Анонс: Суть и причины проблемы взаимного влияния гармоник и конденсаторов установок повышения коэффициента мощности.
Справка: этот материал продолжает цикл статей от компании «МИРКОН» «О реактивной мощности и гармониках для дилетантов в электроэнергетике». Как ориентировочно оценить сеть с УКРМ на наличие проблемы конденсаторы-гармоники.
Оценка гармонических искажений энергосистемы будет неполной без анализа влияния на гармоники конденсаторов коррекции коэффициента мощности, в том числе в конденсаторных установках, батареях, модулях. В промышленной установке гармонические токи и напряжения могут быть значительно увеличены из-за взаимодействия конденсаторов с рабочим трансформатором. Это называется гармоническим или параллельным резонансом, а для типовой конденсаторной установки повышения коэффициента мощности резонансная частота (частота, на которой происходит усиление) обычно находится внутри интервала частот от 5-й до 13-й гармоники. Поскольку нелинейные нагрузки обычно инжектируют токи на 5-й, 7-й, 11-й и 13-й гармониках, резонансное или близкое к резонансному состояние часто возникает, если приводы на преобразователях и конденсаторы установлены в одном сегменте силовой сети, а это, как правило, происходит в подавляющем большинстве случаев.
Сами по себе конденсаторы не генерируют, а «перегенерируют» гармоники подобно трансформаторам (условно), что усугубляет негативы гармонических искажений в сети, причем часто проблемы, связанные с гармониками, «не проявляются» до тех пор, пока в сеть не интегрирована конденсаторная установка (батарея, модуль) для коррекции коэффициента мощности. Максимально упрощенно это связано с тем, что конденсатор накапливает, а затем отдает энергию в силовую сеть, но эта аккумулируемая энергия не «чистая» (с фундаментальной частотой), а буквально «то, что есть», т.е. с гармониками всех частот, присутствующими в силовой сети.
В итоге даже если амплитуда (величина) какой-либо конкретной гармоники, «дежурящей» в сети, ниже установленной стандартами нормы и не оказывает сколь-значимого влияния на параметры качества электроэнергии, то при подключении конденсаторной батареи, установки ситуация сможет измениться – конденсаторы будут периодически «вбрасывать» в сеть накопленную энергию с той же «накопленной гармоникой», а это суммарно увеличит гармоническое искажение.
Вторая и не менее важная проблема в том, что конденсаторы во время искажения формы сигнала, вызванного гармоническими составляющими, могут подвергаться воздействию повышенного напряжения. Однако выходная реактивная мощность конденсатора будет изменяться пропорционально квадрату отношения среднеквадратичного искаженного к среднеквадратичному неискаженному напряжению, т.е. по итогу следует ожидать перекомпенсации со всеми ее негативами для силовой сети и оборудования. В целом по этой причине международный регламент IEEE-182 рекомендует ограничения для работы шунтирующих конденсаторов в энергосистемах, включая ток, мощность и напряжение на конденсаторных блоках.
Т.е. при планировании компенсации реактивной мощности следует понимать, что:
- проблема применения конденсаторов в условиях гармоник отнюдь не ограничивается тем, что более низкий импеданс конденсатора на высоких частотах вызывает перегрузку по току в конденсаторе.
Безусловно, при наличии определенных амплитуд гармонических искажений в сети нужно определять резонансные частоты и нивелировать риски перегрузки конденсаторов путем использования (в рамках конденсаторной установки или отдельно на этом сегменте сети) пассивных фильтров гармоник. Однако это задача «локальная, связанная с защитой именно конденсаторной установки (батареи, модуля) повышения коэффициента мощности;
- более важным в аспекте стабильности и безаварийности силовой сети, оборудования, приборов, устройств будет превентивное нивелирование рисков, как повышения амплитуд наиболее «проблемных» гармоник, так и перекомпенсации.
Как ориентировочно оценить сеть с УКРМ на наличие проблемы конденсаторы-гармоники.
Если на промышленном или непромышленном объекте уже используются конденсаторные установки повышения коэффициента мощности, то необходимо измерить на клеммах батареи среднеквадратичное значение тока. Если измеренное значение превышает номинальный ток конденсатора при системном напряжении (на >5% или около того), то вероятно наличие гармонических искажений напряжения, и стоит выполнить превентивный аудит нагрузок силовой сети (или ее сегмента), вызывающих гармоники, и конфигурации системы.
Этот анализ начинается со сбора данных о мощности (кВА) всех основных нелинейных устройств, всех конденсаторов и информации о номинале входного трансформатора (трансформаторов), а затем оценивается специалистами. Однако идеальный вариант – проведение полного энергоаудита силовой сети (или ее сегмента) профильными специалистами с выявлением режима, характера нагрузок, определением всего спектра гармонических искажений и их амплитуд, потребности и генерации реактивной мощности на фундаментальной частоте, мощности гармоник и т.д. и т.п.
Только такой подход позволит полностью. Исключить проблему гармоник, взаимного влияния гармонических искажений и конденсаторов установок повышения коэффициента мощности, стабильности электроснабжения и качества электроэнергии в целом.
