UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Learn more

I understand

Artykuły na medal

AFQevo. Aktywny filtr wielofunkcyjne

włącz .

 

Najbardziej wszechstronne rozwiązanie problemów dotyczących jakości sieci

Wprowadzenie

Odbiorniki domowe i przemysłowe posiadają coraz więcej obwodów elektrycznych zasilanych prądem, którego przebieg nie jest czysto sinusoidalny. Na przykład, w silnikach stosowana jest coraz częściej regulacja częstotliwości, która wymaga przejścia z prądu przemiennego (AC) na prąd stały (DC), a następnie z prądu stałego na prąd przemienny. Ze względu na to, że dostarczany prąd jest zazwyczaj prądem przemiennym, coraz powszechniej wykorzystywane są konwertery elektroniczne (prostowniki, falowniki itd.) do przetwarzania DC-AC i AC-DC. Podobnie dzieje się z powszechnie używanymi odbiornikami jak komputery, lampy ledowe i wyładowcze, windy...

Z punktu widzenia sieci elektrycznej, przekłada się to na konieczność zasilania dużej liczby odbiorników, co powoduje prostowanie amplitudy prądu. W konsekwencji kształt fali pobieranego prądu zmienia się w taki sposób, że nie mamy już do czynienia z falą sinusoidalną, lecz nałożonymi na siebie falami sinusoidalnymi o częstotliwościach stanowiących wielokrotność częstotliwości sieciowej (harmoniczne). Rysunki 1 i 2 pokazują typowy pobór dla sieci z prostownikami jednofazowymi oraz dla sieci z prostownikami trójfazowymi. Ten typ prądów jest najczęściej spotykany w takich obiektach jak biura, centra handlowe, szpitale itd., i zawiera składową o wartości 50 lub 60Hz (podstawowa częstotliwość sieciowa) oraz serię składowych o częstotliwościach stanowiących wielokrotność tej wartości w różnych zawartościach procentowych. Te zawartości procentowe można mierzyć za pomocą analizatora harmonicznych, a także współczynnika zawartości harmonicznych - THD, który odzwierciedla stosunek między wartością skuteczną tętnienia oraz wartością skuteczną składowej podstawowej.

Rys. 1 - Typowe kształty fali sieci, w których występują odkształcenia

Skutkiem poboru prądu niesinusoidalnego jest również pewne odkształcenie napięcia wywołane spadkami napięcia w impedancjach przewodów i przekładników. W rejestrach można zauważyć lekkie odkształcenie napięcia w sieci jednofazowej (niski THD) oraz silniejsze odkształcenie w przykładzie sieci trójfazowej.

W obu przypadkach przebieg prądu wyraźnie różni się od sinusoidy oraz posiada wyższe wartości THD. W celu rozwiązania tego problemu oraz ograniczenia poziomów odkształcenia napięcia w punktach podłączenia odbiorców do sieci publicznej, istnieje szereg norm międzynarodowych, które ustalają dopuszczalne poziomy emisji harmonicznych dla urządzeń i systemów podłączanych do sieci. Jak podano w Tabeli 1, najważniejsze spośród nich to normy dotyczące poziomów kompatybilności:

AFQevo

Tabela 1.- Międzynarodowe normy dotyczące dopuszczalnych poziomów emisji harmonicznych

 

Kilka podstawowych pojęć dotyczących harmonicznych

Aby lepiej zrozumieć problematykę harmonicznych, będziemy opierać się na kilku podstawowych pojęciach opisanych w wielu książkach i artykułach, a które streszczamy poniżej:

  • Źródłem problemów związanych z harmonicznymi są odbiorniki, które pobierają prądy odkształcone (tak zwane odbiorniki nieliniowe).
  • Propagacja harmonicznych u innych użytkowników podłączonych do tej samej sieci zależy od impedancji danej sieci, a to zależy od dystrybutora energii. Wartość impedancji nie jest dostępna w sposób bezpośredni, lecz można ją obliczyć w oparciu o dostępną moc zwarciową (im większa moc zwarciowa tym mniejsza impedancja).
  • Sam użytkownik posiada u siebie część sieci dystrybucji, która sięga aż do końcowego odbiornika. Zatem problem, który może u niego wystąpić na wejściu instalacji, można zrzucić na brak mocy zwarciowej, tym niemniej w wielu przypadkach, w odległych od przyłącza punktach może występować problem spowodowany przez impedancje instalacji.
  • Zgłębiając temat odkształceń w punktach oddalonych od przyłącza, należy pamiętać, że impedancja przewodów posiada bardzo istotną składową indukcyjną. Dlatego w wielu przypadkach należy nie tyle zapewnić dystrybucję energii za pomocą przewodów o bardzo dużym przekroju, ile ograniczyć indukcyjność na metr kabli, co uzyskuje się poprzez splatanie i skręcanie kabli dystrybucyjnych (rozwiązanie często odrzucane przez instalatorów ze względu na brak estetyki).
  • Problem odkształcenia napięcia w punkcie przyłączenia może zwiększyć się z powodu rezonansu między kondensatorami kompensacji współczynnika mocy oraz indukcyjnością sieci dystrybucji (przekładniki i przewody).
  • Środki naprawcze (filtry) powinny zostać zainstalowane możliwie najbliżej odbiorników generujących harmoniczne.

Podsumowując, rozwiązanie problemu harmonicznych jest rozwiązaniem o dwojakim charakterze: Z jednej strony, użytkownik powinien ograniczyć ilość prądów harmonicznych generowanych przez własne odbiorniki oraz powinien starać się zapewnić dystrybucję energii w swojej instalacji przy niskiej impedancji na metr przewodu. Z drugiej strony, dystrybutor energii elektrycznej powinien zapewnić minimalną wartość mocy zwarciowej i powinien dbać, aby użytkownicy nie przekraczali pewnych dopuszczalnych poziomów odkształcenia, by nie zaszkodzić swoim sąsiadom, z którymi współdzielą sieć.

Gdy poziomy harmonicznych wygenerowanych przez niektóre odbiorniki są niedopuszczalne dla zasilającego je systemu dystrybucji, należy zastosować filtry korekcyjne. W tym artykule skoncentrujemy się i rozwiniemy temat filtrowania.

 

Ograniczenia kompatybilności z powodu harmonicznych

Występowanie harmonicznych w sieci niesie ze sobą różne skutki. Najbardziej newralgiczne z nich wymieniono poniżej.

  • Pogorszenie jakości fali napięciowej, co ma wpływ na niektóre czułe odbiorniki.
  • Przeciążenie i możliwe wystąpienie równoległego rezonansu między indukcyjnością przewodu i kondensatorami kompensacji współczynnika mocy (PF).
  • Pogorszenie współczynnika mocy. Na skutek tego zmniejsza się zdolność sieci do zaopatrywania w moc, powodując konieczność jej przewymiarowania.
  • Przeciążenie kabli i przede wszystkim przekładników (bardzo duże zwiększenie strat w żelazie)
  • Problemy związane z nieoczekiwanym zadziałaniem zabezpieczeń

Aby uniknąć tych problemów, normy określają minimalną jakość zasilania, którą ustala się poprzez ograniczenie maksymalnych poziomów odkształcenia w fali napięcia dostarczanej do punktu przyłączenia do sieci publicznej. Te ograniczenia nazywane są granicami kompatybilności. Tabela 1 zawiera w skróconej formie wspomniane poziomy dopuszczalne w odniesieniu do harmonicznych w niskonapięciowych sieciach przemysłowych. Poszczególne klasy wymienione w tabeli dotyczą odpowiednio:

  • Klasa 1: Środowisko przemysłowe przewidziane do zasilania czułych urządzeń elektronicznych
  • Klasa 2: Zwykłe środowisko przemysłowe. Powszechnie stosowane poziomy dopuszczalne dla sieci publicznych
  • Klasa 3: Zakłócone środowisko przemysłowe (zazwyczaj z powodu obecności przetworników). Nieodpowiednie do zasilania czułych urządzeń.

AFQevo. Wielofunkcyjne Aktywne Filtry

Tabela 2 - Poziomy dopuszczalne dot. kompatybilności: Harmoniczne napięcia (Un %) w niskonapięciowych sieciach przemysłowych (IEC-61000-2-4)

Harmoniczne napięcia są powodowane przez spadek napięcia, który wywołują harmoniczne prądu na impedancjach sieci dystrybucji. Fakt ten został przedstawiony na Rys. 2. Zatem osiągnięcie tych granic zależy od dwóch czynników:

  1. Poziomu emisji harmonicznych prądu odbiorników: Im większa emisja, tym większe odkształcenie spowodowane spadkiem napięcia wywołanym przez prądy harmoniczne w sieci
  2. Impedancji sieci: Im większa impedancja, tym większy spadek napięcia dla tej samej wartości emisji harmonicznych prądu w odbiornikach

 

Tabela 3 - Granice dla emisji harmonicznych prądu dla Surządzenie < 33x Scc (EN-IEC-61000-3-4)

W tabeli 3 podano wartości graniczne emisji w sieciach niskonapięciowych, ustalone przez normę EN-IEC-61000-3-4 dla przyłączy, w których moc zastosowana w elementach zakłócających nie przekracza wartości (33xScc), gdzie Scc oznacza moc zwarciową odpowiadającą danemu przyłączu (proporcjonalna część całkowitej mocy zwarciowej, która odpowiada mocy zakontraktowanej).

 

Rys. 2 Schemat jednoprzewodowy, który pokazuje obniżenie jakości fali napięciowej spowodowane odbiornikami nieliniowymi

 

W jakich instalacjach niezbędne są filtry aktywne?

Niektóre z wcześniej sygnalizowanych problemów dotyczących zakłóceń mogą zostać złagodzone i skorygowane za pomocą filtrów. Filtry aktywne stanowią idealne rozwiązanie dla instalacji zawierających dużą ilość odbiorników jednofazowych i trójfazowych, generujących harmoniczne i charakteryzujących się różnymi sposobami poboru energii.

Filtry aktywne to urządzenia oparte na konwerterach z modulacją szerokości impulsu PWM. Dostępne są dwa rodzaje filtrów: filtry szeregowe i filtry równoległe. Zazwyczaj, w celu spełnienia norm IEC-61000-3.4 i IEEE-519, stosowane są filtry równoległe, które działają na zasadzie przesyłu do sieci harmonicznych pobranych przez odbiornik, w przeciwfazie, przy użyciu falownika. Rys.3 obrazuje tę zasadę działania, pokazując prąd odbiornika, filtra i sieciowy. Widać, że sumując IODBIORNIK + IFILTR uzyskuje się prąd ISIEĆ, który jest sinusoidalny.

Lotnisk i infrastruktury - Przemysł motoryzacyjny - Supermarkety i centra handlowe - papierniczym

Rys. 3 - Zasada działania równoległego filtra aktywnego

 

Roztwór

W urządzeniach do filtrowania stopniowo dodawane są funkcje uzupełniające w celu dostosowania ich do modyfikacji w instalacjach elektrycznych, które ze względu na poszerzenie lub zmiany sprzętu mogą wymagać zwiększonego filtrowania określonych harmonicznych lub zrównoważenia między fazami. Przydatna jest też często opcja kompensacji energii biernej w tych urządzeniach.

"Prosta interakcja
ekran dotykowy"

 

Jako rozwiązanie wyżej opisanych problemów, CIRCUTOR oferuje nowy filtr aktywny AFQevo. Jego nowa konstrukcja zapewnia następujące korzyści:

  • Jednostkowa zdolność filtrowania prądów 30 A z podziałem na fazy oraz 90 A dla przewodu neutralnego.
  • W przypadku, gdy potrzebna jest większa zdolność filtrowania, system może zostać poszerzony o nawet 100 filtrów aktywnych AFQevo połączonych równolegle.
  • Ograniczona osłona metalowa do montażu naściennego. Łatwa instalacja ze względu na wymiary.
  • System komunikacji zapewniający lepsze zarządzanie energią w instalacji.
  • Podłączenie od strony sieci lub obciążenia w celu większej elastyczności instalacji.
  • Regulacja priorytetu w celu filtrowania harmonicznych, kompensacji energii biernej oraz zrównoważenia faz.
  • Zmniejszenie prądów harmonicznych do 50. rzędu (2500 Hz).
  • Selektywna filtracja określonych harmonicznych. Kompensacja mocy biernej (indukcyjnej/pojemnościowej).
  • Zrównoważenie prądów fazowych. Model 4W pomaga w zmniejszeniu poboru energii w przewodzie neutralnym.

Znaczenie właściwego wyboru

Aby uzyskać optymalne wyniki, należy posiadać filtry takie jak AFQevo o prostym sposobie instalacji i zarządzania. Oto funkcje, które najbardziej ułatwiają obsługę urządzenia:

  • Uruchomienie za pomocą 3 kroków: podłączenie, konfiguracja, aktywacja.
  • Ekran dotykowy umożliwiający szybkie sterowanie
  • Alarmy takie jak błąd konfiguracji, biegunowość, temperatury, rezonans, napięcia, przeciążenie, styczniki, szyna prądu stałego itd.
 

"Pomagają one lepiej
zarządzanie energią"

AFQevo. PODŁĄCZENIE - KONFIGURACJA - AKTYWACJA

Polivalentes: różne konfiguracje i priorytety

Aktywne filtry są AFQevo bardzo wszechstronny, pozwalając różne konfiguracje i tryby Operacja. Wszystko dla zapisać je w obiektach różnych typów i najbardziej różnych sytuacjach.

Polivalentes: różne konfiguracje i priorytety

Zastosowanie guy wielofunkcyjne Aktywne filtry AFQevo cypel i przy obciążeniu.

 

Wnioski

Harmoniczne w sieciach dystrybucji energii elektrycznej są coraz częstszym zjawiskiem, powodując szereg problemów związanych z obniżeniem jakości fali napięciowej, konieczność przewymiarowania instalacji, a także generując znaczne straty dodatkowe. Oprócz przestrzegania norm ograniczających pobór harmonicznych, zaleca się filtrowanie wspomnianych harmonicznych, gdyż dzięki temu można zoptymalizować przekroje kabli, moc przekładników dystrybucyjnych oraz zmniejszyć straty w instalacjach i uniknąć strat w produkcji.

Rozwiązaniem tego problemu jest globalne i racjonalne wykorzystanie filtrów harmonicznych jak filtry aktywne, które stanowią idealny środek zaradczy niewymagający wysokich nakładów finansowych. Koszty filtrów można łatwo zamortyzować dzięki oszczędnościom osiągniętym w wyniku wyeliminowania strat, przedłużeniu żywotności niektórych podzespołów instalacji oraz optymalizacji infrastruktury dystrybucji energii elektrycznej (kable, kanały kablowe, przekładniki itd.).

 

Pobierz w formacie PDF pdf es  en  fr  de  pl  pt  

 

Kontakt:
t. (+34) 93 745 29 00
 

 


Możesz czytać najnowsze informacje w dziale wiadomości
Możesz również śledzić nasze publikacje na kanałach CIRCUTOR Twitter oraz LinkedIn

kedIn.

circutor32x32

Kontakt

CIRCUTOR, SA
Vial Sant Jordi s/n, 08232
Viladecavalls (Barcelona) Spain
Tel: (+34) 93 745 29 00
Fax (+34) 93 745 29 14

Wsparcie techniczne

(+34) 93 745 29 19

SAT