Передача, распределение и накопление электроэнергии

Прогрессивное электронное оборудование в… ухудшении качества электроэнергии

27 января 2022 г. в 12:02

В статье раскрываются особенности негативного влияния силовых преобразователей на силовую сеть. Также представлены способы снижения негативного влияния преобразователей на качество электроэнергии в силовой сети.

Целесообразность и прогрессивность применения силового оборудования в целом и упрощенно определяется уровнем управляемости, точности работы, энергосбережения наряду с минимально возможным или несущественным негативным влиянием на другие энергоприемники, саму сеть и телекоммуникации с системами управления.

Однако по мере эволюции самих силовых сетей минимально возможные негативы могут вырасти до уровня критических, и это наглядно демонстрируют преобразователи, применение которых сегодня стало нормой в сетях низкого и низкого среднего напряжения. VFD (Variable Frequency Drives) приводы на PAM (Pulse amplitude modulation) и PWM (Pulse width modulation) преобразователях, ИБП, выпрямители, электронные пускорегулирующие аппараты в оборудовании, устройствах, системах промышленных и непромышленных, инфраструктурных объектов, при всей прогрессивности вносят весомый вклад в ухудшение качества электроэнергии, повышение аварийности силовых сетей, сокращение срока службы электрических, электронных нагрузок и кабельных линий.

Вместе с тем использование преобразователей имеет множество технических и экономических преимуществ, которые намного перевешивают недостатки, а потому единственно возможным решением проблемы становится разработка превентивных организационно-технических мероприятий для максимально возможного снижения и даже нивелирования негативного влияния инвертеров, конвертеров на силовую сеть.

Особенности негативного влияния силовых преобразователей на силовую сеть

Электродвигатель

Определяющим негативом любых PAM или PWM (ШИМ) преобразователей является генерация гармоник, искажающих синусоиду тока и напряжения и имеющих порядок n=k*p±1, где:

  • k — ряд простых чисел (1, 2, 3...),
  • p — «пульсность» (число вентилей в силовом блоке преобразователя — диодов, тиристоров, транзисторов).

Так, для двухпульсного (однофазного) преобразователя будут характерными гармоники порядков 3,5,7,9,11,13..., для трёхпульсного трехфазного — 2,4,5,7,8,10..., шестипульсного — 5,7,11,13,17,19..., двенадцатипульсного — 11,13,23,25...

Теоретически и упрощенно величину гармонического тока In можно найти из формулы In=I1/n, где:

  • I1 — ток фундаментальной частоты (50 Гц),
  • n — порядок гармоники.

Значит, например, теоретическая величина гармонических токов в сети, генерируемых 3-фазным 6-импульсным силовым электронным преобразователем будет:

  • 5-я гармоника (250 Гц) — 20,0 % фундаментальной частоты;
  • 7-я гармоника (350 Гц) — 14,3 % тока фундаментальной частоты;
  • 11-я гармоника (550 Гц) — 9,1 % тока фундаментальной частоты;
  • 13-я гармоника (650 Гц) — 7,7 % тока фундаментальной частоты;
  • 17-я гармоника (850 Гц) — 5,9 % тока фундаментальной частоты;
  • 19-я гармоника (950 Гц): 5,3 % тока фундаментальной частоты;
  • 23-я гармоника (1150 Гц) — 4,3 % тока фундаментальной частоты;
  • 25-я гармоника (1250 Гц) — 4,0 % тока фундаментальной частоты и т. д.

Тогда, например, если в приводе с регулируемой скоростью ток, потребляемый 3-фазным 6-пульсным преобразователем на основной частоте (50 Гц) 100 ампер, то в дополнение к нему генерируются токи в 20 ампер (20 %) на частоте 5-й гармоники (250 Гц), 14.3 А (14.3 %) на частоте 7-й гармоники (350 Гц), 9.1 А (9.1 %) на частоте 11-й гармоники (550 Гц) и т. д., а суммарный среднеквадратичный ток Irms (игнорируя гармоники выше 25-го гармонического порядка) на 4.1 % превысит амплитуду тока фундаментальной частоты, что приведет к дополнительным потерям в кабелях и трансформаторах, питающих привод. Причем это в идеальной ситуации при коммутации без пульсаций, а на практике амплитуды гармонических токов могут достигать 70-80 % тока основной частоты (см. таблицу ниже).

Таблица. Амплитуды токов гармоник в зависимости от сопротивления сети, наличия/отсутствия сглаживающих реакторов и фильтров

Амплитуды токов гармоник

Способы снижения негативного влияния преобразователей на качество электроэнергии в силовой сети

Одним из наиболее практичных решений проблемы является установка индуктивности (реактора) на стороне питания преобразователя переменного тока для эффективного увеличения индуктивного импеданса между преобразователем и источником питания. Как видно из таблицы выше (4 позиция), это эффективно снижает общий уровень искажений тока, а особенно пятой и седьмой гармоники, причем реактор может быть расположен внутри звена постоянного тока (предпочтительно) или подключен внешне на входных клеммах преобразователя.

Следующим неплохим решением проблемы эмиссии гармоник является использование преобразователей с более высоким числом импульсов, что значительно увеличит порядок «меньшей» гармоники и, соответственно, величину амплитуды гармонического тока. В качестве альтернативы можно комбинировать два преобразователя с более низким числом импульсов, но на практике это полностью не устраняет гармоники низких порядков, а само решение по инвестициям оказывается очень дорогим.

6-пульсный преобразователь в схеме

Практически устраняет проблему интеграция пассивного шунтирующего фильтра гармоник L-C типа рядом с преобразователем, как правило настраиваемого на гармонику с максимальной амплитудой. Фильтры могут быть относительно простыми в конструкции, но обычно это более сложные и дорогие многозвенные колебательные контуры II или III порядка, обеспечивающие более широкую полосу демпфированных частот.

Фильтры в сети

Вместе с тем пассивные фильтры имеют и свои недостатки — они могут «расстраиваться» с течением времени по причине:

  • изменения емкости фильтра по мере деструкции диэлектрика, температурного режима, выхода из строя отдельных конденсаторов;
  • изменения индуктивности из-за температурного старения обмоток реактора и протекания токов больших амплитуд.

В целом это не является критичным, если на объекте хотя бы с частотой, установленной нормативно-правовыми актами, выполняется мониторинг качества электроэнергии и обслуживание силовой сети.

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: Прибор качества электроэнергии PMAC770

Хотите в онлайн-режиме контролировать качество электрической энергии? Подсчитывать стоимость потребленного электричества по многотарифной системе с хранением данных за последний месяц/год? Обнаруживать ошибки в функционировании трехфазной электросети? Получать информацию обо всем этом на компьютер для использования в учете и управлении технологическими процессами? Воспользуйтесь уникальным предложением от компании «Энергометрика» и приобретите многофункциональный прибор качества электроэнергии PMAC770. Этот измерительный прибор совместим с бытовыми и промышленными сетями с напряжением до 600 В, применяется в системах распределения низкого и среднего напряжения. Позволяет просто и недорого создать сеть технического учета электроэнергии. Основные функции PMAC770: отображение показателей в режиме реального времени на встроенном жидкокристаллическом экране и хранение их в памяти; измерение напряжения, силы тока, мощности, энергии, частоты, нагрузки и других характеристик; анализ гармоник, асимметрии, пик-фактора и К-фактора; подключение к промышленным сетям управления через RS-485 (Modbus-RTU); обновление встроенного программного обеспечения. Для приобретения обращайтесь к менеджерам магазина по указанным телефонам.
Отдел Продаж · ООО «Энергометрика» · 27 февраля · Россия · г Москва
Прибор качества электроэнергии PMAC770

ПРОДАМ: Реле защиты от перегрузки

Кроме силового параметра цепей питания, существует и характеристика разности потенциалов в сети, поэтому на любом электрическом устройстве помимо максимального тока указывают номинальное напряжение. И в отличие от силовой характеристики, которая увеличивается параллельно с мощностью, напряжение питания допускает лишь незначительные колебания. В целях обеспечения защиты оборудования от перегрузок, связанных с повышением напряжения (попадание молнии или обрыв нулевой фазы), используют реле защиты от перегрузок. Суть работы рассматриваемого механизма заключается в постоянном контроле напряжения питания, и в случае превышения заданного диапазона происходит механическое воздействие на автоматический выключатель питания. Наша компания с 2005 года профессионально решает задачи на электротехническом рынке в области поставок низковольтного оборудования партнерам по всей России. Сегодня "Элснаб" является крупнейшим дистрибьютором и сервис-партнером чешского завода OEZ (Siemens AG) в России. Наши технические специалисты проводят обучающие семинары и презентации по всему оборудованию, осуществляют полную техническую поддержку и сервисное обслуживание. Электротехническое оборудование "Элснаб" приобретают крупнейшие предприятия и организации страны, работающие в различных отраслях хозяйства: электроэнергетике, атомной, лесной и химической промышленности, агропромышленном комплексе, машиностроении и судостроении, сферах связи и IT. Тщательно продуманная логистика, высокий сервис, надежные поставки, оперативная обработка клиентских запросов - все эти исключительные качества «Элснаб» помогают нашим партнерам реализовать крупные проекты и решать важные задачи в области электротехники. Благодаря собственному складу и сотрудничеству с ведущими транспортными компаниями, мы обеспечиваем быструю отгрузку и высокую скорость поставок в любой регион страны.
Отдел продаж · Элснаб · 26 марта · Россия · г Москва
Реле защиты от перегрузки

ПРОДАМ: Стабилизаторы и ИБП Uniel

Интерактивный источник бесперебойного питания (ИБП) предназначен для защиты электрооборудования от помех и перепадов напряжения в сети и представляет собой устройство с повышенными эксплуатационными характеристиками. Важным преимуществом данного прибора является то, что он совмещает в себе функции двух устройств: источника бесперебойного питания и стабилизатора напряжения. Благодаря высококачественному блоку стабилизации напряжения ИБП способен выдерживать долгие и глубокие искажения входного сетевого напряжения без подключения аккумуляторных батарей, что позволяет значительно увеличить срок их службы. Блок подавления высоковольтных импульсов и высокочастотных помех обеспечивает дополнительную защиту оборудования. Стабилизаторы переменного напряжения электронного типа с цифровой индикацией UNIEL RS-1/500-10000W предназначены для питания устройств однофазным напряжением синусоидальной формы, соответствующим требованиям ГОСТ 13109-97. Автоматический стабилизатор напряжения RS-1/500-10000W применяется для предохранения подключенных к нему приборов различной мощности от колебаний напряжения электросети в широчайшем диапазоне напряжений (от 110В до 260В). Особенностью эксплуатации стабилизатора является возможность закрепления его в настенном положении. Такое размещение позволит сэкономить полезную площадь помещения. Эффективность работы стабилизатора напряжения RS-1/500-10000W легко контролировать при помощи цифрового светящегося табло с основными входными и выходными параметрами электрической сети. Для удобства пользователей в комплекте со стабилизаторами поставляется трафарет для разметки стены, что значительно упрощает процесс монтажа, а так же ножки, которые можно использовать для установки стабилизатора на горизонтальной поверхности.
Бабкин Евгений · Релайт Групп · 22 марта · Россия · г Москва
Стабилизаторы и ИБП Uniel

ПРОДАМ: Реле для проводок

В промышленном электрооборудовании существует разделение цепей на слаботочные и силовые. Последние предназначены для подачи питания к конкретным потребителям. Слаботочные цепи используются для питания ламп индикации, блоков управления и прочего оборудования, которое потребляет электрическую энергию на уровне не более 0,1 - 0,5 кВт. Такое разделение выполнено для того, что бы снизить износ, габаритные размеры и электропотребление оборудования управления. Для взаимодействия между цепями управления и силовыми линиями применяют реле различной конфигурации и назначения. Реле для проводок представляют собой корпус с определенным числом выведенных клемм для подключения. Как правило, на корпусе реле обычно указана его марка, допустимая нагрузка и изображена принципиальная схема работы. По механизму работы существует два основных типа реле: механические и электронные. Механические реле представляют собой подвижный переключатель с электромагнитной катушкой и контактные группы. При подаче питания на катушку происходит замыкание контактов, и реле приводится в действие. Электронные устройства по сравнению с механическими не имеют в своей компоновке подвижных механических деталей, применяются в основном для управления уровнем подачи питания (например, для поддержания заданной скорости вращения электродвигателя). Наша компания с 2005 года профессионально решает задачи на электротехническом рынке в области поставок низковольтного оборудования партнерам по всей России. Сегодня "Элснаб" является крупнейшим дистрибьютором и сервис-партнером чешского завода OEZ (Siemens AG) в России. Наши технические специалисты проводят обучающие семинары и презентации по всему оборудованию, осуществляют полную техническую поддержку и сервисное обслуживание. Электротехническое оборудование "Элснаб" приобретают крупнейшие предприятия и организации страны, работающие в различных отраслях хозяйства: электроэнергетике, атомной, лесной и химической промышленности, агропромышленном комплексе,...
Отдел продаж · Элснаб · 26 марта · Россия · г Москва
Элснаб, ООО

ПРОДАМ: НАЛИ-НТЗ-10(6) УХЛ2 трансформатор напряжения

Трансформатор является трехфазным масштабным преобразователем напряжения в сетях 10(6)кВ с неэффективно заземленной нейтралью и предназначен для питания электросчетчиков коммерческого учета электроэнергии, электросчетчиков технического учета электроэнергии, цепей измерения, релейной защиты, автоматики и т.д. и приборов контроля изоляции сети. Активная часть трансформатора состоит из двух трансформаторов, совместно залитых эпоксидным компаундом. Первый трансформатор (прямой последовательности) - трехфазный трехстержневой, а второй (нулевой последовательности) – однофазный двухстержневой. Первичная обмотка трехфазного трансформатора (АВСН) включается в сеть, а однофазного (НХ) заключена между нейтралью звезды трехфазного трансформатора и землей. Трансформатор обладает набором антирезонансных свойств, позволяющих исключить: - повреждения при длительных однофазных замыканиях сети на землю через прерывистую дугу; - повреждения при трехкратных повышениях напряжения, возникающих при феррорезонансном опрокидывании фазы напряжения у одной из фаз сети; - явление «ложной земли» при работе на холостых шинах. При этом внешние гасительные сопротивления не требуются. Антирезонансные свойства трансформатора обеспечиваются отсутствием не симметрии фазных сопротивлений трансформатора при любом состоянии первичной сети. Устойчивость трансформатора при опрокидывании фазы сетевого напряжения дополнительно обеспечивается трехкратным снижением номинальной индукции в магнитопроводе трансформатора нулевой последовательности. Трансформатор изготавливается в климатических исполнениях «УХЛ» и «Т», категории размещения «2» по ГОСТ 15150-69. Рабочее положение трансформатора в пространстве – любое. Трансформатор предназначен для работы в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений, и имеет: - класс нагревостойкости «В» по ГОСТ 8865-93; - уровень изоляции «а» и «б» по ГОСТ 1516.3-96.
Павлов Виктор · ВолгаЭнергоКомплект · Вчера · Россия · Самарская обл
НАЛИ-НТЗ-10(6) УХЛ2 трансформатор напряжения
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.