Снижение гармонических колебаний

Типы снижения гармоник

Гармонические токи представляют собой кратные основной частоты электрической системы (60 Гц в Северной Америке и 50 Гц в остальном мире). Эти гармонические токи могут потенциально повредить оборудование и привести к неэффективности работы электрических систем. К счастью, снижение гармоник осуществляется различными методами и устройствами, которые помогают устранить эти проблемы.

• Пассивные фильтры

  Пассивные фильтры - это фиксированные фильтры третьей гармоники, фильтры нижних частот, фильтры верхних частот или настроенные фильтры, которые обычно используются в точке общего соединения (PCC). Они часто соединяются параллельно. Пассивные фильтры могут гасить заданные частоты и играют важную роль в снижении гармоник и улучшении коэффициента мощности. Компоненты КМ предназначены для снижения отдельных гармонических частот, что может изменить импеданс сети. Следовательно, теоретическим ограничением этого фильтра является частота, которую он сможет ослабить.

• Активные фильтры

  Активные фильтры - это изменяемые фильтры, которые находятся в противоположной конфигурации по сравнению с пассивными фильтрами, при этом активные фильтры подключаются последовательно. Этот тип фильтра будет снижать все гармонические частоты. Активные фильтры используют динамическую электронную обработку для устранения всех гармонических частот и способны адаптироваться к изменениям нагрузки. Их можно использовать индивидуально или в сочетании с пассивными фильтрами для повышения общей эффективности последних. Активные фильтры также способствуют снижению потерь энергии в системе в результате устранения гармоник.

• Фазосдвигающие трансформаторы

  Фазосдвигающие трансформаторы работают путем сдвига фазового угла первичной стороны трансформатора на определенное значение, которое обычно не делится на 3, чтобы компенсировать гармоники на вторичной стороне (подключение к нагрузке). Фазосдвигающие трансформаторы нарушают симметрию гармонических токов триплета и облегчают снижение гармонических токов триплета на трансформаторе.

• Многоимпульсные выпрямители

  Большинство выпрямителей создают шестиимпульсные выпрямители путем объединения трехфазных трансформаторов с шестиимпульсными гармоническими фильтрами. Чем больше импульсов создает выпрямитель, тем меньше будет гармоническое искажение; однако существует компромисс между стоимостью и размерами. Шестиимпульсные или двенадцатиимпульсные фильтры также должны иметь связанные с ними фазосдвигающие трансформаторы, чтобы этот выпрямитель мог работать. Шестиимпульсные фильтры неэффективны, и предпочтительны двенадцатиимпульсные фильтры.

• Синхронные компенсаторы

  Синхронные компенсаторы - это машины, аналогичные синхронным двигателям, но без двигателя. Они обеспечивают компенсацию реактивной мощности и регулирование напряжения в системах переменного тока. Синхронный компенсатор работает как синхронная машина. Он имеет вращающуюся массу с постоянной скоростью 1500 или 1800 об/мин, и машина нуждается в системе возбуждения, которая будет генерировать электрический ток в обмотках якоря, что будет создавать реактивную мощность.

• Статические компенсаторы реактивной мощности (SVC)

  SVC - это электрически управляемое переменное сопротивление (тиристорный регулируемый реактор, TCR), которое позволяет реактивной мощности колебаться; следовательно, колебания напряжения также могут происходить с очень высокой скоростью. Фильтрующая способность SVC может обеспечить стабилизирующую импеданс для шин.

• Универсальные фильтры

  Универсальные фильтры представляют собой комбинацию пассивных и активных фильтров, что означает, что они обладают преимуществами как активных, так и пассивных фильтров. Как правило, они имеют секцию пассивного фильтра и секцию активного фильтра. Недостатком этих фильтров является необходимость использования обоих, чтобы получить достаточную производительность.

Технические характеристики и обслуживание устройств снижения гармоник

• Компонент:

  Устройства снижения гармоник имеют разные компоненты в зависимости от типа. Например, фильтры могут иметь индукторы, конденсаторы и резисторы, а фазосдвигающие трансформаторы имеют соединения для нескольких фаз. Источники бесперебойного питания (ИБП) состоят из блоков питания, системы накопления энергии, такой как батареи, преобразователя, переключателя питания, зарядного устройства и блока управления.

• Мощность:

  Эти устройства имеют номинальную мощность, которая определяется их мощностью или номинальной мощностью. Это гарантирует, что они могут обрабатывать нагрузку без перегрева или повреждения. Например, гармонический фильтр ИБП мощностью 100 кВА будет спроектирован для безопасного управления мощностью нагрузки до 100 киловольт-ампер.

• Рабочее напряжение:

  Фильтры и трансформаторы, используемые для снижения гармоник, работают на уровне напряжения сети. Это гарантирует, что они могут быть легко интегрированы в электрическую систему и защищают устройства и нагрузку. Например, можно использовать напряжение в диапазоне от 0,48 кВ до 15 кВ.

• КПД:

  Потери энергии через устройства снижения гармоник указываются их КПД. Более высокий КПД гарантирует минимальное рассеивание энергии. Например, трансформатор с КПД 98–99% приведет к потере энергии 1–2%.

• Рабочая температура:

  Электрические устройства обычно рассчитаны на рабочие температуры от -10°C до +60°C. Такой широкий диапазон позволяет использовать их в различных применениях. Однако производители предоставляют рекомендации по оптимальным условиям хранения и эксплуатации компонентов, таких как батареи, ИБП и фильтры.

Обслуживание

Регулярное обслуживание необходимо для обеспечения оптимальной производительности и долговечности. Вот несколько советов по обслуживанию для снижения гармоник:

• Осмотр: Регулярные визуальные осмотры системы помогают выявить потенциальные проблемы с оборудованием. Во время осмотра проверяйте наличие ослабленных соединений, поврежденных компонентов и признаков перегрева.
• Электротехнические испытания: Это включает в себя мониторинг качества электроэнергии, который помогает анализировать уровни гармонического искажения. Результаты предоставляют информацию о производительности системы и эффективности устройств снижения. Кроме того, испытания нагрузки помогают подтвердить способность устройств справляться с нагрузкой.
• Смазка: Некоторые устройства снижения, такие как трансформаторы, имеют подвижные части, которые требуют регулярной смазки. Это минимизирует износ и продлевает срок службы компонента.
• Калибровка: Оборудование, такое как анализаторы мощности, используемые для мониторинга гармонических искажений, нуждается в регулярной калибровке. Это гарантирует точные измерения и надежные данные для эффективного принятия решений.
• Чистка: Поддерживайте устройства в чистоте от пыли, грязи и мусора. Такие загрязнения могут вызывать перегрев и приводить к преждевременному выходу оборудования из строя.

Сценарии снижения гармоник

Снижение гармоник имеет решающее значение в различных отраслях промышленности. Некоторые из них приведены ниже:

• Электростанции

  Снижение гармоник обычно является незаменимым на электростанциях. Такие станции в основном используют ветряные турбины, гидротурбины или инверторы ФВ как свое генерирующее оборудование. Каждая из них имеет свои собственные проблемы с гармониками. Например, гидротурбины обычно сталкиваются с проблемами гармоник вращающихся машин. Также необходимо устранять гармонические искажения, поступающие от инверторов, подключенных к электрической сети.

• Центры обработки данных

  Центры обработки данных - это отличные примеры мест, где снижение гармоник ожидается больше, чем нет. ИТ-оборудование, такое как серверы, маршрутизаторы и коммутаторы, как правило, имеют нелинейные нагрузки, которые выделяют гармоники в электрическую систему. Кроме того, центры обработки данных всегда имеют большое количество двигателей XML и ИБП. Оба могут создавать гармонические искажения как нелинейные нагрузки. Кроме того, центры обработки данных, как правило, используют распределение электроэнергии высокой плотности и высокоэффективное преобразование электроэнергии, что включает в себя частое использование силовой электроники. Силовая электроника содержит такие устройства, как преобразователи частоты и выпрямители. Проблемы с гармониками практически неизбежны в силовых электронных устройствах.

• Производственные предприятия

  Производственные предприятия - это еще один сценарий, где снижение гармоник является обязательным. Производственные предприятия часто используют передовые технологии преобразователей частоты (ПЧ) для управления скоростью двигателей и ослабления нагрузок. Это означает, что необходимо применять решения по снижению гармоник. Кроме того, на производственных предприятиях может быть большое количество вращающихся двигателей, таких как серводвигатели и редукторные двигатели. Эти двигатели очень типичны для нелинейных нагрузок. Они могут быть основным источником гармонического искажения.

• Здравоохранение

  Здравоохранение - это еще одна ключевая отрасль, которая требует снижения гармоник. Отрасль здравоохранения, чаще всего, использует очень чувствительное медицинское оборудование, такое как магнитно-резонансные томографы, компьютерные томографы и рентгеновские аппараты. Такое оборудование, как правило, работает с нелинейными нагрузками. Чтобы усугубить проблему, некоторые медицинские учреждения питаются от дизельных генераторов. Они обеспечивают резервное питание во время отключения электроэнергии. Дизельные генераторы известны своей слабой способностью уменьшать гармоническое искажение.

• Телекоммуникации

  Телекоммуникации - это еще одна отрасль, которая широко использует центры обработки данных. Телекоммуникационные компании должны поддерживать и обслуживать различные цифровые сетевые объекты. Они обычно очень энергоемкие и потребляют много электроэнергии. Телекоммуникационные системы должны работать на полную мощность, чтобы обеспечить быстрое и стабильное сетевое обслуживание, которое гарантирует бесперебойную работу всей системы. Нелинейная нагрузка, обычно встречающаяся в телекоммуникационных сетях, может вызвать гармоническое загрязнение систем электроснабжения.

Как выбрать устройства снижения гармоник

При покупке устройства для снижения гармоник в электрических системах следует учитывать следующие факторы:

• Качество материала

  Гармонические фильтры обычно изготавливаются из нержавеющей стали или оцинкованной стали, которая имеет защитное цинковое покрытие. Оба материала обеспечивают длительный срок службы и устойчивость к ржавчине. Покупатели должны выбирать фильтры, изготовленные из этих материалов, и проверять качество составных частей. Например, они должны убедиться, что конденсатор и реактор получены от известных производителей, чтобы гарантировать долговечность и эффективность фильтра.

• Условия эксплуатации

  Температура окружающей среды и влажность, при которой работает гармонический фильтр, являются важными факторами. Фильтры часто работают в суровых условиях, поэтому определение класса защиты фильтра - который указывает на его способность противостоять воздействию окружающей среды - и выбор фильтра, соответствующего условиям эксплуатации, имеет решающее значение.

• Система охлаждения

  Гармонические фильтры часто используют воздушные или водяные системы охлаждения для рассеивания тепла, выделяемого во время работы. Воздушные фильтры, как правило, имеют встроенные вентиляторы, а водяные фильтры используют рубашечную воду для поглощения тепла. Для воздушных фильтров выбор моделей с эффективными системами вентиляции гарантирует достаточный воздушный поток для поддержания фильтра в холодном состоянии.

• Номинальный ток

  Номинальный ток гармонического фильтра указывает на максимальный непрерывный ток, который он может выдержать. Продавцы должны выбирать фильтры с номинальным током, соответствующим оборудованию, к которому они будут подключены. Это гарантирует, что фильтр может эффективно обрабатывать гармонические токи без перегрузки.

• Порядок гармоник

  Гармоники - это токи, генерируемые нелинейными нагрузками, такими как высокочастотный шум. Фильтры спроектированы для ослабления определенных порядков гармоник, обычно в диапазоне от 2-го до 11-го. Продавцы должны определить преобладающие порядки гармоник в своих приложениях и выбрать фильтры, которые направлены на эти конкретные гармоники. Это гарантирует оптимальную производительность при снижении гармонического искажения.

Вопросы и ответы по снижению гармоник

В1: Какая связь между гармонической фильтрацией и снижением гармоник?

A1: Гармоническая фильтрация - это техника, используемая для достижения снижения гармоник. Хотя они связаны, они не одно и то же.

В2: Каковы преимущества снижения гармоник?

A2: Снижение гармоник приносит множество преимуществ. Это улучшает коррекцию коэффициента мощности, способствуя более эффективному использованию электрических систем. Снижение гармоник также приводит к уменьшению общего гармонического искажения, повышая срок службы и производительность оборудования и продлевая срок службы конденсаторов. Это, в свою очередь, приводит к снижению затрат на обслуживание и замену. Кроме того, повышается энергоэффективность, что позволяет экономить энергию и снижать эксплуатационные расходы.

В3: Потребляют ли устройства снижения гармоник электроэнергию?

A3: Устройства снижения гармоник спроектированы для работы с незначительными потерями энергии, что гарантирует, что они не потребляют чрезмерное количество электроэнергии.

В4: Вредны ли устройства снижения гармоник для окружающей среды?

A4: Устройства снижения гармоник вносят ценный вклад в охрану окружающей среды, снижая выбросы углерода, тем самым способствуя борьбе с глобальным потеплением.

В5: Можно ли подключать устройства снижения гармоник параллельно для увеличения мощности?

A5: Да, можно подключать устройства снижения гармоник параллельно для увеличения мощности.