Передача, распределение и накопление электроэнергии

Резонансы токов, напряжений и их использование в пассивных фильтрах

26 апреля 2021 г. в 09:02

Аннотация: терминология фильтров в международных нормативно-правовых актах. Резонансы токов и напряжений в силовых сетях. Настроенные, расстроенные и демпфирующие пассивные фильтры в силовых сетях.

Пассивный фильтр

Если придерживаться формализованной терминологии, то в силовой электронике по IEC 61642 фильтр (filter) — устройство, состоящее из конденсаторов, реакторов и, при необходимости, резисторов. Настроенный или резонансный фильтр (tunedfilter) имеет частоту настройки в диапазоне не более 10 % фильтруемой частоты, расстроенный фильтр (detunedfilter) имеет частоту настройки более, чем на 10 % ниже самой малой по порядку гармоники с наибольшей амплитудой, а демпфирующий фильтр (dampedfilter) имеет низкий импеданс в широкой полосе частот в отличие от «узкополосного» настроенного.

Все фильтры:

  • считают пассивными по способу демпфирования гармоник — искажения ослабляются за счет потерь при преодолении активного сопротивления цепи в отличие от активных фильтров гармоник (АФГ), где инвертор генерирует токи в противофазе токам гармоник;
  • по факту RLC-цепи, формирующие колебательные контура и использующие в работе специфику резонансов напряжений (реже резонанса токов);
  • в основном используются для поглощения нечетных гармоник, за исключением кратных 3, т. е. 5, 7, 11, 13, 17, 19 и т. д., но могут разрабатываться и для 3-ей гармоники, возникающей между фазой и нейтралью, а также неканонических гармоник в случае формирования цепей демпфирующих фильтров 2-го, 3-го порядков, С- или двойного типа (1 — 4 на рис. ниже соответственно).
Демпфирующие фильтры
Демпфирующие фильтры: 1 — 2-го порядка, 2 — 3-го порядка, 3 — С-типа, 4 — двойного типа

Справка
Наибольшее распространение в промышленных сетях отечественных объектов получили резонансные (настроенные) фильтры с последовательным соединением реакторов, конденсаторов и включением в сеть параллельно по схеме «звезда», реже «треугольник».

Настроенные пассивные фильтры
Настроенные пассивные фильтры с последовательным соединением реакторов, конденсаторов и включением в сеть параллельно по схеме «треугольник» (а) и «звезда» (б)

Резонансы токов и напряжений в силовых сетях

Наиболее лаконичное и грамотное объяснение резонансов дано в IEC 61642, стандарт которого и определяет две следующих концепции.

Seriesresonance. Резонанс напряжений

При последовательном соединении индуктивности и емкости в сети, что приводит к очень низкому сопротивлению в определенном частотном диапазоне, близком к резонансной частоте, и, соответственно увеличению напряжения в местах присоединения нагрузки.

    Последовательный резонанс напряжений
    Последовательный резонанс напряжений в силовой сети
    Импеданс при резонансе напряжений
    Импеданс при резонансе напряжений
    на частоте гармоники 11 порядка по IEC 61642

    Parallelresonance. Резонанса токов

    При параллельном соединении индуктивности и емкости в сети, что обуславливает очень высокое сопротивление в определенном частотном диапазоне, близком к резонансной частоте, и, соответственно скачкообразное увеличение амплитуд токов через нагрузку.

    Параллельный резонанс
    Параллельный резонанс токов в силовой сети
    Импеданс при резонансе токов
    Импеданс при резонансе токов на частоте гармоники 11 порядка по IEC 61642

    Настроенные, расстроенные и демпфирующие пассивные фильтры в силовых сетях

    На текущий момент наиболее целесообразными для подавления гармоник в силовых сетях объектов остаются шунтирующие резонансные фильтры, настраиваемые на частоту гармоники с наибольшей амплитудой.

    Расстроенные фильтры в виде автономных колебательных LC-контуров применяют для снижения рисков пробоя конденсаторов в установках повышения коэффициента мощности УКРМФ, демпфирующие (широкополосные) пассивные фильтры— для подавления искажений оборудования с (условно) статичным спектром гармоник, но в условиях отсутствия (или учета) в сети УКРМ, с которыми они могут войти в параллельный резонанс.

    При проектировании резонансных фильтров измеряют импеданс распределительного трансформатора, анализируют частотный спектр источника гармонических возмущений (и в сети), при наличии нескольких гармоник с большими амплитудами формируют комплектное устройство с модулями-фильтрами, подсоединяемыми параллельно и настроенными на соответствующие частоты.

    Важно
    Нередко причиной высоких гармонических искажений в силовой сети объекта является трансмиссия гармоник из сетей другого уровня напряжения и/или балансовой принадлежности, что уже формализовано в ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020. Поэтому оптимальным вариантом проектирования фильтра можно признать анализ гармонического спектра сети, как в часы пиковых нагрузок, так и ненагруженной, что позволит определить реальные доли эмиссии и трансмиссии гармонических возмущений и предъявить рекламации виновнику согласно правилам и границам ответственностей ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020.

    На фундаментальной частоте благодаря конденсаторам шунтирующий резонансный фильтр работает, как компенсатор реактивной мощности, что следует учитывать при наличии установок повышения коэффициента мощности для исключения рисков перекомпенсации. Модуля в блоке пассивного фильтра могут подключаться одновременно или отдельно, но только последовательно в порядке возрастания частот настройки (5, 7, 11 и т. д.), а отключаются в обратном порядке.

    Полное сопротивление блока пассивного фильтра
    Полное сопротивление блока пассивного фильтра из 4 резонансных контуров, настроенных на гармоники 5, 7, 9 и 11 порядков (сверху) и зависимость импеданса каждого модуля от частоты

    По рекомендациям IEC 61642 в силовых сетях с шести- и двенадцати импульсными ШИМ-преобразователями целесообразно применять резонансные фильтры 5, 7, 11 и 13-й высших гармоник или, в зависимости от реального уровня помех, только 5, 5 и 7, 5 и 11-й гармоники. В сетях с 12-импульсными ШИМ преобразователями рациональны фильтры с настройкой по частотам 11 и 13 или только 11-й высших гармоник. В силовых сетях с электролизными установками, электродуговыми печами, сварочными автоматами целесообразными будут резонансные фильтры 3, 5 и 7 или 3 и 5-й гармоник.

    Источник: Завод конденсаторных установок «МИРКОН»

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

    Информация о компании

    Завод конденсаторных установок «МИРКОН» осуществляет полный цикл мероприятий по вопросам компенсации реактивной мощности.
    Читайте также
    Новости по теме
    Объявления по теме

    ПРОДАМ: Входные фильтры Веспер для преобразователей частоты до 315 кВт

    Входной фильтр переменного тока применяется для сглаживания фронта и уменьшения амплитуды выброса при всплеске силового переменного питающего напряжения. Дополнительно он уменьшает амплитуду пульсаций тока, потребляемого частотным преобразователем от сети. Технические характеристики Входные фильтры устанавливаются при подключении преобразователя малой мощности (менее 15 кВт) в сеть с большой мощностью (более 600 кВА), или при наличии мощных потребителей в этой сети. Выбор входного фильтра определяется мощностью преобразователя частоты. ООО «СВ-Техноэлектро» в настоящее время является официальным дилером следующих заводов — производителей оборудования для частотно-регулируемых электроприводов: ООО «Компания Веспер», ООО «INSTART», ООО «Лидер». Кроме того, ООО «СВ-Техноэлектро» является торговым партнером ООО «Интехникс» — официального дистрибьютера в России Invertek Drives (Великобритания), Delta Electronics (Тайвань), AuCom (Новая Зеландия), ABB (Швеция, Швейцария) специализирующихся в выпуске оборудования в сфере промышленной автоматизации, специализирующихся в выпуске оборудования в сфере промышленной автоматизации. Оборудование сертифицировано, с гарантией от производителя. Отгружается со склада производителя. Доставка осуществляется в любой регион России. Предоставляется техническая поддержка. Для каждого Заказчика предоставляется скидка от прайс листа производителя. Возникли вопросы — напишите нам по электронной почте или позвоните. Мы будем рады сотрудничеству и гарантируем полное соблюдение нами взятых обязательств перед Вами.
    Журавель Валерий · СВ-ТЕХНОЭЛЕКТРО · 12 марта · Россия · г Москва
    Входные фильтры Веспер для преобразователей частоты до 315 кВт

    ПРОДАМ: Активный фильтр гармоник АФГ до 600А

    Активный фильтр гармоник серии АФГ к поставке от производителя ГК ЭТАЛОН в диапазоне мощностей тока до 600А и более. Это блочно-модульная система с динамической компенсацией реактивной мощности для подавления гармонических искажений в низкольвольтной сети с помощью модулей IGBT противоположные по фазе токам гармоник до 50-й. На заметку покупателю! По отдельному требованию заказчика возможно изготовление шкафов на другие значения мощности климатическое исполнение под заказ: У1, У2, У3, УХЛ, УХЛ1, УХЛ2, УХЛ3, УХЛ4 и УХЛ5. Степени защиты шкафа — под заказ: IP00, IP21, IP31, IP44, IP54, климатический блок контейнер для крайнего севера (-60+50t). АФГ 25А; АФГ 30А; АФГ 35А; АФГ 40А; АФГ 45А; АФГ 50А; АФГ 60А; АФГ 70А; АФГ 75А; АФГ 80А; АФГ 90А; АФГ 100А; АФГ 120А; АФГ 150А; АФГ 175А; АФГ 200А; АФГ 225А; АФГ 250А; АФГ 270А; АФГ 300А; АФГ 350А; АФГ 400А; АФГ 500А; АФГ 600А и др. Реализуем продукцию с доставкой на территории: России, Казахстан, Беларусь, Армении, Киргизии. Купить Активный фильтр гармоник АФГ по выгодной цене, Вы можете по телефону или эл.почтеl, наши специалисты проконсультируют Вас в рабочее время. По отдельному требованию заказчика возможно изготовление Активных фильтров на другие значения мощности, степени защиты и др.
    Иванов Сергей · ООО "ГК "ЭТАЛОН" · 28 февраля · Россия · г Санкт-Петербург
    Активный фильтр гармоник АФГ до 600А

    ПРОДАМ: Сетевые фильтры подавления помех СФ

    Фильтр сетевых помех СФ (далее фильтр) применяется для защиты цепей электропитания электронных устройств от индустриальных и высокочастотных природных помех. А так же для предотвращения от распространения индустриальных помех по цепям питающей сети от промышленного оборудования. Фильтр включается в разрыв линии электропитания. Для присоединения к питающей сети и нагрузке фильтр имеет две группы винтовых клемм. Фильтр выпускается в корпусе из пластика, не поддерживающего горение, и предусматривает крепление прибора на DIN-рейку 35мм. В соответствии с ГОСТ, по характеру возникновения помехи подразделяют на противофазные и синфазные. Ток противофазной помехи в сигнальных проводах совпадает по направлению с током полезного сигнала. Ток синфазной помехи имеет одинаковое направление в прямом и обратном проводах сети. Фильтр спроектирован так,что эффективно подавляет помехи разного типа, обеспечивая тем самым защиту от: – ударов молний вблизи кабелей или линий электропередачи; – коммутационных процессов при включении/отключении мощной сетевой нагрузки; – выбросов тока при полном включении/выключении напряжения в сети, аварии на подстанциях; – помех импульсных блоков питания; – помех мощных двигателей, генераторов и т. п.
    Петров Игорь · НТК Приборэнерго · 25 марта · Россия · Чувашская республика - Чувашия
    Сетевые фильтры подавления помех СФ

    ПРОДАМ: Преобразователь частоты Danfoss FC-101P11KT4E20H4XXCXXXSXXXXAXBXCXXXXDX.

    Напряжение питания 3 фазы 380 В; мощность 11 кВт; номинальный ток 23 А; степень защиты IP 20; встроенный логический контроллер; встроенный ЭМС фильтр; встроенный дроссель звена постоянного тока; RS485; штатные входы/выходы: 2 AI; 2 AO; 4 DI; 2 DO; 2 RO; цифровая панель. Гарантийные обязательства 24 месяца. Цена 48137 руб/шт. Монтаж и подключение преобразователя частоты 4100 руб/шт.
    Барчуков Михаил · Энерго-Сервис · 19 марта · Россия · Свердловская обл
    Преобразователь частоты Danfoss FC-101P11KT4E20H4XXCXXXSXXXXAXBXCXXXXDX.

    ПРОДАМ: Преобразователь частоты Danfoss FC-101P18KT4E20H4XXCXXXSXXXXAXBXCXXXXDX.

    Напряжение питания 3 фазы 380 В; мощность 18 кВт; номинальный ток 37 А; степень защиты IP 20; встроенный логический контроллер; встроенный ЭМС фильтр; встроенный дроссель звена постоянного тока; RS485; штатные входы/выходы: 2 AI; 2 AO; 4 DI; 2 DO; 2 RO; цифровая панель. Гарантийные обязательства 24 месяца. Цена 69107 руб/шт. Монтаж и подключение преобразователя частоты 5100 руб
    Барчуков Михаил · Энерго-Сервис · 19 марта · Россия · Свердловская обл
    Преобразователь частоты Danfoss FC-101P18KT4E20H4XXCXXXSXXXXAXBXCXXXXDX.
    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.