Прогрессивность фильтрации гармоник в сочетании с компенсацией реактивной мощности.

Анонс: Текущая ситуация с локализацией источников гармонических возмущений и компенсацией реактивной мощности в силовых сетях объектов. Минимально необходимый и достаточный пакет технических решений для перехода на цифровые сети и снижения счетов за электроэнергию.

Силовые сети промышленных и большинства непромышленных объектов сегодня характеризуются значительными объемами нелинейной нагрузки, несимметричным и несинусоидальным режимом работы, и эти (условные) проблемы обостряются с внедрением и/или увеличением доли современного оборудования на ШИМ преобразователях, энергосберегающего освещения, электронных компонентов программно-аппаратных комплексов АСУ (автоматических систем управления) и т.п.

Как результат – увеличение числа аварий и отказов оборудования, нарушение производственно-технологического процесса, преждевременный износ кабельных линий, увеличение затрат на обслуживание, оплату счетов, штрафов и т.д. К основным причинам технических и, соответственно финансовых проблем относят неравномерное распределение нагрузки по фазам, засорение сетей перетоками реактивной мощности, а с недавних пор и гармониками, интерес к которым значительно возрос после старта цифровой трансформации электросетей, формализованного новой Энергетической стратегией России. Вместе с тем, пока:

• Минэнерго России, ПАО «Россети», отраслевые министерства, Росстандарт, муниципальные власти и Правительство РФ не уделяют должного внимания стимулированию предприятий разной сферы деятельности к повышению качества электроэнергии, надежности электроснабжения через очистку силовых сетей в балансовой принадлежности потребителя-абонента.
  Так, после отмены скидок, но не надбавок к «тарифу на услуги по передаче электрической энергии (в том числе в составе конечного тарифа (цены) на электрическую энергию)» из-за «нарушений значений соотношения потребления активной и реактивной мощности» (п. 16 «Правил недискриминационного доступа…» в редакции от 29.06.2020), Абонент распределительной сети стимулируется к сокращению перетоков реактивной мощности в своей сети только штрафными санкциями в виде надбавки к тарифу. Причем несмотря на нормирование в приложении Приказа Минэнерго N 380 от 23.06.2015 коэффициента реактивной мощности в стандартах федерального значения, ПАО «Россети», а зачастую и в договорах на подключение de facto прописана норма коэффициента мощности, хотя при cos φ 0.97 tg φ не ниже 0.25 и простой расчет реактивной составляющей Q в полной мощности S по формуле Q² = S²*tg²φ/(1 + tg²φ) показывает, что в сети еще «курсирует» 13% реактивной энергии (см. таблицу ниже).
  
  
  Таблица. Коэффициенты мощности cos φ, реактивной мощности tg φ и доля Q в полной потребляемой мощности S.

  cos φ	0.99	0.97	0.95	0.94	0.92	0.9	0.87	0.85	0.8	0.7
  tg φ	0.14	0.25	0.33	0.36	0.43	0.484	0.55	0.60	0.75	1.02
  Доля Q в S, %	13.7	23.5	29.7	31.9	36.3	39.2	42.2	44.1	48	49.9

  
  

  Ни скидок, надбавок, ни налоговых преференций для предприятий нет в направлении поддержки очистки силовых сетей от гармонических возмущений, хотя гармоники могут стать реальным «камнем преткновения» при цифровой трансформации электросети (см. здесь). Пока ожидается, что после дискуссий Федерального Конгресса «Приоритеты 2030» выйдут рекомендации, а после начала действия с 01.2021 ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020 ФСТ России введет новый финансовый стимул для выхода на нормы новых стандартов по электромагнитной эмиссии гармоник, сверх- и интергармоник для систем электроснабжения низкого, среднего, высокого и сверхвысокого напряжения. Тем более, что в п. 5.4 ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 формализовано, что «пользователь несет ответственность за обеспечение эмиссии в указанной точке оценки ниже норм, которые были установлены сетевой организацией», а «сетевая организация несет ответственность за общую координацию уровней помех при нормальных условиях эксплуатации в соответствии с национальными требованиями»;

• владельцы промышленных и непромышленных объектов буквально игнорируют очевидные причины аварийности, отказов/сбоев оборудования и, по сути, реальную возможность уменьшения счетов оплаты за электроэнергию за счет снижения потребления активной энергии.

По факту сегодня можно снизить потери активной энергии, а значит и общее энергопотребление из-за перетоков реактивной мощности и наброса токов гармоник и в большинстве ситуаций это финансово выгодно и несложно просчитать самому (см. Финансовые выгоды компенсации реактивной мощности в этом материале, устранения гармонических возмущений активными фильтрами гармоник (АФГ) здесь, упрощенный расчет окупаемости УКРМ и АФГ в этом материале). Тем не менее, «воз и поныне там», хотя в большей степени прогресс тормозят высокие цены на АФГ, а также необходимость модернизации УКРМ или внедрения новых установок с тиристорными ключами и логически-программируемыми контроллерами для интеграции с цифровыми сетями.

Минимально необходимый и достаточный пакет технических решений для перехода на цифровые сети и снижения счетов за электроэнергию.

На текущий момент минимально необходимый пакет технических решений для очистки сетей от перетоков реактивной энергии (на фундаментальной частоте 50 Гц) и нивелирования (локализации) гармонических возмущений в силовой сети объекта должен включать:

• конденсаторные установки повышения коэффициента мощности с тиристорной коммутацией ступеней, но совместно с декомпенсирующим реактором, управляемым тиристорными ключами (Тhyristor-controlled Reactor, TCR), который будет нивелировать набросы индуктивных или емкостных токов в зависимости от недо- или перекомпенсации реактивной энергии конденсаторной установкой (см. более детально о сборках Thyristor-switched Capacitor & Тhyristor-controlled Reactor здесь);
• пассивные фильтры гармоник (режекторного типа или фильтры-пробки) в случае больших амплитуд гармоник первых порядков;
• активные фильтры гармоник, возможно в сочетании с пассивными фильтрами для блокирования наброса токов гармоник широкого спектра.

Снизить стоимость АФГ можно, как сочетанием с пассивными фильтрами и установкой максимально ближе к источнику гармонических возмущений, так и использованием однофазных АФГ с малой мощностью, но для этого необходим полный анализ силовой сети по пакету параметров качества с обоснованием возможности локализации гармоник в отдельных фазах или в нейтральном проводе (в случае симметричной нагрузки).