Анонс: Правильный подход к решению проблемы гармоник в силовых сетях. Стандарты, регулирующие гармонические искажения в силовых сетях объектов.
Несмотря на актуальность вопроса гармоник следует отметить, что искажение гармонической формы волны тока, напряжения — лишь одно из множества различных возмущений, которые нарушают работу электрических систем, но проблема гармонических возмущений становится критической на фоне все более широкого использования силовой электроники, которая в основном работает с коммутацией бесконтактными электронными ключами.
В целом различные нелинейные нагрузки генерируют разные, но идентифицируемые гармонические спектры, что делает задачу выявления возможных виновников решаемой для профильных специалистов отделов энергетиков объектов. Однако специалисты должны быть знакомы с сигнатурами различных искажений формы сигналов, создаваемых конкретными источниками гармоник и это будет способствовать созданию более эффективных методов их ограничения и нивелирования на участках сети, где собственно происходит эмиссия (или трансмиссия) гармоник.
Вместе с тем, при разработке фильтров любого типа нужен превентивный анализ всех преимуществ использования и возможных негативных последствий. Так, необходимо должным образом учитывать риски резонансов, иначе действие фильтрации с использованием однонастроенных (узкополосных) фильтров для устранения характеристической гармоники на данном конкретном участке может усилить искажение формы волны, если полюс фильтра совпадает с характеристической гармоникой более низкого порядка нагрузки.
Справка
Европейские технические регламенты для исключения рисков резонансов фильтров с гармониками нагрузки определяют обязательность поведения энергоаудита сети с полным мониторингом всего спектра (и амплитуд) гармонических возмущений в часы пиковых нагрузок и во время «простоя» объекта, а также включение звеньев блока узкополосных фильтров с резонансной частоты наиболее низкого порядка и наоборот при выключении.
Меньшие риски резонансов будут при использовании активных фильтров гармоник (АФГ), однако:
- АФГ должны быть полноценно обоснованы, учитывая их более высокую стоимость и факт эмиссии гармоник самим ШИМ преобразователем фильтра;
- гармонические искажения от АФГ можно и нужно исключать дополнительной интеграцией в сеть выше точки присоединения блока из узкополосных резонансных фильтров, шунтирующих токи гармоник больших амплитуд от инвертера АФГ.
Важно
С точки зрения потребителя, качество оплачиваемой по счетам электроэнергии означает получение чистой синусоидальной формы волны напряжения со среднеквадратичными вариациями и полным гармоническим искажением в пределах пороговых значений, установленных стандартами, однако зачастую «виновником» эмиссии гармоник является именно нагрузка в силовой потребительской сети и это переводит Абонентов сетевой компании из жертв в нарушителей, что в нашей стране уже определено в ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020. Вместе с тем, свой вклад в засорение потребительской сети гармониками вносит и электросетевая компания, как из-за эмиссии гармоник силовыми трансформаторами, электронными устройствами управления и пр. в собственной балансовой принадлежности, так и транзитной миграции гармоник через распределительную сеть с сетей других Абонентов.
Стандарты, регулирующие гармонические искажения в силовых сетях объектов
Наиболее популярные стандарты управления гармониками во всем мире разработаны IEEE в США и IEC (Международной электротехнической комиссией — International Electrotechnical Commission) в Европейском союзе, в России (после «регуляторной гильотины» № 247-ФЗ уже условно) действуют рецепции европейских регламентов ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020, ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020 и пакет ГОСТ Р 59032.1/4-2020.
В 1981 году IEEE выпустил стандарт 519, цель которого заключалась в предоставлении руководящих указаний и рекомендуемых практик для коммутации оборудования, нивелирования искажения напряжения, исключения влияния на сигналы связи и т. д. гармоник, генерируемых преобразователями мощности. IEEE 519 решал некоторые проблемы кумулятивных эффектов, но мало учитывал с взаимодействие между источниками гармоник и работой энергосистемы. Основное внимание в пересмотренном стандарте IEEE-519 в 1992 году было уделено более адекватной позиции, в которой ограничения для потребителей в отношении максимального количества гармонических токов в точке соединения с электросетью не создавали угрозы чрезмерных искажений напряжения.
Этот пересмотр также подразумевал обязательство электроэнергетических компаний проверить, что любые корректирующие меры, принятые потребителями для уменьшения инжекции гармоник в систему распределения, уменьшат искажение напряжения до допустимых пределов. Взаимосвязь этих критериев показывает, что проблема гармоники — системная, а не локальная и соответствие этому стандарту требует проверки пределов уровней гармоник в точке общего присоединения (РСС). Рекомендуемые уровни общих гармонических искажений (THD) для сигналов тока и напряжения были установлены в редакции IEEE-519 1992 года, а уровни общих и индивидуальных гармонических искажений были определены для потребителей по току и для сетевых компаний по напряжению на PCC.
Подобно IEEE-519, стандарты гармоник IEC устанавливают ограничения уровней гармоник на предприятиях, а после многократных пересмотров последние версии семейства стандартов IEC 61000-3-23 по гармоникам сосредоточились на ограничении эмиссии гармоник силовым оборудованием. Европейские стандарты (и наши рецепции ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020, ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020) определяют индикативные уровни гармонических искажений для сетей низкого, среднего, высокого и сверхвысокого напряжения приведены (терминология IEC 61000-3-6), а в прошлом году была утверждена наиболее актуальная версия рекомендаций по применению пассивных фильтров гармони к IEEE 1531-2020.
Таким образом вне зависимости от перлов законотворчества (см. № 247-ФЗ) и по факту ограниченной нормативно-правовой базы по гармоническим возмущениям в нашей стране, реальный положительный эффект от устранения гармоник можно получить только при правильном проектировании на основе существующего отечественного и зарубежного пакета целевых стандартов и, безусловно, в случае делегирования работ высококвалифицированным профильным специалистам.
