Передача, распределение и накопление электроэнергии

Гармонические искажения в промышленных силовых сетях

28 сентября 2021 г. в 14:35

Анонс: эмиссия и трансмиссия гармоник промышленными и непромышленными (коммерческими, жилыми) объектами. Спектры гармоник наиболее популярных устройств и нагрузок в промышленных силовых сетях.

Повсеместное внедрение силовой электроники в потребительские сети разной балансовой принадлежности с одной стороны и практически доказанная трансмиссия гармоник через ТП распределительных сетей с другой привели к тому, что уже сейчас оборудование промышленных объектов стало отнюдь не главным и далеко не единственным источником гармонических возмущений в энергосистемах.

Так, сложно контролируемые по параметрам качества электроэнергии коммерческие и жилые объекты с растущими объемами нелинейных нагрузок (источники бесперебойного питания, персональные компьютеры, энергосберегающие лампы, кондиционеры, электронные развлекательные устройства и т. п.) вносят свой и весомый вклад в искажения сетевого напряжения, тока и пока эта проблема остается «за бортом» интересов регулирующих органов из-за «несущественной» нагрузки.

Хотя, например, простой источник питания домашнего настольного компьютера может потреблять около 4 А от сети напряжением 220 В или около 900 ВА, а в часы «пика выхода» только 2500 потребителей в глобальную сеть для проверки электронной почты, серфинга, просмотра потокового видео и пр. перед или после работы фидер ТП среднего напряжения будет обеспечивать около 2,25 МВА компьютерной мощности, причем с гармониками четных, нечетных порядков и широкого спектра.

Вместе с тем, трансформаторы, приводы, электродвигатели, многоимпульсные преобразователи, системы освещения с электронным балластом и твердотельные реле промышленных силовых сетей остаются наиболее значительными источниками эмиссии (а сети, соответственно — трансмиссии) гармонических искажений и даже по наиболее оптимистичным прогнозам ситуация в перспективе будет ухудшаться, причем и со стороны:

  • потребительских сетей, ориентированных на более широкое использование чувствительной электроники, а тем более при трендах цифровизации за рубежом и в нашей стране, предполагающих интеграцию АСУ с аппаратными комплексами на преобразователях, программно-логическими контроллерами на тиристорах, транзисторах и т. д.;
  • генерирующих электроэнергию компаний, где популяризуется переход на фотоэлектрические, ветряные, газовые станции, по сути, построенные на многоимпульсных преобразователях, твердотельных устройствах, тех же АСУ, т. е. являющиеся источниками эмиссии гармонических возмущений сложного спектра.

Спектры гармоник наиболее популярных устройств и нагрузок в промышленных силовых сетях

Промышленным сетям характерно все более широкое использование преобразователей мощности, в которых напряжение и частота варьируется для адаптации к конкретным производственным и технологическим процессам. В процессе выпрямления ток может проходить через полупроводниковые приборы в течение только части цикла основной частоты и такие преобразователи мощности часто заявляются, как энергосберегающие, а если энергия используется как переменный ток, но с другой частотой, то выходной постоянный ток преобразователя пропускается через электронный инвертор, который конвертируемого в переменный.

В целом все конвертеры можно сгруппировать в следующие категории:

  • преобразователи большой мощности, подобные тем, которые используются в металлургической промышленности и системах передачи HVDC;
  • преобразователи мощности средней мощности, характерные для обрабатывающей промышленности, приводов регулирования скорости электродвигателя и т. д.;
  • выпрямители малой мощности, используемые в бытовых приборах, компьютерах, зарядных устройствах аккумуляторов и пр.

Регулирование конвертеров происходит за счет вентильных полупроводниковых ключей, как правило или недорогих GTO тиристоров (Gated Turn-Off), или полупроводников с лучшей функциональностью, но и высокой стоимостью -биполярных транзисторов IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) или коммутируемых через затвор интегрированных тиристоров IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor).

Важно
Те же GTO, IGCT-тиристоры и IGBT-транзисторы используются в блоках программно-логических контроллеров тиристорных установок компенсации реактивной мощности (УКРМТ), активных фильтрах гармоник (АФГ) и генераторах реактивной мощности (версии АФГ для работы с перетоком реактивной мощности на фундаментальной частоте).

Несмотря на безусловные преимущества вентильных бесконтактных ключей, в том числе GTO, IGCT тиристоров, IGBT транзисторов, они являются источниками эмиссии гармонических возмущений в сеть, причем:

  • IGCT тиристоры и IGBT транзисторы генерируют гармоники более «редкого» спектра, но и более высоких амплитуд. Так, амплитуда мгновенного значения наброса тока 3 гармоники может достигать 90 % от номинального тока фундаментальной частоты (см. рис. 1).
  • GTO тиристоры вызывают гармонические возмущения меньших амплитуд, но частого спектра и с значительными величинами в области частот до 9 порядка (см. рис. 2).
Рисунок 1
Рис. 1. Спектр и амплитуды гармоник вентилей на IGBT транзисторах (по вертикали — амплитуда тока в % к Iном фундаментальной частоты)
Рисунок 2
Рис. 2. Спектр и амплитуды гармоник вентилей на GTO тиристорах (по вертикали — амплитуда тока в % к Iном фундаментальной частоты)

Сами преобразователи имеют несколько иные спектры генерируемых гармоник, зависящие от импульсности, мощности и особенностей используемых в схемах устройств подавления гармоник (как правило, «сглаживающих» реакторов). В целом гармонический спектр преобразователя определяется по формуле n=(P·i±1), где Р — «пульсность» преобразователя, а i — целое число, большее или равное единице.

Так, для 6-импульсного ШИМ-конвертера спектр будут формировать гармоники порядков 5, 7, 11, 13 и т. д., для 12-импульсного — 11, 13, 23, 25, 35, 37 и т. д.

Спектр и амплитуды гармоник
Спектр и амплитуды гармоник 6-импульсного ШИМ-конвертера (по вертикали — амплитуда тока в % к Iном фундаментальной частоты)

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: Сатурн СНЭ-О-4 Стабилизаторы напряжения однофазные

Стабилизатор напряжения Сатурн СНЭ-О-4 предназначен: Для обеспечения качественного электропитания компьютеров, оргтехники, медицинского оборудования, аудио- видеотехники и другой промышленной и бытовой аппаратуры, в сетях с напряжением отличным от номинального;Для защиты электронной техники от индустриальных и атмосферных импульсных помех, распространяемых по сети питания (защите класса С по МЭК IEC – 1312 – 1 (1995 – 02) и IEC – 1643 – 1). Стабилизатор напряжения обеспечивает: плавную регулировку напряжения в широком диапазоне с высокой точностью ± 1%, без разрыва фазы, без выброса помех в сеть и искажения формы питающего напряжения, что позволяет работать как с сильно-индуктивными (электродвигатели), так и с сильно-емкостными нагрузками (оборудование соляриев); в отличие от большинства стабилизаторов напряжения других фирм, обеспечивает корректную работу при питании от дизель-бензогенератора за счет высокой помехоустойчивости измерительных цепей; защиту электронного оборудования от импульсных перенапряжений; индикацию параметров сети; полную паспортную мощность во всем заявленном диапазоне напряжений.
Махонина Татьяна · ООО "МИР Энерго" · 4 июня · Россия · г Москва

ПРОДАМ: Стенды имитационные AP7000 ГлобалТест

Назначение: — Отработка и демонстрация методик балансировки и вибрационного контроля роторного промышленного оборудования. Особенности: — Измеряемые параметры: виброускорение (6 -12 каналов), виброперемещение (3 канала); фаза (1 канал). Возможность имитации различных режимов работы промышленного оборудования. Цена по запросу.
Отдел Продаж · ГлобалТест · Вчера · Россия · Нижегородская обл
Стенды имитационные AP7000 ГлобалТест

ПРОДАМ: Промышленные разъемы – Розетка переносная HLT Electric

Назначение – Предназначены для подключения промышленного оборудования к сетям энергообеспечения. Область применения – Применяются на промышленных предприятиях, производстве продовольствия и напитков, в инфраструктуре, на строительно-монтажных площадках, в шахтах и т.д. Материалы: – Материал корпуса: полиамид 6; – Материал изолирующих и токоведущих частей: латунь. – Обращаем внимание: в наших изделиях мы используем только полнотелые латунные элементы. Преимущества: – Использование полнотелых латунных элементов препятствует перегреву изделия, гарантирует долгосрочное применение; – Широкий диапазон температур эксплуатации; – Усовершенствованная форма изделия для удобства монтажа; – Гарантированная водо-пыленепроницаемость, возможность эксплуатации в условиях повышенной влажности (IP 67); – Корпус из полиамида обладает высокой ударопрочностью, длительной стойкостью к изнашиванию, а также высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред: УФ-излучению, кислотам, щелочам и т.д.; – Практичные запирающие фиксаторы в хвостовой части розетки; – Повышенная герметичность и улучшенная конструкция резинового сальника для ввода кабелей различного сечения; – Обширное внутреннее пространство для ввода кабелей; – Крышка розетки подпружинена, имеет уплотнительное кольцо; – Крепежные винты изделия защищены от самоотвинчивания и от коррозии; – Наличие маркировки для кабелей около каждого вводного отверстия.
Отдел продаж · ФАТО ЭЛЕКТРИК · Вчера · Россия · г Москва
Промышленные разъемы – Розетка переносная  HLT Electric

ПРОДАМ: Трехфазный стабилизатор напряжения Каскад 12-60 Ква Полигон™

Предназначены: — Для обеспечения качественного электропитания компьютеров, оргтехники, медицинского оборудования, аудио- видеотехники и другой промышленной и бытовой аппаратуры, в сетях с напряжением отличным от номинального; — Для защиты электронной техники от индустриальных и атмосферных импульсных помех, распространяемых по сети питания. Системы защиты нагрузки: — При аварии сети и повышении (понижении) фазного напряжения на выходе стабилизатора напряжения более (менее) 242 (176) В, происходит отключение нагрузки. Включение нагрузки производится автоматически после нормализации выходного напряжения; —Все модели стабилизаторов напряжения имеют электронную защиту от короткого замыкания и защиту от перегрузки; На всех моделях установлены варисторы для защиты от мощных импульсных помех. Варисторы защищают нагрузку от высоковольтных выбросов, вызванных грозовыми разрядами, переходными процессами в сети, сварочным оборудованием, транспортом и т.д. Конструкция: —Трехфазные стабилизаторы "Каскад" мощностью от 12 до 60 кВА состоят из трех однофазных блоков и подключаются по схеме «звезда с выведенной нейтралью»; —Подключаются к сети и нагрузке через клеммные зажимы; — На всех моделях стабилизаторов напряжения установлены варисторы для защиты от мощных импульсных помех; — Варисторы защищают нагрузку от высоковольтных выбросов, вызванных грозовыми разрядами, переходными процессами в сети, сварочным оборудованием, транспортом и т. д.
Панарина Людмила · ПФ СОЗВЕЗДИЕ · 19 июня · Россия · г Санкт-Петербург
Трехфазный стабилизатор напряжения Каскад 12-60 Ква Полигон™

ПРОДАМ: Однофазные стабилизаторы напряжения Каскад 4-20 кВа Полигон™

Предназначены: — Для обеспечения качественного электропитания компьютеров, оргтехники, медицинского оборудования, аудио- видеотехники и другой промышленной и бытовой аппаратуры, в сетях с напряжением отличным от номинального; — Для защиты электронной техники от индустриальных и атмосферных импульсных помех, распространяемых по сети питания. Системы защиты нагрузки: — При аварии сети и повышении (понижении) фазного напряжения на выходе стабилизатора напряжения более (менее) 242 (176) В, происходит отключение нагрузки. Включение нагрузки производится автоматически после нормализации выходного напряжения; — Все модели стабилизаторов напряжения имеют электронную защиту от короткого замыкания и защиту от перегрузки; На всех моделях установлены варисторы для защиты от мощных импульсных помех. Варисторы защищают нагрузку от высоковольтных выбросов, вызванных грозовыми разрядами, переходными процессами в сети, сварочным оборудованием, транспортом и т.д. Конструкция: — однофазные стабилизаторы напряжения «Каскад» 4–20 имеют общий конструктив для установки на полу и отличаются номинальной мощностью и диапазонами коррекции напряжения; подключение к сети и нагрузке производиться через клеммные зажимы, расположенные под верхней панелью стабилизатора; — включение нагрузки и ее электронная защита осуществляется с помощью магнитного пускателя (реле) и соответствующей схемы управления; на лицевой панели находятся индикаторы «СЕТЬ», «ЗАЩИТА», «ПЕРЕГРУЗКА» предназначенные для контроля и сигнализации о режимах работы системы; корпусные элементы изготовлены из металла и окрашены износостойким полимерным покрытием. Цвет серый RAL 7035; Климатическое исполнение модельного ряда – УХЛ 4.2; Эксплуатация производится в отапливаемых помещениях при температуре окружающей среды от +1 до +35°С и относительной влажности до 80% (при +25°С). Уличное исполнение: По требованию заказчика стабилизатор «Каскад» может быть установлен в шкафу для...
Панарина Людмила · ПФ СОЗВЕЗДИЕ · 19 июня · Россия · г Санкт-Петербург
Однофазные стабилизаторы напряжения Каскад 4-20 кВа Полигон™
ООО «Копос Электро» — представительство чешской корпорации KOPOS KOLIN а.s. в Российской Федерации. Основным видом производства компании является электромонтажные изделия для кабельных систем. Количество изделий в серийных линейках продукции бренда KOPOS превышает 8 тысяч наименований.