Рекомендации по использованию фильтров гармоник

Источники происхождения гармоник Любой нелинейный потребитель («всё кроме лампочки накаливания») Выпрямители входящие в состав преобразователей частоты являются мощными источниками гармонических искажений Негативные эффекты от гармоник Искажение синусоидальной формы кривой питающего напряжения несоблюдение ГОСТа приводит к выходу оборудования из строя Увеличивается реактивная мощность и возрастает полный ток протекающий в линии потери на реактивную энергию увеличение активных потерь в линиях увеличение активных потерь в трансформаторе Перегрузка оборудования и сокращение срока службы завышение мощности трансформатора увеличение сечения кабелей

Искажение синусоидальной формы кривой питающего напряжения Допустимое отклонение формы питающего напряжения от синусоидальной на территории РФ определено в ГОСТ Этот стандарт определяет более жесткие допуски на отклонение напряжения от синусоидальной формы, чем европейский стандарт EN Коэффициент отклонения по напряжению < 8,6% Отклонение от требований влечет за собой сокращение срока службы, как потребителей работающих на этой сети, так и самого частотного преобразователя, а также велик риск выхода оборудования из строя, так как потребители проектируются на работу в сетях с предельно допустимыми отклонениями формы напряжения от синусоиды в соответствии ГОСТ Ответственность за несоблюдение ГОСТ: статья КоАП (штраф от до руб с конфискацией предмета правонарушения) + компенсация причиненного ущерба

Расчет мощности входного трансформатора для выполнения требований ГОСТ Расчеты показывают, что в большинстве случаев, при питании преобразователя частоты Данфосс не оборудованного дополнительным фильтром гармоник, мощность питающего трансформатора должна быть завышена минимум на 25% Соотношение мощности короткого замыкания питающего трансформатора с мощностью преобразователя для выполнения требований ГОСТ P – активная мощность преобразователя частоты S – мощность КЗ. Силового питающего трансформатора Для стороннего ПЧ( S / P ) > 33 Для ПЧ Danfoss без фильтра( S / P ) > 14 Для ПЧ Danfoss c фильтром AHF005( S / P ) > 2,1 Использование фильтра гармоник позволяет избежать переразмеривания трансформатора

Гармонические искажения тока Допустимое отклонение формы тока от синусоидальной на территории РФ не определено. Однако в Европе, США и ряде других стран действует стандарт IEEE 519 (или его аналог) ограничивающий гармоники на уровне 5 – 10 %, что означает практически обязательное использование фильтров гармоник на больших мощностях для выполнения требований стандарта В России крупные компании применяют внутренние нормативные акты на необходимость соответствия оборудования требованиям IEEE 519. Например у ОАО «Газпром» это ВРД

Потребление реактивной мощности КПД преобразователя частоты близко к 1 (>98%) однако это относится лишь к первой гармонике тока. Если не использовать дополнительные входные фильтры cos φ (отношение активной мощности к полной) за счет наличия высших гармоник в среднем равен 0,9 То есть в среднем нужно заложить дополнительные 10% мощности и тока на реактивную составляющую Например: для ПЧ без фильтра гармоник мощностью 800 к Вт полный ток в питающих кабелях увеличивается с 1267 до 1407А, реактивная мощность 100 к ВАр Пока стоимость реактивной энергии определяют РЭК. Типовая стоимость реактивной энергии потребленной сверх допустимых 5,5% составляет 1 к Вар = 8% от стоимости 1 к Вт. Сейчас на согласовании в правительстве находится новый жесткий обязательный тариф. Столь значительное увеличение питающего тока приводит к необходимости в соответствии с ПУЭ закладывать питающие кабели на 1 сечение больше. Использование фильтров делает cos φ = 0,98 и снижает величину питающего тока до номинального значения

Реактивная мощность и потери в трансформаторе Как уже отмечалось, при питании преобразователя частоты Данфосс не оборудованного дополнительным фильтром гармоник, мощность питающего трансформатора должна быть завышена минимум на 25% Потери в трансформаторе приводятся производителем исходя из линейной нагрузки. В соответствии с рекомендациями и расчетами IEEE наличие гармонического спектра тока приводит к увеличению потерь: Для ПЧ без дросселя увеличение потерь трансформатора в 9,23 раза Для ПЧ VLT® увеличение потерь трансформатора в 2,66 раза Для ПЧ VLT® с фильтром увеличение потерь трансформатора в 1,15 раза Например для трансформатора мощностью 1000 кВА (номинальные потери 12,3 к Вт) ПЧ без дросселя дополнительные потери 101 к Вт ч Для ПЧ VLT® дополнительные потери 20 к Вт ч Для ПЧ VLT® дополнительные потери 2 к Вт ч Т.е. использование гармонического фильтра обеспечивает экономию электроэнергии порядка 18 к Вт ч. В денежном выражении экономия за срок службы (~7 лет) от внедрения фильтра (срок службы ч) * (тариф 3 р /к Вт ч) * 18 к Вт ч = руб.

Преимущества использования фильтров гармоник использование фильтров преимущества пример для ПЧ 800 к Вт Гарантия длительного срока службы оборудования и бесперебойной работы Выполнение требований ГОСТ питающего напряжения Стоимость ПЧ руб, стоимость трансформатора руб. Отсутствие переразмеривания трансформатора нет необходимости завышать мощность трансформатора на 25% руб за след. типоразмер Снижение реактивной мощности увеличение cos φ ~ на 0,1 до 0, руб/год Снижение сечения питающих кабелей снижение сечения на 1 типоразмер руб/ 10 м Снижение потерь в трансформаторе снижение активных потерь > чем в 10 раз руб/год Экономия руб. сразу, руб в год Отсутствие риска потерять руб Стоимость фильтра руб * данные выкладки справедливы если трансформатор находится у потребителя