Перспективы нивелирования гармонических искажений в России

Анонс: Значение фильтрации гармоник в силовых сетях объектов и текущая проблема практического отсутствия технических средств для локализации гармонических возмущений. Назначение и перспективы шунтирующих пассивных фильтров гармоник в России.

Повышение технологичности, функциональности и управляемости силовых сетей объектов разного назначения в совокупности с поставленной в Энергетической стратегии России целью «цифровизации» вывело в категорию критических проблему загрязнения электросетей гармониками тока, напряжения, ответственными за:

• искажения параметров качества электроэнергии, нарушения производственно-технологических процессов, снижение стабильности работы, срока службы оборудования, кабельных линий, повышение аварийности силовых сетей и объектов в целом;
• нарушения передачи и снижение достоверности информации, которой обмениваются разные уровни АСУ (автоматических или автоматизированных систем управления), что делает сомнительной саму возможность построения (и работоспособности) цифровой электросети;
• снижение пропускной способности линий электропередач, как магистральных, распределительных, так и абонентских сетей, ведь гармоники «мигрируют» между сетями разного уровня напряжения и вида собственности;
• повышение счетов оплаты за электроэнергию, поскольку интеллектуальные приборы учета регистрируют токи всего спектра частот, а не только на фундаментальной частоте 50 Гц.

Вместе с тем, почти полное блокирование импорта в последнее время со стороны иностранных государств, проявляющих недружественное отношение к России, уже сделало очевидными факт того, что лоббирование интересов торговых компаний и зарубежных производителей наряду с «избирательной» политикой исполнительных органов при реализации программы импортозамещения привело к:

• практическому «вакууму» на отечественном электротехническом рынке: технических средств локализации источников гармонических возмущений и нивелирования эмиссии, трансмиссии гармоник.
  Defacto на протяжении последних двух-трех десятков лет советские разработки пассивных фильтров гармоник, недорогие и эффективные в плане подавления гармонических искажений, были вытеснены зарубежными аналогами на базе ШИМ преобразователей. Предлагаемые, какActiveHarmonicFilters (AHF, или на отечественном рынке – АФГ-активный фильтр гармоник) очень сложно назвать экономически целесообразными решениями, ведь любой АФГ зарубежной сборки поставлялся «на выбор» с 30-ю или 50-тью ветвями предельно дорогих IGBT транзисторов (соответственно для устранения 30-ти или 50-ти гармоник), причем можно былоотключить, но не исключить из сборки ненужные ветви для снижения отнюдь не подъемной (финансово) цены. Помимо этого, мало кто из торговых структур или компаний-инсталляторов акцентировал внимание покупателя на безусловном факте того, что АФГ из-за ШИМ преобразователя сам является источником эмиссии гармоник, «очищает» сеть только ниже места подключения, а значит нужны дополнительные мероприятия по защите сети от гармонических искажений;
• острому дефициту силовых конденсаторов, реакторов, являющихся базовыми компонентами пассивных шунтирующих фильтров гармоник.

В действительности (ограниченно) доступны некоторые номиналы силовых конденсаторов, реакторов, а значит выбор компонентов шунтирующего фильтра под демпфирование гармоник определенных частот, амплитуд осложняется, но проблема может быть успешно решена с помощью специального отечественного программного обеспечения и благодаря гибкости варьирования емкостью и индуктивностью резонансных фильтров.

Т.е. в текущая проблема отсутствия технических средств очистки силовых сетей от гармонических искажений может быть оперативно и экономически выгодно (для покупателя) решена с помощью шунтирующих пассивных фильтров гармоник, собираемых по авторскому программному обеспечению из отечественных комплектующих.

Назначение и перспективы шунтирующих пассивных фильтров гармоник в России.

Резонансные шунтирующие фильтры гармоник - наиболее экономичные по инвестициям и эффективные (при правильном расчете, выборе оптимального места подключения и настройке) технические средства для подавления гармоник. Упрощенно фильтр представляет собой колебательный контур из простого реактора, наборки конденсаторов нужной емкости и резистора, выполняющего роль демпфера при «конфликте» сопротивлений фильтра и силовой сети.

Пассивный фильтр подключается параллельно нагрузке (шунтирующий), а потому по мощности может быть рассчитан только на фильтруемые токи гармоник, т.е. материально и экономически выгоден. Кроме того, фильтр не нуждается в программно-логическом контроллере и defacto может быть постоянно «дежурящим» в сети (подобно нерегулируемым УКРМ или конденсаторным батареям), «оттягивая» на себя токи гармоник благодаря низкому («нулевому») сопротивлению на превентивно настраиваемой «резонансной» частоте. Гармонические токи «замыкаются» в колебательном контуре фильтра, «мечутся» между реактором и конденсаторами и нивелируются из-за потери энергии на преодоление сопротивления емкость/индуктивность (трансформации электрической энергии в тепловую).

Т.е. (упрощенно) пассивный фильтр – это «просто, дешево и сердито», что косвенно подтверждает откат стран ЕС на такие решения (актуальный IEEE 1531-2020 по проектированию и интеграции пассивных шунтирующих фильтров в промышленных сетях), а также практика использования резонансных пассивных фильтров во время существования Советского Союза.

Дополнительным «бонусом» перехода от дорогих АФГ к простым резонансным шунтирующим фильтрам можно считать факт того, что отечественное производство реакторов за последние 3 десятка лет еще «не умерло», а перспективы восстановления конденсаторостроения в России довольно неплохие, безусловно, при внимании (и содействии) Правительства и Минпромторга к существующей проблеме.