В аспектах характера, мощности и временного фактора (периоды эксплуатации) подключаемых нагрузок распределительные сети современных предприятий предельно далеки от характеристик энергетической среды, поддерживающей, а не снижающей качество подаваемой из магистральных сетей электроэнергии. И дело здесь не только и не столько в индуктивных и/или емкостных нагрузках, нивелирующих синфазность тока и напряжения, что обуславливает перетоки реактивной мощности с емким пакетом технических и экономических проблем — этот негатив в той или иной мере устраняется подбором и установкой устройств компенсации реактивной мощности КРМ, УКРМ (см. установки КРМ и УКРМ здесь) после проведения энергетического аудита распределительной сети.
Первенство за сложно контролируемое снижение качества электроэнергии, как в отношении локальных распределительных сетей предприятий, так и в контексте негативного влияния на «внешние» магистральные линии следует отдать нелинейным нагрузкам, число и мощность которых сегодня лавинообразно растет в потребительских сетях. Причем большую долю ответственности за снижение качества электроэнергии сегодня несут не типовые нелинейные нагрузки (вентильные преобразователи, дуговые печи, сварочные установки и т.д.), достаточно мощные, но контролируемые энергетическими подразделениями предприятий с устранением негативов их влияния на локальную/магистральную сеть с помощью тех же КРМ и УКРМ с эффективными фильтрами гармоник (см. установки компенсации реактивной мощности КРМ 6,3 (10,5) кВ здесь, а конденсаторные установки КРМ/УКРМ 0.4 кВ здесь), а сегменты сетей и даже целые сети телекоммуникационного, компьютерного, периферийного и т.д. оборудования, без которого на текущий момент не обходится ни одно современное предприятие от завода, логистического склада/терминала до торгового/развлекательного центра.
Именно это оборудование с импульсными источниками питания оттягивает с сетей суммарно значительную мощность, засоряет свой сегмент сети, локальную распределительную сеть предприятия и магистральные линии поставщиков электроэнергии в целом гармоническими токами, искажающими синусоиды тока и напряжения до форм и значений, не совместимых с работой других нагрузок, а фильтры типовых КРМ на понижающих подстанциях, РУ (распределительных установках), КРУ (комплектных распределительных установках), КТП (комплектных трансформаторных подстанциях), КПП (комплектных преобразовательных подстанциях) далеко не всегда могут вывести предельные значения нелинейных искажений тока THDI и напряжения THDU на уровень норм, регламентированных IEEE Std 519-1992 и IEC/EN61000-3-2.
| Iкз / I п. макс. | <11 | 11≤h<17 | 17≤h<23 | 23≤h<35 | 35≤h | THDI, % |
|---|---|---|---|---|---|---|
| <20 | 4 | 2 | 1.5 | 0.6 | 0.3 | 5 |
| 20 — 50 | 7 | 3.5 | 2.5 | 1 | 0.5 | 8 |
| 50 — 100 | 10 | 4.5 | 4 | 1.5 | 0.7 | 12 |
| 100 — 1000 | 12 | 5.5 | 5 | 2 | 1 | 15 |
| >1000 | 15 | 7 | 6 | 2.5 | 1.4 | 20 |
Примечание: Здесь предельные значения искажений по току в % I п. макс. приведены для первой гармоники (50 Гц) в первом столбце, а h — предельные значения искажений по току в % I п. макс. для нечетного порядка гармоник.
| Напряжение на шинах | Нелинейные искажения по гармоникам, % | THDU, % |
|---|---|---|
| 69 кВ и ниже | 3 | 5 |
| от 69,001 кВ до 161кВ | 1.5 | 2.5 |
| свыше 161,001 кВ | 1 | 1.5 |
Основные проблемы наращивания мощности нелинейных нагрузок в распределительных сетях предприятий
Современное промышленное и торговое оборудование, как правило, комплектуется управляющим электронным блоком с импульсным источником питания, деятельность предприятия регулируется подразделением с компьютерной и периферийной техникой, безопасность имущества и людей обеспечивается электронными системами и т.д. и т.п. – т.е. наращивание мощности нелинейных нагрузок в распределительных сетях предприятий происходит постоянно, причем равномерное распределение этой мощности по фазам при использовании трехфазной сети, хотя и устраняет некоторые проблемы перекоса фаз, однако не нивелирует риски перегрузки нейтрального провода, традиционно для наших сетей имеющего меньшее сечение (в 1.5-2 раза меньше фазного кабеля), но не оборудованного предохранителем из-за рисков последствий сильного перекоса фаз при отключении нейтрали.
При равномерно распределенной (симметричной) по фазам нелинейной нагрузке «внешне» неплохое значение амплитуды тока в нейтральном проводе значительно меньше действующего значения из-за наложения токов гармоник, кратных трем, среди которых ток 3 гармоники может составлять до 50-60% от основной гармоники частоты 50 Гц. Т.е. по факту в нейтрали при нелинейных нагрузках с импульсными источниками питания ток может превышать токи фазных (линейных) проводов и предельно допустимые значения тока для проводов такого сечения.
Вторым негативом наращивания мощности нелинейных нагрузок следует считать интенсивное засорение гармоническими токами всей распределительной сети предприятия и сети поставщика электроэнергии, причем используемые сегодня источники бесперебойного питания (ИБП) не решают или отчасти нивелируют эту проблему. Так, взаимодействующие с сетью и ИБП с переключением сами засоряют электросеть и практически не защищают запитываемый сегмент (или единичное оборудование), как от гармонических искажений, так и от колебаний сетевого напряжения, поскольку по факту не являются независимыми источниками питания. Различные модификации on-line ИБП (феррорезонансные, с двойным преобразованием) стабилизируют напряжение в запитываемом сегменте сети (оборудовании), но пре большой нелинейной нагрузке не исключают рисков появления гармонических токов, а также засоряют гармониками «внешнюю» сеть.
Отчасти проблема нелинейных нагрузок в распределительной сети предприятия решается установкой мощных трехфазных ИБП с 6, 12 или 24 импульсными выпрямителями на входе, которые в подключенной сети устраняют все гармоники кроме 6±1 (для 6-импульсного), 12±1 (для 12-импульсного) и 24±1 (для 24-импульсного) гармоник. Однако «внешняя» линия засоряется самим трехфазным ИБП, являющимся мощной нелинейной нагрузкой, негативы которой следует устранять типовыми установками компенсации реактивной мощности с эффективными фильтрами гармоник.
По материалам компании «Нюкон»
