Источники гармоник на объектах промышленности и коммерции

Высокоэффективное флуоресцентное освещение с электронными балластами, электроприводы регулируемой скорости (PDS – power drive system) для лифтов, транспортеров (эскалаторы, траволаторы), системы отопления и кондиционирования воздуха (HVAC – Heating, Ventilation & Air Conditioning) и чувствительное электронное оборудование, питаемое однофазными импульсными источниками питания, являются основными источниками эмиссии гармонических возмущений на коммерческих объектах, таких как торговые, спортивные центры и комплексы, больницы и центры обработки данных.

Каждая коммерческая нагрузка, присутствующая на объекте, характеризуется небольшой амплитудой гармонических возмущений, которые могут как компенсироваться внутри одной силовой сети, так и усиливаться путем суммирования с гармониками аналогичных частот, включая те, которые могут попадать в сеть через ТП (трансформаторные подстанции) электросетевой компании.

Источники гармонических возмущений на коммерческих объектах: типовая проблематика и воздействие на электрооборудование и энергосистему в целом. Влияние гармонических искажений на промышленные объекты и его последствия для силовой сети и оборудования.

Источники гармоник на промышленных локациях и их воздействие на силовую сеть и оборудование

Современные промышленные объекты всё чаще используют мощные нелинейные нагрузки, которые являются источниками проблемных гармонических возмущений. Когда эти гармоники суммируются с гармониками от других источников и поступают в сеть из распределительной системы, они становятся критическими и вызывают искажения в параметрах качества электроэнергии. В результате происходят аварийные отключения, остановки процессов, сбои в системах автоматики и выход из строя оборудования.

Более того, проблема гармонических искажений на промышленных объектах ухудшается из-за того, что эти мощные нелинейные нагрузки, особенно когда они используются в группах, имеют низкий коэффициент мощности даже в реальном режиме работы при разных нагрузках в течение суток.

• Коэффициент мощности в электродвигателях играет важную роль и определяется в значительной степени потерями. В соответствии с ГОСТ IEC 61800-9-2, эти потери рассчитываются в 15% для электродвигателей мощностью до 90 кВт, а для более мощных двигателей – целых 25%.
• ГОСТ IEC 61800-9-2-2021 также определяет расчетные формулы, потери и базовые значения для расчетов в электроприводах с использованием преобразователей частоты (при использовании стандартизированных компонентов и электроприводов в целом).

Из табличных данных видно, что коэффициент мощности снижается при уменьшении мощности преобразователя, но более существенное снижение наблюдается при уменьшении нагрузки (работе при 75%, 50% и особенно 25% от номинального значения выходных параметров).

Коэффициент мощности электропривода в зависимости от загрузки (моменто-образующего тока электродвигателя) (ГОСТ IEC 61800-9-2-2021).

Необходимо помнить о том, что в актуальной версии IEEE Std 1459 имеется определение коэффициента мощности (PH), который отражает соотношение между активной и полной мощностями (на фундаментальной и нефундаментальных частотах – Р1, РH, S1, SN в формуле ниже).

Следовательно, использование типового расчета cosϕ только на основе мощностей на фундаментальной частоте в настоящих условиях электроснабжения с высокими объемами нелинейных нагрузок является технически неправильным и не должно использоваться.

На промышленных объектах широко используются конденсаторные батареи для повышения коэффициента мощности. Это позволяет избежать штрафных санкций и снизить риски. Однако, использование таких батарей может привести к возникновению гармонических токов от нелинейных нагрузок, что может вызвать резонансные условия внутри установок. Такие условия могут повлиять на работу оборудования и привести к негативным последствиям. Поэтому важно тщательно планировать и контролировать использование конденсаторных батарей, чтобы минимизировать возможные проблемы и обеспечить гармоничное функционирование промышленных объектов.

Обычно самый высокий уровень искажения напряжения наблюдается на низковольтной шине объекта, где применяется схема централизованной компенсации реактивной мощности. Параллельные резонансы в сети могут вызывать перегрев электродвигателей, трансформаторов, неправильную работу чувствительного электронного оборудования, сбои в системах автоматического (или автоматизированного) управления и другие проблемы.

В силовой сети промышленных объектов наиболее значимые нелинейные нагрузки можно разделить на три категории:

1. Трехфазные преобразователи мощности, включающие в себя электроприводы с комплектами частотных преобразователей;

2. Дуговые нагрузки, такие как печи, аппараты для дуговой сварки и системы освещения (люминесцентное, натриевое, ртутное) с магнитным, не электронным баластом;

3. Насыщаемые устройства, включая трансформаторы и электродвигатели.