Критические аспекты подхода к оценке необходимости, выбору, покупке пассивных, активных фильтров гармоник для силовых сетей объектов разного направления деятельности. Базовые IEEE Std 519, IEC 61642 и отечественные стандарты в оценке гармонических искажений.
Этот материал продолжает цикл о маркетинговых инсинуациях для продажи пассивных и активных фильтров гармоник (АФГ), но, прежде всего следует акцентировать внимание на том, что:
- любые гармонические искажения негативны для оборудования, кабельных коммутаций, информационных каналов связи и особенно в случае автоматических или автоматизированных систем управления в «цифровых» силовых сетях;
- снижение гармонических искажений по току, напряжению априори выгодно Абоненту распределительной сети;
- отказываться от устранения гармоник в собственной силовой сети нонсенс, однако решение может быть отложенным, если гармонические искажения не критичны и на текущий момент предприятие имеет финансовые сложности;
- даже в случае «отложенного» решения по применению очень дорогих АФГ можно снизить уровень гармонических возмущений в силовой сети менее дорогими пассивными фильтрами гармоник и/или организационными мероприятиями;
- de facto вовсе не обязательно инвестировать в очень дорогой АФГ с большим значением генерируемого тока – можно решить проблему посредством проектирования гибридного фильтрокомпенсирующего устройства (ФКУ), где типовая конденсаторная установка будет работать с компенсацией реактивной мощности на фундаментальной частоте, узкополосный пассивный фильтр – срезать гармонику с большой амплитудой, а АФГ – компенсировать гармонические возмущения на других частотах.
Это позволит существенно снизить мощность и, соответственно цену АФГ, а суммарные инвестиции в гибридное ФКУ при правильном проектировании могут быть меньше, чем в случае одного активного фильтра гармоник, работающего со всем спектром гармонических возмущений и компенсацией реактивной мощности на основной частоте.
Важно: В текущей непростой политико-экономической ситуации в мире из-за фактической декларативности программы импортозамещения отечественный электротехнический рынок остался без АФГ российского производства, а доступные к покупке активные фильтры гармоник завозятся из лояльных к РФ стран. Это в принципе временно решает проблему дефицита АФГ, однако предельно важно понимать, что любая абонентская силовая сеть (и оборудование, коммуникации, средства измерения, контроля, повышения коэффициента мощности, нивелирования гармоник и пр.) может быть проверена поставщиком электроэнергии (или распределительной компанией) на соответствие требованиям стандартов – федеральных, ПАО «Россети». Т.е. если купить АФГ производства другой страны, то документация на фильтр должна быть в полном объеме (паспорт, руководство по эксплуатации на АФГ, контроллеры и т.д.), адаптированной под отечественные стандарты и переработанной поставщиком-интегратором АФГ с формализованными операциями по вводу в действие, техническому обслуживанию, гарантиям и пр.
Кроме того, буквально «деньгами на ветер» будет покупка АФГ по «рекомендациям» менеджеров, энергетиков, «экспертов» и пр. без полноценного анализа качества электроэнергии в сети по всему спектру частот гармоник вплоть до 49-го порядка. Причем в идеале и замеры, и установка, и продажа активного фильтра гармоник должна выполняться одним подрядчиком, который (снова-таки) имеет весь пакет документов на АФГ с формализованными положениями об ответственности, гарантиях и обслуживании.
Базовые IEEE Std 519, IEC 61642 и отечественные стандарты в оценке гармонических искажений.
Несмотря на безусловный факт того, что основные принципы и базовые положения отечественных ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020, ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, ГОСТ Р 59032.1-4-2020, ГОСТ IEC 61000-3-2-2021, регламентирующих пороговые нормы эмиссии гармоник, сверх- и интергармоник, были взяты из международных технических регламентов IEEE Std 519, IEC 61642 (с 2020 действует и IEEE 1531-2020 по шунтирующим пассивным фильтрам), некоторые позиции IEEE Std 519 не нашли отражения в наших стандартах. Скорей всего это было осознанно и обусловлено лоббированием интересов компаний, продающих фильтры гармоник, включая АФГ, поскольку делает пороговые нормы гармонических искажений в сети более жесткими.
Так, ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020, ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, ГОСТ IEC 61000-3-2-2021 определяют термины точки присоединения РОС (point of connection), общего присоединения РСС (point of common coupling), оценки РОЕ (point of evaluation), общего (в , ГОСТ IEC 61000-3-2-2021 – полное) гармонического искажения THD (total harmonic distortion), общего (полного) гармонического тока ТНС (total harmonic current), но ни в одном из отечественных стандартов не формализовано полное искажение потребления TDD (Total Demand Distortion).
В отличие от THD (I), определяемого отношением корня из суммы квадратов токов гармоник к току фундаментальной частоты, параметр TDD (I) показывает гармонические искажения при максимальном потребляемом токе всей нагрузки IL, т.е., в рабочем режиме силовой сети объекта.
По сути, THD (I) будет равен TDD (I) при полной нагрузке силовой сети, но отнюдь не в случаях, если измерения проводятся в режимах работы, когда часть оборудования отключена, и разница может быть существенной (см. график красным цветом для THD (I) и салатовым для TDD (I) на рис. справа ниже).
Справка: Использование IL становится важным и в случае определения отношения номинального тока короткого замыкания к максимальному току нагрузки Isc/IL на PCC, поскольку при питании от ТП распределительной сети и от генератора это отношение будет разным из-за более высоких значений тока короткого замыкания на ТП и, соответственно даст различные искажения напряжения THD (U) (см. пример THD (U) при питании от ТП распределительной сети сверху и от генератора снизу на рис. ниже).
Необходимость коррекции анализа гармонических искажений с использованием TDD рассматривалась разработчиками IEEE Std 519 еще в 1992 (для РСС), а в IEEE 519-2022 была заменена таблица «Current Distortion Limits for General Distribution Systems» (Пределы искажений тока для общих систем распределения).
Таблица (IEEE 519-2022, стр.19). Пределы искажений тока для систем напряжением от 120 В до 69 кВ
ISC/IL | Порядки гармоник | Порядки гармоник | Порядки гармоник | Порядки гармоник | Порядки гармоник | Предел TDD |
<20с | 4.0 | 2.0 | 1.5 | 0.6 | 0.3 | 5.0 |
20<50 | 7.0 | 3.5 | 2.5 | 1.0 | 0.5 | 8.0 |
50<100 | 10.0 | 4.5 | 4.0 | 1.5 | 0.7 | 12.0 |
100<1000 | 12.0 | 5.5 | 5.0 | 2.0 | 1.0 | 15.0 |
>1000 | 15.0 | 7.0 | 6.0 | 2.5 | 1.4 | 20.0 |
Примечание: Для h≤6 четные гармоники ограничены 50% гармонических пределов, показанных в таблице. Токовые искажения, приводящие к искажению постоянного тока, например, от полуволновых преобразователей, не допускаются.
