Оптимальные технические средства для решения проблемы гармоник в силовых сетях.

Анонс: Проблемы гармонических искажений в силовых сетях и ошибки подхода к выбору фильтров гармоник. Оптимальные технические средства для решения проблемы гармоник в силовых сетях.

На текущий момент вопросы гармонических возмущений в силовых сетях низкого и среднего напряжения уже вышли из категории «академических», рассматриваются, как серьезная, часто критическая проблема и интерес к ним у менеджментов объектов, подразделений энергетика и производителей технических средств локализации источников гармоник стимулируется:

• планами цифровой трансформации электросетей, обозначенными в новой Энергетической стратегии страны, реализация которых реально возможна только в «чистых» силовых сетях, где исключено негативное влияние высокочастотных электромагнитных помех на микропроцессорные системы релейной защиты и автоматики, программно-логические контроллерыуправления оборудованием, измерительные приборы, датчики, линии коммуникации с программно-аппаратными комплексами АСУ и т.д.;
• введением в действие с начала года скорректированных версий ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, которые не только формализовали факт и нормы эмиссии, трансмиссии гармоник, сверх- и интергармоник(см. накопление гармонических возмущений в низковольтных сетях при трансмиссии согласно IEC TR 62001-2:2016 в этом материале), но и ответственности сетевой организации и потребителя-абонента, абонента и субабонента в точках оценки (РОЕ), общего присоединения (РСС) и присоединения (РОС) за исполнение предельно допустимых норм гармонических искажений;
• простой логикой:
  - экономии финансовых средств на оплату электроэнергии за счет снижения потерь активной энергии из-за гармонических возмущений в силовой сети (и уменьшения погрешности приборов учета, которая в несинусоидальных режимах может доходить до 10% «не в пользу» потребителя электроэнергии);
  - технико-технологической выгоды от повышения качества электроэнергии и стабильности электроснабжения благодаря выводу оборудования в оптимальный режим работы с увеличением сроков службы, возможности обеспечения четкого и контролируемого производственно-технологического процесса, высокого качества продукта/услуг и т.д.

Вместе с тем, подбор оптимального технического средства для нивелирования гармоник в силовой сети по-прежнему остается проблемой, что с одной стороны обусловлено отнюдь не лучшим финансовым положением превалирующего большинства отечественных предприятий после пандемии (и не только), а с другой –недостаточной технической грамотностью ИТР подразделений энергетика бизнеса разного направления деятельности и стремлением к получению сверхприбылей «любой ценой» производителей/поставщиков фильтров гармоник.

Так, продолжаются поставки фильтров:

• по опросным листам без энергоаудита объекта с анализом пиковых, минимальных нагрузок, мониторингом, регистрацией и анализом полного пакета параметров качества электроэнергии в сети;
• без учета их влияния на параметры качества электроэнергии и компенсацию реактивной мощности на фундаментальной частоте, причем предлагаются расчеты коэффициента мощности (а не tgϕ) по традиционному «треугольнику», тогда, как балансы априори нужно определять по «параллепипеду» мощности согласно IEEE 1459 с учетом ее нефундаментальной составляющей, включающей мощности гармоник, искажений тока и искажений напряжения;
• в пакетных решениях, например, активных и для компенсации реактивной мощности, и нивелирования гармоник, причем с силовым и управляющим блоками, «запакованными» дорогими полевыми транзисторами под пакеты гармоник (от фундаментальной частоты до 24 или до 49), хотя по факту для конкретной ситуации могут быть критическими 2-3 гармоники низких порядков.

Оптимальные технические средства для решения проблемы гармоник в силовых сетях.

Следует признать очевидными факты того, что:

• гармонические возмущения характерны для любой силовой сетис нелинейной нагрузкой, а это сегодня практически все отечественные абонентские и распределительные сети, причем из-за трансмиссии уровни гармоник могут быть высокими и критическими даже при небольшой доле мощности источников эмиссии;
• уйти от проблемы гармоник уже не удастся, поскольку в краткосрочной перспективе для всех объектов переход на «цифру» и официальное введение в договора на технологическое подключение пороговых значений гармонических возмущений в точках РОЕ, РСС и РОС по аналогии с коэффициентом реактивной мощности;
• любое техническое решение по нивелированию гармонических искажений должно разрабатываться на основе анализа энергоаудита объекта с выявлением критических (по амплитудам токов, напряжений) гармоник и с учетом используемых (или планируемых к интеграции) установок компенсации реактивной мощности на фундаментальной частоте;
• любой фильтр гармоник должен быть не статичным (по конструкции, параметрам), а гибким модульным, расширяемым, что позволит модернизировать комплектное устройство при расширении производства, инфраструктуры и/или изменении нагрузки.

Т.е. по факту оптимальным техническим средством решения проблемы гармоник должно быть комплектное устройство, разрабатываемое для каждой конкретной силовой сети (и/или ее сегментов), причем в отдельном случае это может быт пассивный фильтр (из двух-трех узкополосных или комбинированный с широкополосным звеном), реже - чисто активный фильтр гармоник (АФГ), из которого, как минимум исключено звено фундаментальной частоты, или же гибридное фильтрокомпенсирующее устройство (ФКУ) из пассивной части и активного блока.

В последнее время предпочтение отдают гибридным ФКУ с последовательным или параллельным подключением активной и пассивной частей, где мощность модуля АФГ и, соответственно, цена всего ФКУ снижена благодаря устранению гармоник первых порядков многозвенными L-C колебательными контурами. Такие ФКУ используются совместно с установками компенсации реактивной мощности и по факту выполняют свою основную целевую функцию – нивелирование набросов токов гармоник для повышения параметров качества электроэнергии в силовой сети и стабильности электроснабжения объекта.