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: Регуляторы мощности: аналоговые и цифровые (н/м)

Регулятором мощности называется электронное устройство, которое пропускает в нагрузку определенную часть каждого поступившего из сетевого напряжения полупериода. При этом изменяется среднее значение выходного напряжения. Регулятор мощности с фазовым управлением нужен для регулировки мощности оборудования от нуля до максимального значения (мощность, как при прямом подключении к сети). Регулятор мощности с фазовым управлением нужен для регулировки мощности оборудования от нуля до максимального значения (мощность, как при прямом подключении к сети). иристорный регулятор мощности Тиристорный регулятор мощности – это современный класс регуляторов для сети переменного тока. Главным элементом этого устройства является тиристор. Он подключен последовательно с нагрузкой. Тиристор может быть в закрытом или открытом состоянии. Открывается он, когда напряжение в нем соответствует необходимой полярности. Когда ток равняется нулю в конце полупериода сетевого напряжения, тиристор закрывается. Мощность в нагрузке регулируется путем изменения момента времени включения. Аналоговый и цифровой регулятор мощности В зависимости от способа увеличения мощности в нагрузке различают 2 типа аналоговых регуляторов мощности: с фазовым управлением; с управлением с коммутацией при переходе тока через ноль. Цифровой регулятор является универсальным. Пользователь может выбрать способ управления и входной управляющий сигнал. Микропроцессор контролирует все параметры. Минус цифрового регулятора в его стоимости, которая выше, чем у аналогов. Для контроля уровня входного напряжения в регуляторе имеется особая схема. Она отслеживает окончание одного полупериода и начало другого. В этот момент в аналоговом регуляторе мощности происходит заряд разряженного времязадающего конденсатора. Этот момент в цифровом регуляторе создается прерыванием, в котором микропроцессор сбрасывает счетчик-таймер и отсчитывает время инкреминацией счетчика. Когда в аналоговом регуляторе достигается...
Регуляторы мощности: аналоговые и цифровые (н/м)

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 · 12 апреля · Россия · г Москва
Стабилизаторы и ИБП Uniel

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 · 10 апреля · Россия · Самарская обл
НАЛИ-НТЗ-10(6) УХЛ2 трансформатор напряжения

ПРОДАМ: Электрооборудование: ктп, ксо, апс, пку, що, крун

Занимаемся производством электро-технического оборудования Продажа Трансформаторной подстанции ктпн комплектная трансформаторная подстанция) мощностью до 3200 ква (6 /10 кв) Силовой трансформатор, масляный на 25, 40, 63, 100,160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 ква Камера КСО (на вакуумном, элегазовом выключателе нагрузки) Пункт коммерческого учета ПКУ Автоматический пункт секционирования Псс реклоузер Ячейка КРУН. ЯКНО Станция прогрева бетона и грунта КТПТО Низкие цены. Срок поставки от 2 рабочих дней! Контакты: (ссылка на сайт) https://артемгаврилов21.рф
Гаврилов Артем · 1 апреля · Россия · Респ Татарстан
Электрооборудование: ктп, ксо, апс, пку, що, крун

ПРОДАМ: Подложки теплопроводящие

Растущий спрос на силовые полупроводниковые модули высокой мощности, высокой надежности и приемлемой стоимости обусловлен непрерывно развивающимся рынком силовых преобразовательных устройств: приводов, систем управления энергопотреблением (системы «smart power»), источников бесперебойного питания, импульсных источников питания, электрических транспортных средств и т. д. Основные требования, предъявляемые к законченному силовому модулю — минимальные габариты и низкая стоимость материалов и процесса производства в сочетании с высокими техническими характеристиками, устойчивостью к воздействиям окружающей среды и практически абсолютной безотказностью. Конструкция современного модуля должна обеспечивать минимальные значения переходных тепловых сопротивлений и распределенных индуктивностей силовых шин в сочетании с высоким напряжением изоляции. Керамика является одним из самых распространенных изоляционных материалов. Широкое применение керамических материалов объясняется их высокими механическими и электрическими свойствами, недифузионностью исходных материалов, сравнительной простотой технологии изготовления, невысокой стоимостью изделий. Керамика негигроскопична, термостойка. Механическая прочность на сжатие, растяжение, изгиб достаточна для практического использования. В отечественной промышленности используют алюминоксид (95–98% окиси алюминия), электрокорунд (99% Al2O3), стеатит, брокерит (97% окиси бериллия), титанаты (тикондовая и термокондовая керамика), а также керамики, в состав которых входят высокотвердый карбид бора, окись циркония и другие материалы. При изготовлении силовых модулей для обеспечения безотказности и высокого напряжения изоляции, а также минимальных значений переходных тепловых сопротивлений используются керамические подложки на основе оксида алюминия Al2O3, нитрида алюминия AlN и оксида берилия BeO с медным слоем с обеих сторон керамической пластины. Область применения нитрида алюминия в мире шире, чем оксида бериллия. Технология...
Войткус Вадим · ООО "Производственная компания Спецрезинотехника" · 10 апреля · Беларусь · Минская обл
Подложки теплопроводящие
Компания «ФАТО Электрик» является производителем и прямым поставщиком низковольтной электротехнической продукции торговой марки HLT. На сегодняшний день ассортимент продукции бренда HLT уже включает в себя более 4000 наименований продукции. Офис и склад общей площадью свыше 1000 м2 находятся в Москве для удобства развития региональной сети дистрибьюции бренда. Фато Электрик осуществляет поставки не только по всей территории Российской Федерации, но и тесно сотрудничает с Республикой Беларусь.