Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Краткий анализ гармонических вопросов и варианта подавления гармоник

18 июня 2014 г. в 16:34

Гармоники представляют собой составляющие формы периодической волны искажения, их частоты являются кратными целыми частоты первой гармоники.

Широкое применение нелинейных нагрузок является основным источником гармоник; вред гармоник, главным образом, состоит в следующем: образование гармонических потерь, которые снижают эффективность генераторного оборудования, преобразовательных устройств и электрического оборудования, ускоряет старение изоляции электрооборудования, тем самым сокращая его нормативный срок службы. Это, в свою очередь, влияет на точность действия автоматических устройств релейной защиты, создает электромагнитные и радиочастотные помехи линии связи и сигнала управления. В настоящее время активный электронный фильтр (Active Power Filter) является самым передовым и эффективным оборудованием по борьбе с гармониками. Разница между ним и пассивным электронным фильтром состоит в том, что подавление гармоник является активным. Подавление же гармоник пассивного электронного фильтра является пассивным — на основе образования резонансного контура из элементов L, C, R на стороне переменного тока электронных устройств и электросиловых установок, когда гармоническая частота цепи обратного тока LC одинакова с одной из частот тока высших гармоник, тогда происходит ограничение выхода гармоник в сеть. В настоящее время применение такого фильтра является основным способом для подавления гармоник и компенсации реактивной мощности, благодаря низкому уровню инвестиций, высокой эффективности, простой структуре, надежности в эксплуатации и простоте обслуживания. Однако, пассивный фильтр имеет много недостатков, таких как: параметры системы могут влиять на фильтрацию; имеется возможность увеличения некоторых субгармоник; низкая энергоэффективность, большой размер и т.д. С помощью контролируемых мощных полупроводниковых приборов активный электронный фильтр выдает в сеть ток с равным амплитудным значением и противофазой с первоначальным гармоническим током для достижения нулевого значения всего гармонического тока электропитания и для реализации целей компенсации гармонического тока в режиме реального времени. Основная разница с пассивным фильтром заключается в том, что он является активным устройством, выдающим компенсационный гармонический ток в систему распределения электроэнергии для компенсации гармонического тока, образованного нелинейными нагрузками, при этом может осуществить быструю динамическую фильтрацию изменной гармоники, и в то же время особенностью компенсации является защита от воздействия импеданса системы. Функционально он состоит из статического преобразователя мощности, имеет высокую управляемость и способность быстрого реагирования мощных полупроводниковых приборов.

Таким образом, технология APF является передовой без всяких сомнений, но сегодня есть проблемы низших гармоник и есть проблемы высших гармоник в электросетях потребителей. Для этих двух ситуаций решения должны быть различными.

Способ решения проблем низших гармоник

Общий тип низших гармоник состоит в основном из гармоник 3, 5, 7, 11 и 13, форма первой гармоники после наложения этих гармоник показана на рисунке 1. Способ решения таких вопросов загрязнения электросети отображается в установке устройства APF, принцип решения которого показан на рисунке 2.

Способ решения проблем высших гармоник

Диапазон определения высших гармоник не очень ясен, некоторые ученые считают, что выше 13 гармоники — это высшие гармоники, и некоторые ученые считают, что выше 50 гармоники — высшие гармоники.
Гармоники в пределах 50-ой компенсируются с помощью устройства APF, способ решения одинаков (см. описание в предыдущем разделе); свыше 50-ой гармоники — это тяжелое испытание для электронного переключателя в электроэнергетической системе главной цепи устройства APF.

Чем выше номер компенсационных гармоник, тем выше требование к частоте переключений мощных приборов, по мере увеличения частоты переключений, растет степень тяжести испытания на отключающую способность, а вопросы потерь и рассеивания тепла переключателей еще серьзнее. Поэтому все существующие устройства APF могут только эффективно отфильтровывать гармоники в пределах 50-ой. Свыше 50-ой высокочастотные гармоники дополнительно необходимо компенсировать при помощи традиционного способа пассивной фильтрации.

Пример применения

Пример I. Применение в химической промышленности.

На некотором химическом заводе используются преобразователи частоты в нескольких местах под нагрузкой, это приносит тяжелый гармонический вред системе, посредством содержания в ней гармонической составляющей амплитудой до 160 А, при этом трудно обеспечить высокий процент качественного продукта в производственном процессе оборудования. После применения устройства SntaAPF100-3L 380/200 качество электроэнергии значительно улучшилось.

Применяемый прибор для сбора и измерения данных — анализатор качества электроэнергии FLUKE435. Ниже приводится принципиальная схема на месте, точки измерения показаны на рисунке.

Точка C1 используется для измерения оставшегося гармонического тока в системе, то есть тока после фильтрации с помощью SntaAPF. Точка C2 используется для измерения общего гармонического тока образовавшего нагрузкой на стороне нагрузки, а именно тока без фильтрации с помощью SntaAPF.

Необходимо соединить гибкие электрические рамки FLUKE435 с точками C1 и C2 в системе для контроля эффекта фильтрации и контроля качества электроэнергии внутри системы.

Результаты измерения следующие: Гармонический ток составляет 166,78 A до ввода SnatAPF в эксплуатацию, коэффициент искажения составляет 14,6%.

Гармонический ток составляет 17 A после ввода SnatAPF в эксплуатацию, коэффициент искажения снизился до 4,6%, коэффициент фильтрации составил 91%.

Если рассчитывать по номеру основных гармоник: эффективное значение 5, 7, 11, 13, 17, 19 гармоник составит 166,0 A, оставшееся — 9,3 A после фильтрации, при этом коэффициент фильтрации составит 94%.

Пример II. Применение в общественных нуждах.

На некотором заводе большое содержание гармоник, образованных устройствами частотного регулирования насоса, привело к снижению качества электроэнергии. Появилась большая разница между фактическим значением и измеренным значением устройством ультразвукового контроля расхода воды. После применения SntaAPF100-3L 380/100 эффективно устранилось гармоническое загрязнение электросети, очистилась система, нормально эксплуатируются приборы ультразвукового контроля. (Первичная схема на рабочем месте и методы измерения одинаковы с Примером I и справочным Примером I приборов).

Результаты измерения в следующем: Гармонический ток составляет 54,2 A до ввода SnatAPF в эксплуатацию, коэффициент искажения составляет 51,3%.

Гармонический ток составляет 6,8 A после ввода SnatAPF в эксплуатацию, коэффициент искажения снижался до 4,6%, коэффициент фильтрации составляет 91%.

В том числе:

  • Ток 5 гармоники снижался до 3,2 A от 46,2 A, коэффициент фильтрации составляет 93%.
  • Ток 7 гармоники снижался до 1,59 A от 17,5 A, коэффициент фильтрации составляет 91%.

Сравнение формы волны до и после ввода в эксплуатацию Рисунок 5.

АОЗТ «Сыyэнда»
Пекинская электрическая
компания по энергосбережениям
beijingsnta@gmail.com
www.snta.com.cn/en/

Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок», № 5-6 (53-54), 2013

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Частотомеры

К частотомерам относятся широко распространенные измерительные приборы, задачей которых служит определения частоты или периода колебаний электрического сигнала. Устройства применяются при регулировке и настройке радиоэлектронного оборудования, контроля работы генераторов, в технологических процессах, а также при проведении лабораторных исследований и экспериментов. Принцип работы Существует множество типов устройств, отличающихся принципом измерений, например резонансные, гетеродинные и др., однако наибольшее распространение получили удобные и точные системы прямого отсчета — цифровые частотомеры. Принцип действия прост и заключается в подсчете количества импульсов, которые поступают от входного формирователя за строго определенный интервал времени. В качестве задатчика интервала используется эталонный кварцевый генератор, причем точность измерения в основном зависит от точности его калибровки и стабильности. Для расширения частотного диапазона измерений используются декадные делители, а в ряде случаев применяется и метод гетеродинного преобразования частоты. Описанный принцип позволяет измерять не только частоту, но и период колебаний, оценивать интервалы времени между импульсами, вычислять их количество за заданный интервал и др.
Коваль Юлия · ПРОТЕХ · Вчера · Россия · г Москва
Частотомеры

ПРОДАМ: Генераторы шума

Выпускаемые промышленно генераторы вырабатывают как чисто шумовые, так и псевдошумовые сигналы, причем предусматривается регулировка полосы спектра и задание длины псевдослучайной последовательности при формировании. Благодаря возможности получения нормированного шума, генераторы широко используются при исследовании частотных характеристик линейных динамических систем, электронных фильтров, дискретных систем управления, в акустике и т. д. Принцип работы При формировании основного шумового сигнала используются либо твердотельные устройства, такие как лавинно-пролетные диоды, либо используется прямой синтез. При этом генерируются различные типы шума, которые перед подачей на выходной разъем подвергаются цифровой обработке для получения распределения: — бинарного; — гауссовского, — равновероятного.
Коваль Юлия · ПРОТЕХ · 27 марта · Россия · г Москва
Генераторы шума

ПРОДАМ: Электродинамические вибростенды

Вибростенды представляют собой универсальные испытательные установки и предназначены для тестирования изделий на воздействие различных типов вибраций. К таким типам, в частности, относятся: — гармонические синусоидальные по ГОСТ 28203 (МЭК 60068-2-6); — широкополосные стохастические с нормированным уровнем спектральной плотности мощности виброускорения в различных частях спектра по ГОСТ Р 51502 (МЭК 60068-2-64): — ударные. Для испытаний в соответствии с ГОСТ Р 51371, а также для имитации стрелкового воздействия. Колебания вибростола при стандартных ударах могут быть в форме половины синусоиды, треугольника, меандра, трапеции, прямоугольника и т. п. Стенды используются в заводских и исследовательских лабораториях для уточнения прочностных характеристик, определения ресурса изделий, уточнения требуемой для безопасной транспортировки тары и т. п. Благодаря специальным компенсационным системам современные вибростенды могут устанавливаться в обычных лабораторных помещениях без необходимости изготовления специального фундамента. Кроме того, их работа практически бесшумна.
Коваль Юлия · ПРОТЕХ · 27 марта · Россия · г Москва
Электродинамические вибростенды

УСЛУГИ: Частотный преобразователь монтаж, подключение, программирование 3550 рублей.

Преобразователи частоты представляют собой сложные электронные приборы, которые используют для управления вращением шпиндиля асинхронного двигателя, в различных типах нагрузки. При установке и монтаже энергосберегающего оборудования учитываются различные параметры: конструктивные особенности, характеристики мест расположения оборудования и т.д. Поэтому, установка преобразователей частоты, их подключение и настройка должны осуществляться квалифицированным персоналом, имеющим соответствующий допуск, и обладающим уверенными навыками монтажа электротехнических и силовых приборов и агрегатов. Шеф-монтажные работы. Целью шеф-монтажных работ, осуществляемых на объекте заказчика под руководством ответственного специалиста, является проверка готовности установленного оборудования к началу проведения пуско-наладочных работ. По их результатам составляется протокол испытаний, заполняемый и подписываемый обеими сторонами. В случае выявления отклоняющихся от нормы параметров в документ вносится соответствующее примечание с перечислением конкретных фактов. Решение о дальнейших действиях принимается индивидуально по каждому случаю. Пуско-наладочные работы. После оформления протокола испытаний и передачи одного экземпляра заказчику, осуществляется запуск оборудования под нагрузкой и подписывается акт его ввода в эксплуатацию. Преобразователь частоты проходит тестовую «обкатку», сроки которой в каждом случае определяются договором. Ответственным инженером проводится инструктаж сотрудников предприятия по всем типам работ (пуск-наладка, эксплуатация, обслуживание), представителю заказчика передаётся краткое письменное руководство. По окончании всех работ подписывается «Акт приёмки пуско-наладочных работ».
Барчуков Михаил · Энерго-Сервис · 19 марта · Россия · Свердловская обл
Частотный преобразователь монтаж, подключение, программирование 3550 рублей.

ПРОДАМ: Комплекс упрочняющей виброобработки ВТУ

Технологический комплекс ВТУ предназначен для стабилизации размеров сварных и литых конструкций, а также снижения остаточных напряжений методом низкочастотной вибрационной обработки. Под воздействием низкочастотной вибрации на резонанской частоте происходит перераспределение остаточных сварочных напряжений, устранение концентраторов напряжений. Компактный блок управления вибровозбудителем позволяет плавно регулировать виброусиление в диапазоне от 0 до 18 кН и обеспечивает обработку практически всех деталей машиностроения. https://magnitsp.ru/catalog/oborudovanie-dlya-snyatiya-ostatochnykh-napryazheniy/vtu-01mp-2/
Карпов Андрей · МАГНИТ плюс · 20 марта · Россия · г Санкт-Петербург
Комплекс упрочняющей виброобработки ВТУ
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.