Гармоники в силовых сетях предприятий разных отраслей экономики.

Анонс: Эмиссия и трансмиссия гармоник между сетями различной балансовой принадлежности и разного уровня напряжения. Особенности нелинейных нагрузок и эмиссии (трансмиссии) гармоник предприятиями разных отраслей экономики.

Специфика эмиссии и трансмиссии гармонических искажений между сетями различной балансовой принадлежности и разного уровня напряжения наряду с объемами «мигрирующих» гармоник и их негативами для стабильности электросетей и качества поставляемой/потребляемой электроэнергии обусловили критическую необходимость нивелирования гармонических составляющих тока, напряжения «на местах» - в каждой конкретной потребительской, распределительной сети, а лучше непосредственно у источника.

Осложняется вопрос очистки всей совокупности сетей низкого и низкого среднего напряжения от гармонических возмущений тем, что:

• новые ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, которые формализовали и нормы электромагнитной эмиссии (и трансмиссии) гармоник в сетях разного уровня напряжения, и ответственности сетевой организации и Абонента сети (см. этот материал), пока остаются «thing-in-itself» и индикативные значения гармоник еще формально не введены в регуляторные правовые акты, как пороговые нормы коэффициента реактивной мощности в Приказе Минэнерго N 380;
• несмотря на уже очевидный весомый «вклад» в общий объем мигрирующих гармоник:
  - бытового сектора с однофазными маломощными нагрузками, по-прежнему нет четко прописанного механизма регулирования отношений и ответственности между сетевой организацией и конкретным Абонентом, да и решение проблемы гармоник и перетоков реактивной мощности реально возможно только в масштабах жилых кварталов, объединений и пр.;
  - офисных, торговых, развлекательных центров, учебных учреждений, где нелинейные нагрузки тоже преимущественно однофазные и небольшой мощности (по терминологии Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) – неидентифицируемые), сам широкий спектр гармонических возмущений с гармониками четных, нечетных порядков и интергармониками предполагает использование или многозвенных пассивных фильтров или АФГ (активные фильтры гармоник), что очень дорого и далеко не всегда финансово подъемно для владельцев, особенно в условиях стагнации экономики после пандемии.

Тем не менее, основными «поставщиками» гармонических возмущений в сети остаются промышленные объекты, где эволюция силового оборудования a posteriori предопределяет увеличение объемов эмиссии, а старт цифровой трансформации – критическую необходимость реализации на объектах организационно-технических мероприятий по нивелированию гармоник наряду с компенсацией реактивной мощности на фундаментальной частоте.

Особенности нелинейных нагрузок и эмиссии (трансмиссии) гармоник предприятиями разных отраслей экономики.

Характерные гармонические возмущения в силовых сетях металлургических предприятий.

Заводы, комбинаты, концерны, как черной, так и цветной металлургии отличаются значительными объемами нелинейной нагрузки, зачастую с суммарной мощностью до 90% всей потребляемой электроэнергии. Превалирующая нагрузка - дуговые печи, а в последние годы постоянного тока, вакуумные и плазменно-дуговые, дуговые печи – вакуумные и плазменно-дуговые, в том числе электронно-лучевые плавильные установки и плазматроны с инверторами тока, печи электрошлакового переплава с преобразователями частоты с регулированием углов отпирания полупроводниковых вентилей, индукционные печи-установки с различным типом питания (через понижающий трансформатор, от полупроводниковых преобразователей частоты, от генераторов-инверторов, электромагнитных генераторов индукторного типа, синхронных, ламповых генераторов и т.д.), электроприводы постоянного и переменного тока с магнитными контролерами и пр. (см. более подробно в этом материале). Такое оборудование генерирует гармоники нечетных, четных порядков, а дополнительно - интергармоники с частотами f = 50*n ± 8,8 Гц, где n ряд целых чисел.

Типовая схема питания крупных металлургических объектов - от понизительных подстанций напряжением 35-330 кВ по схеме с глубоким вводом или с главной понизительной подстанцией, подающей на распределительные пункты электроэнергию напряжением 6-10 кВ, что определяет трансмиссию гармоник в сети среднего и низкого напряжения, и, соответственно, негативное влияние искажений на параметры качества электроэнергии и стабильность электроснабжения в этих сетях различной балансовой принадлежности.

Характерные гармонические возмущения в силовых сетях нефтеперерабатывающих предприятий.

На предприятиях нефтепереработки помимо специфики инфраструктуры со значительной протяженностью воздушных линий между кустами скважин, до вспомогательных установок и пр. с ответвлениями до 5-10 и более километров (см. более детально здесь) превалирует мощная нелинейная нагрузка, преимущественно запитанная от ШИМ преобразователей. Причем доля систем регулируемого электропривода для насосных, вентиляторных установок в сегментах сетей низкого напряжения может превышать 70% суммарной нагрузки при том, что питание сетей осуществляется от независимых источников напряжением 6 (10) (20) кВ, а значит транзитная эмиссия (или миграция) гармоник характерна и для собственной сети предприятия и коммутирующих с ней сетей.

Использование многоимпульсных ШИМ преобразователей определяет эмиссию (и трансмиссию) гармонических возмущений большого спектра с пиками интенсивности искажений по току и напряжению до гармоник 25 порядка (см. о спектре гармонических искажений по току и напряжению для 2-х, 3-х, 6-ти и 12-ти импульсных ШИМ преобразователей здесь), хотя критическими по амплитудам на большинстве объектов остаются 3, 5 и 7-я гармоники, нивелировать которые можно пассивными фильтрами гармоник.