Простой расчет минимальной финансовой выгоды нивелирования гармоник при перекосе фаз

Анонс: Негативы несимметрии напряжений (перекоса фаз) и несинусоидальности тока, напряжения в силовых сетях промышленных и непромышленных объектов. Простой расчет минимальной финансовой выгоды нивелирования гармоник при перекосе фаз.

Несимметрия напряжения (или перекос фаз), общая концепция и способы устранения которой рассмотрены в этом материале, и, тем более при несинусоидальной нагрузке, обуславливает целый пакет негативов для силовой сети объекта от потерь мощности, снижения пропускной способности сетей до нарушений производственно-технологических процессов, сокращения срока службы оборудования, коммутационных линий и увеличения рисков аварий.

Так, в ряде научных, учебных и исследовательских работ доказано, что даже при формализованных в стандартах допустимых пределах несинусоидальности(тока, напряжения) и несимметрии напряжения (соответственно 5 и 2%) сокращается срок службы электродвигателей (на 18-21% для ассинхронных, до 32% для синхронных), кабельных коммутаций (до 40%) и трансформаторов (от 8%). Одновременно с этим потери энергии увеличиваются в разы вследствие наброса токов гармоник и скин-эффекта, вызывающих (помимо прочего) перегрев кабелей и обмоток, ростнамагничивающего тока, потерь в стали(электродвигателей трансформаторов, реакторов) и ускоренное старение изоляции.

Немаловажное значение (для менеджментов предприятий) может иметь факт того, что при несимметрии напряжений регистрируемые интеллектуальным счетчиком показатели мощности могут превышать реальные значения на 6-8%, т.е. платить придется больше и буквально «ни за что».

Наибольшие потери активной мощности при перекосе фаз и несинусоидальноститока, напряжения наблюдаются в трансформаторах и электродвигателях, причем «лидируют» в потерях понижающие трансформаторы большей мощности (подстанции, цеховые), а проблема в целом решается совокупно и нивелированием гармонических возмущений, и компенсацией реактивной мощности.

Простой расчет минимальной финансовой выгоды нивелирования гармоник при перекосе фаз.

Если условно принять, что перекос фаз вызван неравномерным распределением симметричной нагрузки, то потери активной энергии в трансформаторе (ΔРТ) рассчитываются по формуле:


где Ɛu– коэффициент несимметрии напряжений (отношение напряжения обратной последовательности U2 к номинальному Un, т.е. Ɛu = U2 / Un = U2 / 380 для сети 0.38 кВт),ΔPх.х – паспортные потери холостого хода на фундаментальной частоте, uк.з и ΔPк.з – соответственно напряжение и потери короткого замыкания на фундаментальной частоте.

Реальное действующее напряжение обратной последовательности можно определить по показаниям приборов и по формуле:


где UAB, UBC, UCA – действующее значение напряжения соответственно между фазами А и В, В и С, С и А на фундаментальной частоте.

Справка: Действующие напряжения прямой последовательности (U1) и нулевой последовательности (U0) на фундаментальной частоте можно определить по формулам:


В реалиях почти все силовые сети с перекосом фаз имеют нелинейную нагрузку и из-за наличия гармоник напряжения ситуация с потерями энергии ухудшается и упрощенно суммарные потери активной мощности в трансформаторе, работающем в режиме и несимметрии, и несинусоидальности можно найти по формуле:


где β – коэффициент нагрузки трансформатора.

Здесь дополнительные потери активной мощности (по фазам А, В, С) ΔРνА,В,С формируются суммой:

  • дополнительных потерь активной мощности холостого хода из-за напряжений гармоник ν-го порядка (для каждой фазы)ΔРхν


    где Uν* = Uν/ Un - относительное значение напряжения на v-oй гармонике;
  • дополнительных потерь активной мощности короткого замыкания ΔP (для каждой фазы)

Общая формула дополнительных потерь активной мощности в трансформаторе при наличии гармонических искажений для каждой фазы:


Т.е. при нивелировании гармонических искажений максимально широкого спектра активным фильтром гармоник (АФГ) полностью исключаются дополнительные потери активной мощности ΔРνА,В,С, а они, как правило, значительные и в 3 и более раз (при больших амплитудах) на каждой из фаз превышают потери холостого хода, что в совокупности формирует 40-50% экономии активной энергии при использовании АФГ в силовой сети.

Не в лучшем положении оказываются силовые сети предельно ограниченного числа небольших предприятий с симметричной нелинейной нагрузкой, поскольку превалирующее большинство современного оборудования генерирует в сеть гармоники, кратные 3 (n = 3*(2k + 1) при k – ряд 0, 1, 2…), которые составляют систему нулевой последовательности (одинаковые значения в каждый момент времени) и поэтому складываются в нулевом проводе. Т.е. если амплитуда кратных 3 гармоник составляет 35-40% тока фундаментальной частоты, то в нулевом проводе будут протекать токи в 1.05 - 1.2*In, а значит увеличиваются потери активной энергии, повышаются риски перегрева, обрыва провода, остановки производственно-технологического процесса или пожара.


 490   01.03.2022
Если голосом проще!
Менеджеры готовы принять заявку. Телефоны:
8(800) 707-05-88
(многоканальный)
+7(916) 227-27-07
(WhatsApp)
Если проще написать!
В заявке укажите какая продукция Вас интересует.
Оставить заявку

Ждем Вас в гости!
Согласуйте время и приезжайте в наши офисы для получения технических консультаций
перейти к контактам