Как обнаружить гармонические токи и где ими управлять?
По материалам статьи "How to locate harmonic currents and where to control them?", опубликованной на сайте electrical-engineering-portal.com
Обнаружение источников гармонических токов
В системах с радиальными распределительными фидерами и системах электропитания промышленных установок гармонические токи в основном протекают от создающей гармоники нагрузки к источнику электропитания, см. рисунок ниже. Для гармонических токов импеданс энергетической системы обычно является самым низким обнаруживаемым импедансом.
Общий поток гармонических токов в радиальной системе электропитания
Таким образом, основная часть тока протекает к источнику.
Подобную общую тенденцию потоков гармонических токов можно использовать для поиска источников гармоник. С помощью монитора качества электроэнергии, способного предоставлять информацию о гармонических составляющих тока, просто измерьте гармонические токи в каждой ветви от начала цепи, и проследите гармоники к источнику.
Как минимум для одной из гармоник подобный характер потока способны изменять конденсаторы коррекции коэффициента мощности.
Например, как показано на рисунке ниже, добавление конденсатора к предыдущей схеме позволит отвести большой объем гармонического тока на этот участок цепи. В подобной ситуации, следование по пути гармонического тока приведет к батарее конденсаторов вместо фактического источника гармоник.
Таким образом, для надежного поиска источников гармоник обычно необходимо временно отсоединить все конденсаторы.
Силовые косинусные конденсаторы способны изменять направление потока одной из гармонических составляющих тока
Обычно достаточно просто отличить гармонические токи, связанные с реальными источниками, от гармонических токов, которые возникают исключительно из-за резонанса с использованием батареи конденсаторов. Резонансный ток обычно имеет только одну доминирующую гармонику, находящуюся выше основной синусоидальной волны. Обратите внимание, что гармонические источники генерируют более одной гармонической частоты.
В зависимости от искажающих факторов волновые формы этих гармонических источников имеют несколько произвольные волновые формы, но содержат в значительных количествах несколько гармоник. Одна большая, значительная гармоника почти всегда означает резонанс.
Данный факт можно использовать для того, чтобы определить, будут ли в системе с конденсаторами существовать проблемы гармонического резонанса.
Просто измерьте ток в конденсаторах. Если величина какой-либо гармоники, кроме первой, достаточно велика, вполне вероятно, что конденсатор является частью резонансного контура в энергосистеме. На любых установках, где имеются подозрения на проблемы с гармониками, всегда сначала проверяйте токи конденсаторов.
Другим методом поиска источников гармоник является корреляция временных отклонений искажения напряжения с конкретными характеристиками заказчика и нагрузки. Результаты измерений гармонических искажений можно сравнить с конкретными типами нагрузок, такими как дуговые электропечи, приводы стана и общественный транспорт, которые возникают с перерывами.
Корреляция времени от измерений и фактического времени работы позволит идентифицировать источник гармоник.
Управление гармониками
Стратегии смягчения проблем, связанных с гармоническими искажениями, несколько отличаются по местоположению. Приведенные ниже технологии являются способами управления гармоническими искажениями, как распределительном фидере, так и в системе электропитания конечного пользователя.
1. На распределительных фидерах системы энергоснабжения
2. На оборудовании конечного пользователя
На распределительных фидерах системы энергоснабжения
Отношение X/R распределительного фидера обычно невелико. Поэтому увеличение гармоник за счет резонанса с банками фидеров обычно незначительно по сравнению с тем, что можно обнаружить внутри промышленного объекта. Инженеры по электроснабжению привыкли размещать банки фидеров там, где они нужны, не заботясь о гармониках.
Однако искажение напряжения от резонанса банков фидеров может в некоторых случаях превышать допустимые пределы. Это потребует определенных мер противодействия.
Когда возникают проблемы, обычно первым решением является попытка поиска решения за счет перемещения проблемного банка или изменения размера конденсатора или нейтрального соединения. Причиной некоторых гармонических проблем, связанных с банками конденсаторов фидеров, является увеличение гармоник, кратных трем, в нейтральной цепи фидера.
Для изменения потока гармонических токов нулевой последовательности вносятся изменения в нейтральное соединение соединенных звездой банков.
Для блокировки потока разрешена плавающая нейтраль. В других случаях более выгодно поддерживать поток, помещая в нейтраль дроссель, который позволит преобразовать банк в настроенный резонансный шунт для гармоники с нулевой последовательностью.
Гармонические проблемы на распределительных фидерах часто существуют только при легкой нагрузке!
Напряжение повышается, в результате чего распределительные трансформаторы создают больше гармонических токов и меньше нагрузки, чтобы заглушить резонанс. В этом случае проблему зачастую можно решить, переключая конденсаторы.
Если гармонические токи из широко распределенных источников требуют фильтрации на распределительных фидерах, общая идея состоит в том, чтобы переместить несколько фильтров в сторону концов фидеров. Хотя это применяется не часто, количество установок фидерных фильтров растет.
Высоковольтные конденсаторы для воздушных распределительных систем
На рисунке выше показан один из примеров установки фильтра на воздушной распределительной сети. Это сокращает средний путь для гармонических токов, уменьшая возможность создания помех телефонной связи и снижая падение гармонического напряжения в линиях.
Фильтры являются практически коротким замыканием, по меньшей мере, для одной гармонической составляющей. Это позволяет поддерживать минимальное искажению напряжения на фидере. Когда концы фидера «зафиксированы» фильтрами относительно искажения напряжения, искажениям напряжения гораздо более сложно подниматься выше пределов в любом другом месте.
Исследования гармонического потока следует выполнять всегда, когда на распределительных подстанциях установлены банки конденсаторов большой емкости. Нельзя рассчитывать на то, что системные потери заглушат резонанс в этой точке системы, и увеличение резонанса может быть серьезным.
В оборудовании конечного пользователя
Когда проблемы с гармониками возникают в оборудовании конечного пользователя, прежде всего, необходимо определить, является ли основной причиной резонанс с силовым конденсатором в оборудовании. В подобных случаях сначала попробуйте простое решение, используя конденсатор другого номинала.
Автоматические контроллеры коэффициента мощности дают возможность выбирать схему управления, которая позволяет избежать вызывающей проблемы конфигурации. В других случаях будет так много конденсаторов, случайно переключаемых с нагрузками, что условий резонанса невозможно будет избежать. Фильтрация будет необходима.
ВАЖНО! Установка фильтров на низковольтных системах конечного пользователя, как правило, является более практичной и экономичной, чем в системах распределения электроэнергии.
Легче выполняются критерии установки фильтра, а само фильтрующее оборудование более доступно на рынке. Если величина вводимых нагрузками гармонических токов чрезмерна, промышленные пользователи также должны изучить средства уменьшения гармоник с помощью различных подключений трансформаторов и линейных дросселей.
В офисных зданиях влияние гармонических токов третьих гармоник на нейтральные цепи могут снизить трансформаторы с зигзагообразным подключением и гармонические фильтры для третьих гармоник. Исследования должны проводиться на всех конденсаторах, установленных в промышленных системах на главной шине. В этом месте недостаточные потери в линии для ослабления резонанса.
Таким образом, когда резонанс совпадает с гармонической частотой, которая является сильной составляющей тока нагрузки, результирующее искажение напряжения зачастую становится серьезным. Проблемы с резонансом часто менее выражены, когда конденсаторы располагаются на электродвигателях и в центрах управления электродвигателями. Это также помогает уменьшить потери в системе по сравнению с простое размещение конденсатора на главной шине. Конечно, из-за многочисленных требуемых установок это решение может быть более дорогостоящим, чем использование одного конденсатора на главной шине.
Предполагается, что кабели должны быть достаточно длинными, чтобы ввести в цепь достаточное для ослабления резонанса сопротивление. В сетях с короткими кабелями, возможно, будет сложно или невозможно добиться значительного снижения гармоник.
Если вам нужна профессиональная консультация по диагностике электрооборудования, просто отправьте нам сообщение!
Примеры оборудования:
Смотрите также:
