Усунення проблем з якістю електроенергії допоможе вашому підприємству заощадити гроші за рахунок оптимізації енергоспоживання та захисту обладнання від пошкоджень у майбутньому.
Стабільність електричної системи можна охарактеризувати як якість електроенергії. Першим кроком для оцінки стану електричної системи є збір даних від обладнання, інфраструктури та сервісної панелі. Це вимірюється у трифазних електричних системах за допомогою приладів, які враховують кілька змінних.
Погана якість електроенергії проявляється таким чином:
-Провали та сплески - напруга нижче або вище очікуваного.
-Гармоніки - частотні ефекти, викликані або джерелом живлення, або обладнанням, що працює в системі.
-Не симетрія - вплив коливань напруги або струму на кожну електричну фазу.
- Мерехтіння - ефекти, викликані повторюваним перемиканням електричних навантажень, наприклад, дугових печей або інших процесів.
Причини:
Гармоніки - це струми або напруги з частотами, кратними основною частотою мережі, що становить 50 Гц. Якщо перша основна частота дорівнює 50 Гц, друга — 100 Гц, а третя — 150 Гц. Ось кілька прикладів проблем, які можуть бути пов'язані з гармоніками:
Миготливі вогні - Частий симптом проблеми з якістю електроенергії. Потенційним джерелом мерехтіння є обладнання зі швидкими коливаннями струму або напруги навантаження. Це, наприклад, великі двигуни при запуску, обладнання з циклоконвертерами (наприклад, приводи прокатних станів і підйомні шахтні машини), а також машини, в яких використовуються статичні перетворювачі частоти, такі як двигуни змінного струму і дугові печі.
Перегріті трансформатори і вимикачі, що спрацювали, можуть бути причиною гармонічних проблем, які виникають, коли нелінійні навантаження, що споживають струм різкими імпульсами, а не плавно (синусоїдальним чином) змушують гармонічні струми текти назад в інші частини енергосистеми.
Стан гармонік у системі можна висловити у різний спосіб. Перший це повне гармонійне спотворення або THD. THD – це сума всіх гармонійних ефектів; зазвичай це вимірюється до 50 кратного основної частоти енергосистеми (50 Гц), при 2,5 кГц або, згідно з деякими рекомендаціями, до 40 кратного (2,0 кГц). Це значення THD з погляду якості електроенергії найчастіше застосовується до напруги. У посібнику зазначено, що вплив гармонік напруги має бути меншим за 8% по відношенню до основної гармоніки. Значення вище вказаних 8% потребують подальшого вивчення.
Першим рівнем дослідження буде визначення відсотка кожної окремої гармоніки, 2-а, 3-я, 4-а, 5-а - до 50-ї. Це відображається або в реальному часі на вимірювальному приладі, або на діаграмі із зареєстрованих та завантажених даних – це візуалізується як «гармонічний спектр».
Зразковий спектр гармонік показаний на рис. 1, є дуже типовим сценарієм. THD напруги знаходиться в середньому діапазоні і становить близько 3,5% на кожній фазі. Найбільші гармоніки знаходяться на 5-й і 3-й відповідно, і незабаром після 7-ї гармоніки дуже швидко згасають. Ці гармоніки генеруються імпульсними джерелами живлення, що використовуються в електронному устаткуванні, такому як комп'ютери, монітори, телевізори та світлодіодне освітлення. Певною мірою це гармоніки, які допускають виробники обладнання усередині своїх пристроїв. Це обладнання містить електронні фільтри, які запобігають генерації найвищих гармонік. Запобігання або пом'якшення наслідків досягається шляхом додавання простих мереж пасивних компонентів, таких як резистори, конденсатори і котушки індуктивності. Увімкнення цього простого засобу захисту в продукт дозволяє виробнику постачати продукти, що відповідають стандарту EMC.
Цей графік відображає відсоток кожної окремої гармоніки. Це відоме як гармонійний спектр. Рис.1
Якщо ми розглянемо гармоніку струму, то побачимо зовсім іншу картину. На рис. 2 видно дивовижний рівень спотворень - до 40%. Це цікаво, але не так вже й важливо. По-перше, у цьому випадку струм буде низьким у порівнянні з тим, який струм використовується в ланцюзі. Ми описуємо ці два значення як IL (струм навантаження) та ISC (струм короткого замикання). Коли ISC значно вищий, ніж IL, THD для струму не має значення. Причина цього в тому, що велика різниця в цих струмах навряд чи вплине на гармонію напруги. Ця концепція закріплена у стандарті IEEE 519 (Рекомендована практика та вимоги для контролю гармонік в електроенергетичних системах).
На цьому знімку екрана ви бачите високий рівень спотворення струму. Але хіба це має значення? Рис.2
Наслідки
У промислових умовах причиною гармонічних спотворень найчастіше є електричне обладнання у процесі експлуатації. Сучасні промислові підприємства містять безліч одиниць обладнання, які можуть сприяти загальному викривленню - кілька очевидних прикладів включають перетворювачі частоти та електродвигуни, що приводяться в дію інверторами. Ці приводи приймають напругу та струм змінного струму, перетворюють їх у постійний струм, а потім створюють вихідний сигнал змінної частоти, щоб двигуни могли керуватися більш точно. Коли струм подається в інвертор, він не сприймається як чиста синусоїда і нерегулярно приймає струм для заряджання компонентів на вході інвертора. Це нерегулярне споживання спотворює струм і, отже, напруга. Ці інвертори можуть використовуватися для приводу двигунів, які є частиною промислового процесу, такого як перекачування охолоджувальної або нагріваючої води, рідких матеріалів, конвеєрів, що рухаються, або охолоджуючих вентиляторів. Інші типи електронного управління також є частиною процесу, і кожен із них створює деякі спотворення. Коли все це обладнання підключено до однієї мережі, спотворення загалом зростають.
Виробники обладнання відповідають за те, щоб їх обладнання не створювало неприпустимі рівні спотворень, тому стандарти якості електроенергії покликані запобігти цьому. Але в деяких випадках, коли користувач створює унікальну комбінацію більш високих, ніж очікувалося, спотворень в електричній мережі, близьких до пропускної здатності, спотворення можуть стати серйозними та вплинути на інші частини обладнання. Наприклад, старі трансформатори який завжди проектувалися з урахуванням гармонік. Хоча з моменту появи промислової силової електроніки пройшов деякий час. Із самого початку більшість навантажень на об'єкті були лінійними (де струм і напруга прямо пропорційні - просте резистивне навантаження). Якщо гармоніки високі, перекручування можуть викликати перегрів старих трансформаторів, і з цим пов'язані дві проблеми. По-перше, тепло - порожня витрата електроенергії. По-друге, можливе пошкодження трансформатора, іноді навіть катастрофічне.
Є два можливі рішення.
-Зменшіть гармоніки за рахунок встановлення фільтрів.
-Замініть трансформатор на трансформатор з високим коефіцієнтом, який може впоратися з спотвореннями.
З цих двох рішень обидва мають переваги та фінансові витрати.
Установка фільтрів може бути дуже ефективною з економічної та технічної точки зору, залежно від джерела гармонійних спотворень. Щоб виявити конкретне джерело (джерела), потрібне дослідження гармонік обладнання, підключеного до системи. Найкраще почати з найбільших електронних приводів - подумайте, яке обладнання споживає найбільший струм, наприклад, великі приводи або потужні ДБЖ, щоб з'ясувати, яке з них має найвищий THD. Зберіть якнайбільше даних про гармоніки за кілька днів, щоб побачити, як змінюються THD, та визначити найгірші сценарії. Потім ці дані можуть бути передані постачальнику фільтрів, який може порадити відповідні рішення для кожного навантаження. Причиною проблеми може бути лише одна чи дві одиниці обладнання. У гіршому випадку вам знадобиться більша система, але, знову ж таки, постачальник може порадити відповідне рішення.
Із заміною трансформаторів складніше. Як і раніше, потрібні дослідження гармонік, щоб виявити К-фактор — ефект нагрівання через гармоніки. Коефіцієнт K виводиться із гармонік з використанням рекомендованого IEEE методу; однак відповідний інструмент розрахує це за вас. Трансформатори з коефіцієнтом До дорожчими, ніж стандартні трансформатори, і простої через встановлення нового трансформатора можуть виявитися серйозними і призвести до значних простоїв. Однак у деяких випадках це може бути єдиним життєздатним рішенням.
Тут повторимося, але виміри мають значення. Знання працездатності вашої системи є важливим для обслуговування вашого обладнання, щоб отримати від нього максимальну віддачу та підтримувати розумне споживання енергії.
Дослідження якості електроенергії слід як планове технічне обслуговування. Виконуючи напіврегулярні вимірювання, ви можете знайти будь-які зміни, які можуть статися, щоб ви могли знайти потенційні проблеми і виправити їх на ранньому етапі. Період між дослідженнями залежить від думки користувачів, але їм необхідно враховувати свої очікування щодо надійності системи - чим вище очікування, тим регулярнішим є опитування. Це може бути щомісяця, щоквартально, раз на півроку або, якщо ви відчуваєте, що справді контролюєте ситуацію, щороку.
Регулярне виконання досліджень не буде таким складним завданням, якщо організувати цей процес правильно.
Збираючи ці дані дослідження, ви можете контролювати свою електричну систему, ефективно керувати нею та підтримувати довговічність вашого електричного обладнання.
Всього коментарів: 0