Research of higher harmonic components of voltage and current and their influence on the functioning of shipboard electrical equipment

Одним из направлений научно-технического прогресса на объектах морской индустрии является широкое использование технологий, основанных на нелинейных элементах, что позволяет значительно снизить их массогабаритные показатели и расшить их функциональные возможности. Однако применение таких технологий приводит к ухудшению качества электрической энергии, в первую очередь за счет высших гармонических составляющих напряжения и тока. В статье показана природа высших гармонических, выполнен анализ разделов «Правил классификации и постройки морских судов. 2021», российских и ряда зарубежных стандартов в области качества электроэнергии, регламентирующих уровень высших гармонических составляющих напряжения и тока в электрических сетях и системах. В работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния высших гармонических составляющих на функционирование судового электрооборудования: асинхронных электродвигателей, силовых кабелей, трансформаторов, конденсаторных батарей и систем освещения. Определены выражения, позволяющие оценить это влияние. Показано, что в основном это влияние проявляется: в дополнительном нагреве электрооборудования за счет поверхностного эффекта; вибрации асинхронных электродвигателей при высоких значениях 5 и 7 гармоник напряжения судовой электрической сети. One of the areas of scientific and technological progress at the facilities of the marine industry is the widespread use of technologies based on nonlinear elements, which can significantly reduce their weight-size parameters and dimensions and expand their functional capabilities. However, the use of such technologies leads to a deterioration in the quality of electrical energy, primarily due to higher harmonic components of voltage and current. The article shows the nature of higher harmonics, analyzes the sections of the «Rules for the Classification and Construction of Sea-Going Vessels. 2021», Russian and a number of foreign standards in the field of electric power quality, regulating the level of higher harmonic components of voltage and current in electrical networks and systems. The paper presents the results of theoretical and experimental studies of the influence of higher harmonic components on the functioning of shipboard electrical equipment: asynchronous electric motors, power cables, transformers, capacitor banks and lighting systems. Formulas have been determined to assess this effect. It is shown that the influence is mainly manifested: in additional heating of electrical equipment due to the skin effect; vibrations of asynchronous electric motors at high values of 5th and 7th voltage harmonics of the ship's electrical network.