Причины и проблемы трансмиссии гармоник из распределительной сети в силовую сеть объекта (и наоборот). Параллельный резонанс при использовании конденсаторных батарей, установок в распределительной и/или абонентской силовой сетях.
О гармониках, причинах их возникновения и негативах гармонических возмущений в силовых сетях компания Миркон уже писала не раз, но сами вопросы трансмиссии гармонических искажений из распределительной сети в силовую сеть объекта (и наоборот) пока не рассматривались и, тем более, в совокупности с трансмиссией переходных процессов (см. предыдущие материалы цикла). Вместе с тем, безусловным был и остается факт того, что даже прямые финансовые выгоды от нивелирования, как гармонических искажений, так и негативов переходных процессов в подавляющем большинстве случаев больше, чем инвестиции с целью решения этих проблем в специализированное оборудование, о котором более детально будет написано в следующем материале цикла.
Причины и проблемы трансмиссии гармоник из распределительной сети в силовую сеть объекта (и наоборот)
Для радиальных распределительных сетей и энергосистем промышленных предприятий характерно, что гармонические токи перетекают от нагрузки, генерирующей гармоники, к источнику питания. Это обусловлено тем, что источник питания имеет наименьший импеданс на частотах выше фундаментальной и, соответственно является прерогативным путем для гармоник, т.е. (упрощенно) основная часть гармонического тока течет в источник.
Вместе с тем, ситуация в корне меняется, если в энергосистеме используется мощная емкостная нагрузка, например конденсаторная батарея, установка повышения коэффициента мощности, причем вне зависимости от ее расположения – в распределительной или абонентской силовой сети. Т.е. УКРМ, УКРМТ, УКРМФТ, УКРМФ, расположенные либо на объекте потребителя для коррекции коэффициента мощности, либо в распределительной системе для контроля напряжения, резко изменяют импеданс системы и, соответственно это определяет изменение потока гармоник, хотя и на определенных частотах.
Сами конденсаторы не генерируют гармоник, но их присутствие в большинстве случаев связано с серьезными гармоническими искажениями из-за резонансных явлений, возникающих в контуре емкость (УКРМ) – индуктивность сети, поскольку емкостное реактивное сопротивление XC обратно пропорционально частоте и емкости конденсатора (батареи, установки), т.е. тем меньше, чем больше емкость и частота – XC = 1/(2πfC).
Справка: в формуле выше C — емкость в фарадах, но этот параметр редко заявляется производителями (и торговыми компаниями) для силовых конденсаторов, номинал которых измеряется в кВАр или МВАр при номинальном напряжении. В принципе эквивалентное емкостное реактивное сопротивление между фазой и нейтралью на основной частоте для конденсаторной батареи (установки) можно определить по формуле
XC = (напряжение батареи в киловольтах)2/(мощность батареи в мегаварах).
Для трехфазных батарей нужно использовать линейное напряжение в сети и номинальную трехфазную реактивную мощность, а для однофазных - номинальное напряжение конденсатора и его номинальную реактивную мощность. Например, для трехфазной конденсаторной батареи мощностью 800 кВАр и напряжением 6.3 кВ реактивное сопротивление прямой последовательности будет равно 6.3/0.8 = 7.86 Ом.
Параллельный резонанс при использовании конденсаторных батарей, установок в распределительной и/или абонентской силовой сетях
Показательным в аспекте прогноза спектра гармонических токов с максимальной вероятностью резонанса являются пики кривых соотношения мощность батареи/мощность трансформатора на графике зависимости импеданса (Zh) от порядка гармонической частоты (h), где видно, что при 30% соотношении мощностей (батареи и трансформатора) резонансными будут частоты гармоник от 8 по 10, при 50% - от 6 по 7, при 10% - от 13 по 17.
Немаловажное значение и для распределительной, и абонентской силовых сетей имеет риск параллельного резонанса с перенапряжением и большими амплитудами резонансных токов при централизованной компенсации реактивной мощности на стороне потребителя. В этом случае УКРМ, УКРМТ образует параллельный резонансный контур с эквивалентной индуктивностью системы (индуктивностью источника и трансформатора), как показано на рисунках ниже.
Т.е. помимо реального «обмена» гармониками распределительная и абонентская силовые сети подвергаются высокому риску резонансных явлений, при которых амплитуды напряжения и тока могут выходить далеко за пределы критических интервалов, а значит вполне вероятными будут аварийные отключения, выход из строя оборудования, остановка производственно-технологических процессов и т.д.
