает запас 41,75% и 75% соответственно при отстройке от 5-й гармоники.
    Пример: При расстройке 3% порядок n₀ = 5,774 оказывается выше 5-й гармоники, и фильтр не работает; минимально необходимая расстройка для 5-й гармоники составляет 4%.
  • Уточняйте мощность короткого замыкания в точке подключения
    Порядок резонанса пропорционален квадратному корню из отношения мощностей, поэтому достоверность мощности короткого замыкания определяет результат. Её следует принимать по проектным данным или результатам измерений с учётом режима работы сети, поскольку при отключении части питающих элементов мощность короткого замыкания снижается и резонанс смещается.
    Пример: Снижение мощности короткого замыкания с 10,5 до 5,29 МВ·А смещает резонанс с 10,247 до 7,273, то есть переводит его из зоны 11-й гармоники в зону 7-й.
  • Ограничивайте мощность единичной батареи
    С ростом мощности батареи порядок резонанса снижается и может попасть в область низших гармоник, где коэффициенты гармонических составляющих максимальны. Разделение компенсации на несколько ступеней меньшей мощности снижает резонансные риски.
    Пример: При мощности короткого замыкания 10,5 МВ·А батарея 10 кВАр даёт резонанс на 32,404, а батарея 1000 кВАр — уже на 3,24, то есть в опасной области.
  • Применяйте реактор при любой близости резонанса к гармоникам
    Последовательный реактор смещает параллельный резонанс вниз и переводит последовательный резонанс фильтра на гармонику ниже опасной. Это значение всегда оказывается ниже последовательного резонанса фильтра, что гарантирует отстройку батареи от резонанса даже при значительном изменении параметров сети.
    Пример: Включение реактора с расстройкой 7% при отношении мощностей 105 смещает резонанс с 10,247 до 3,546, то есть снижает его на 65,39%.
  • Задавайте гармонический спектр по измерениям
    Коэффициенты гармонических составляющих зависят от состава нелинейной нагрузки и режима её работы, поэтому их следует определять измерением в конкретной точке присоединения по методам ГОСТ 30804.4.7-2013 и ГОСТ 30804.4.30-2013, а не принимать по типовым значениям.
    Пример: Преобладание 5-й гармоники требует расстройки, отличной от случая, когда преобладает 7-я гармоника, и выбор фильтра зависит именно от измеренного спектра.

Частые ошибки

  • Включение конденсаторной батареи без проверки резонанса с сетью
    Последствие: Если порядок резонанса совпадает с гармоникой, присутствующей в сети, ток этой гармоники в батарее возрастает в десятки раз, что приводит к перегреву, вспучиванию корпуса и разрушению конденсаторов
    Как избежать: Перед установкой батареи определять порядок резонанса h = √(S_кз / Q_кб) и сопоставлять его с зонами 5, 7, 11 и 13-й гармоник с учётом требуемой полосы совпадения
  • Выбор расстройки фильтра без проверки условия n₀ < n_цели
    Последствие: При недостаточной расстройке последовательный резонанс фильтра оказывается выше целевой гармоники, фильтр не отводит ток гармоники от сети, и резонанс не устраняется
    Как избежать: Проверять, что расстройка строго превышает 100 / n_цели²: для 5-й гармоники — 4%, для 7-й — 2,04%; на практике принимать 5,67% или 7%
  • Применение типовой мощности короткого замыкания вместо фактической
    Последствие: Порядок резонанса пропорционален корню из отношения мощностей, поэтому ошибка в мощности короткого замыкания смещает резонанс и может перевести его в зону другой гармоники, что делает вывод об опасности неверным
    Как избежать: Принимать мощность короткого замыкания по проектным данным или измерениям с учётом возможных режимов работы сети, при которых часть питающих элементов отключена
  • Установка батареи большой мощности единичной ступенью
    Последствие: С ростом мощности батареи порядок резонанса снижается: для 1000 кВАр при 10,5 МВ·А он составляет 3,24, то есть попадает в область 3-й гармоники, где риск резонансного перегруза максимален
    Как избежать: Разделять компенсацию на несколько ступеней меньшей мощности и проверять резонанс для каждой ступени с учётом её работы в составе батареи
  • Ожидание от реактора полного устранения резонанса
    Последствие: Реактор не устраняет резонанс, а лишь смещает параллельный резонанс вниз и переводит последовательный резонанс фильтра на гармонику ниже опасной; при неверно выбранной расстройке резонанс может остаться в опасной области
    Как избежать: Понимать, что реактор обеспечивает отстройку за счёт смещения резонанса, и проверять условие n₀ < n_цели для фактической гармоники спектра
  • Оценка соответствия нормам без учёта интервала времени
    Последствие: Нормы для 100% интервала времени в 1,5 раза выше норм для 95%, поэтому оценка по одному интервалу даёт либо ложное превышение, либо пропуск фактического нарушения
    Как избежать: Выполнять проверку отдельно для 95% и 100% интервала времени, сопоставляя с соответствующими таблицами 4 и 5 ГОСТ 32144-2013
  • Расчёт резонанса без учёта изменения параметров сети в разных режимах
    Последствие: Мощность короткого замыкания зависит от состава включённого оборудования, поэтому при изменении схемы питания резонансная гармоника смещается и может попасть в зону ранее безопасной гармоники
    Как избежать: Проверять резонанс для максимального и минимального значений мощности короткого замыкания, соответствующих возможным режимам работы сети

Часто задаваемые вопросы

Что такое гармонический резонанс конденсаторной батареи с сетью?

Питающая сеть обладает индуктивным сопротивлением, а конденсаторная батарея — ёмкостным. На частоте гармоники индуктивное сопротивление сети растёт пропорционально её номеру, а ёмкостное сопротивление батареи убывает обратно пропорционально. На некоторой частоте эти сопротивления становятся равны, и образуется параллельный резонансный контур с очень высоким сопротивлением: ток соответствующей гармоники, протекающий через батарею, многократно возрастает, что приводит к перегреву и разрушению конденсаторов.

Как рассчитывается порядок резонанса h?

Порядок параллельного резонанса определяется отношением мощности короткого замыкания в точке подключения к реактивной мощности батареи: h = √(S_кз / Q_кб). Для батареи 100 кВАр при мощности короткого замыкания 10,5 МВ·А отношение равно 105, а порядок резонанса — 10,247, что соответствует частоте 512,35 Гц при основной частоте 50 Гц. Эта же величина равна корню из отношения ёмкостного сопротивления батареи к индуктивному сопротивлению сети.

Почему резонанс проверяется именно для 5, 7, 11 и 13-й гармоник?

Эти гармоники характерны для наиболее распространённых нелинейных нагрузок: шестипульсные выпрямители дают 5, 7, 11 и 13-ю гармоники, а двенадцатипульсные — преимущественно 11 и 13-ю. Высшие гармоники этих порядков имеют наибольшие коэффициенты в реальных спектрах, а их частоты лежат в диапазоне, где резонанс конденсаторной батареи с сетью наиболее вероятен. Порядки, кратные трём (3, 9, 15), не проверяются отдельно, поскольку в трёхфазных симметричных сетях они обычно малы.

Что означает полоса совпадения резонанса?

Полоса совпадения задаёт относительное отклонение, в пределах которого порядок резонанса считается попадающим в гармонику: условие |h − n| / n ≤ полоса. Например, при полосе 10% и порядке резонанса 10,247 отклонение от 11-й гармоники составляет 6,85%, поэтому резонанс признаётся попадающим в её зону. Полоса задаётся пользователем, поскольку нормативного значения этой величины в использованных документах нет; чем шире полоса, тем больше гармоник будет признано опасными.

Как последовательный реактор устраняет резонанс?

Реактор включается последовательно с конденсатором и превращает ветвь фильтра в последовательный колебательный контур. Параллельный резонанс батареи с сетью смещается вниз по формуле h = √(r / (1 + p × r)), где r — отношение мощностей, p — коэффициент расстройки. При расстройке 7% и отношении мощностей 105 резонанс смещается с 10,247 до 3,546. Это значение всегда оказывается ниже последовательного резонанса фильтра, что и обеспечивает отстройку.

Что такое последовательный резонанс фильтра n₀?

На гармонике n₀ = 1 / √p сопротивление ветви фильтра обращается в нуль, и фильтр представляет собой короткое замыкание для тока этой гармоники, отводя его от сети. Расстройке 7% соответствует n₀ = 3,78, расстройке 5,67% — n₀ = 4,2. Главное условие эффективности: порядок n₀ должен быть ниже номера гармоники, для которой фильтр предназначен, что означает, что расстройка должна быть строго больше 100 / n_цели² процентов.

Как выбирается минимально необходимая расстройка?

Из условия n₀ < n_цели следует, что 1 / √p < n_цели, то есть p > 1 / n_цели². В процентах это даёт p_min = 100 / n_цели²: для отстройки от 5-й гармоники — 4%, от 7-й — 2,04%, от 11-й — 0,83%. Равенство недопустимо, поскольку тогда последовательный резонанс совпадёт с целевой гармоникой. На практике принимают типовые исполнения 5,67% и 7%, дающие значительный запас.

Почему при включении реактора резонанс смещается вниз, а не вверх?

Реактор добавляет индуктивное сопротивление в ветвь батареи, поэтому для компенсации ёмкостного сопротивления требуется меньшая частота. Формально условие резонанса принимает вид X_с × h = X_C / h − p × X_C × h, откуда h² = r / (1 + p × r), что всегда меньше значения r = S_кз / Q_кб для батареи без реактора. Смещение вниз выгодно: резонанс уходит из области 5, 7, 11 и 13-й гармоник в сторону низших частот, где гармоник обычно нет.

Какие батареи наиболее опасны с точки зрения резонанса?

Наиболее опасны батареи большой мощности в сетях с малой мощностью короткого замыкания, поскольку порядок резонанса обратно пропорционален корню из мощности батареи. Батарея 1000 кВАр при мощности короткого замыкания 10,5 МВ·А даёт резонанс на 3,24, то есть в области низших гармоник, где коэффициенты гармонических составляющих максимальны. Батарея 10 кВАр в той же сети даёт резонанс на 32,404, что далеко от типовых гармоник.

Можно ли включать батарею без реактора?

Только если порядок резонанса достаточно далеко отстоит от гармоник, реально присутствующих в сети. При мощности короткого замыкания 500 МВ·А и батарее 100 кВАр резонанс приходится на 70,711 и удалён от ближайшей 13-й гармоники на 443,93%, поэтому защитный реактор требуется не по условию резонанса. При мощности короткого замыкания 10,5 МВ·А резонанс на 10,247 отстоит от 11-й гармоники лишь на 6,85%, и включение без реактора недопустимо.

Как учитывается интервал времени нормирования?

По ГОСТ 32144-2013 коэффициенты гармонических составляющих нормируются для 95% интервала времени в одну неделю, то есть допускается кратковременное превышение в течение 5% времени. Для 100% интервала времени значения увеличиваются в 1,5 раза: суммарный коэффициент для сети 0,38 кВ составляет 8% при 95% времени и 12% при 100%, а норма 5-й гармоники — 6% и 9%. Это подтверждается прямым сопоставлением таблиц 4 и 5. Оценка по обоим интервалам даёт полную картину.

Почему расчёт не даёт амплитуду резонансного тока?

Калькулятор определяет частотные условия резонанса: на какой гармонике индуктивное сопротивление сети компенсирует ёмкостное сопротивление батареи. Амплитуда резонансного тока зависит дополнительно от добротности контура, активных сопротивлений элементов и спектра токов гармоник нелинейной нагрузки, которые в исходных данных не задаются. Для количественной оценки резонансных токов и перенапряжений требуется расчёт полной схемы замещения.

Какова точность расчёта?

Заявленная точность ±12%. Порядок резонанса пропорционален квадратному корню из отношения мощности короткого замыкания к мощности батареи, поэтому погрешность 25% по мощности короткого замыкания даёт около 12% по порядку резонанса, а это может изменить вывод о попадании в зону гармоники. Модель сети принята в виде эквивалентного индуктивного сопротивления без учёта активной составляющей и зависимости мощности короткого замыкания от частоты. Коэффициенты гармонических составляющих определяются измерением и влияют на оценку соответствия нормам полностью.