Анонс: правильный выбор установок компенсации реактивной мощности. Некоторые особенности фильтровых (дроссельных) УКРМФ. Проблемы вторичного резонанса при неправильном выборе способа компенсации.
В условиях перехода на современные производственно-технологические процессы, инфраструктуру, поддерживаемые прогрессивными силовыми сетями «цифрового формата» с автоматическим управлением критически необходимой при выборе любого оборудования становится оценка рисков негативного влияния интегрируемой нагрузки на саму сеть или каналы телекоммуникации с программно-аппаратными комплексами АСУ.
Это правомерно и для технических средств компенсации реактивной мощности, локализации источников гармонических возмущений и нивелирования гармоник, однако вред от конденсаторных батарей, установок УКРМ, УКРМТ, УКРМТФ, фильтров de facto является условным, поскольку наличие или отсутствие негативов напрямую зависит от профессионального уровня проектирования.
Или проще:
— Выбор, как способа компенсации, так и конденсаторной установки повышения коэффициента мощности по «опросному листу», калькулятору, советам от «специалистов» был неразумным, но сегодня стал буквально nonsense с учетом ряда (возможных) негативных влияний УКРМ, УКРМФ, УКРМТ на силовую сеть, оборудование и информационные каналы связи с серверами АСУ.
— Опросные листы, калькуляторы могут и должны использоваться, но только для превентивной оценки комплектации, мощности и, основное — инвестиций в нивелирование перетоков реактивной энергии, наброса гармоник, а также окупаемости и экономической целесообразности финансовой выгоды от применения УКРМ, УКРМФ, УКРМТ и т. д. или фильтров гармоник.
Любая УКРМ, УКРМТ, УКРМТФ или фильтр гармоник должны проектироваться только профильными специалистами высокого квалификационного уровня и исключительно для конкретной силовой сети конкретного объекта с ее спецификой режима работы, особенностями нагрузок и на базе полного энергоаудита с регистрацией и анализом пакета параметров качества электроэнергии.
Только в этом случае все возможные негативные влияния на сеть будут превентивно нивелированы, а их de facto достаточно немало и наиболее критические максимально упрощенно для понимания рассмотрены в предыдущей статье и материале ниже.
Некоторые особенности фильтровых или дроссельных УКРМФ
Типичным решением проблемы резонанса со значительными токами на конденсаторных батареях, способными привести к пробою диэлектрика, возгоранию в установке остается использование токоограничивающих реакторов (неформально — дросселей), подключаемых к батарее последовательно и настраиваемых на определенную «антирезонансную» частоту.
De facto реактор действительно снижает емкостное реактивное сопротивление, а чистый выход кВАр от контура «дроссель-конденсаторы» увеличивается, поскольку напряжение на клеммах конденсатора возрастает, а генерируемая реактивная мощность изменяется пропорционально квадрату напряжения: V=n2/(n2-1) и Sf=S0*n2/(n2-1), где:
- V — напряжение на конденсаторах,
- Sf и S0 — мощность ступени с и без реактора соответственно,
- n = fn/f, fn — частота настройки с реактором,
- f — фундаментальная частота.
Т. е. по факту реактор в фильтровых УКРМФ, УКРМТФ защищает конденсаторы от перегрузки по току, но батарея (ступень) или конденсаторная установка будет генерировать в сеть большую мощность, что может вызвать перекомпенсацию с ее негативными последствиями для силовой сети.
Второй проблемой фильтровых УКРМФ, УКРМТФ являются значительные риски аварийности из-за повышения температуры внутри шкафа при недостаточном пространстве и отсутствии принудительной вентиляции. Это обусловлено «гашением» токов гармоник сопротивлением обмоток реактора с трансформацией электрической энергии в тепловую и, соответственно выделением тепла, причем из-за скин-эффекта гармонические токи проходят тем ближе к поверхности сечения обмотки, чем выше частота и градиент температур по сечению может привести к разрушению проводов. Единственным решением этой проблемы остается принудительная вентиляция с обеспечением достаточного по нормативам пространства между ректором, конденсаторами, стенками шкафа и пр.
Проблемы вторичного резонанса при неправильном выборе способа компенсации
Традиционно для решения проблемы перетоков реактивной мощности сегодня предлагают централизованную, групповую, индивидуальную и комбинированную, сочетающую разные способы компенсацию, причем типичными из-за снижения инвестиций стали сочетания централизованной, групповой или индивидуальной с интеграцией конденсаторных установок на линиях разного уровня напряжения.
Вместе с тем почти никто из интеграторов конденсаторных установок/батарей не говорит о высоких рисках вторичного резонанса, возникающего в установке меньшего напряжения из-за переходных процессов при коммутации ступеней УКРМ на линии большего напряжения и особенно во вторичных цепях, резонансные частоты которых близки к собственной частоте высоковольтной конденсаторной батареи — (fc/fm)2=LmCm/LcCc, где, соответственно, fc и fm — частоты УКРМ, а LcCc и LmCm — индуктивность и емкость во вторичной, то есть меньшего напряжения, и главной — большего напряжения — сети.
При малых fc/fm из-за переходных процессов коммутации УКРМ в главной сети перенапряжение на УКРМ вторичной сети может превышать номинальное значение в пять раз. Аналогично, в моменты коммутации при низких отношениях, наблюдаются наброс гармонических токов, способных вызвать пробой конденсаторов на линии низкого напряжения.
Переходные процессы будут преобладать, когда мощность коммутируемой конденсаторной батареи в главной сети намного больше, чем мощность низковольтной установки и кабельных линий, что, как правило, типично, а самые значительные перенапряжения и набросы токов больших амплитуд возникают, когда частота УКРМ в главной сети близкая с резонансной частотой последовательного контура, образованного понижающим трансформатором и емкостью низковольтной конденсаторной установки или батареи.
Поэтому лучше всего применять конденсаторные установки, батареи только с одним уровнем напряжения, а если технически необходим комбинированный способ компенсации, то необходим тщательный анализ переходных процессов переключения для предварительного определения точек резонанса и их устранения.
