Основные проблемы в трехфазной сети переменного тока

Основные проблемы
Отклонение напряжения
Колебания напряжения
Несимметрия напряжения
Несинусоидальность напряжения
Гармоники

Отклонение напряжения
Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования:
Технологические установки:
При снижении напряжения существенно ухудшается
технологический процесс, увеличивается его длительность, следовательно, увеличивается себестоимость производства.
При повышении напряжения снижается срок службы обору-
дования, повышается вероятность аварий
При значительных отклонениях напряжения происходит срыв
технологического процесса
Освещение:
Снижается срок службы ламп освещения, так при величине
напряжения 1,1·Uном срок службы ламп накаливания
снижается в 4 раза
При величине напряжения 0,9·Uном снижается световой поток
ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15 %
При величине напряжения менее 0,9·Uном люминесцентные
лампы мерцают, а при 0,8·Uном просто не загораются

Электропривод:
При снижении напряжения на зажимах асинхронного
электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %.
двигатель может не запуститься или остановиться
При снижении напряжения увеличивается потребляемый
от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы двигателя. Перегрев сверх допустимого на каждые
8-10°С сокращает срок службы изоляции обмоток электро-
двигателя в 2 раза
При повышении напряжения на 1 % потребляемая
двигателем реактивная мощность увеличивается на 3...7 %
Среднее распределение потерь от высших гармоник характеризуется следующими данными: обмотки статора – 14%, цепи ротора – 41%. Токи гармоник в статоре машины вызывают движущую силу, тем самым приводит к вибрации вала двигателя.

Колебания напряжения
Влияние колебаний напряжения на работу электрооборудования:
снижается срок службы оборудования;
перегрев оборудования;
пожароопасность;
понижается КПД двигателя;
вибрация в электромашинных системах;
вызывают брак продукции;
ошибки срабатывания автоматических выключателей;
ошибки в коммуникационном оборудовании;
пульсация светового потока ламп освещения;

Несимметрия трёхфазной системы
Источниками несимметрии:
дуговые сталеплавильные печи,
тяговые подстанции переменного тока,
электросварочные машины,
специальные однофазные нагрузки,
осветительные установки,
Так суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85...90 % несимметричной нагрузки. А коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (K0U) одного 9-и этажного жилого дома может составлять 20 %, что на шинах трансформаторной подстанции (точке общего присоединения) может обусловить превышение нормально допустимые 2 %.

Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования:
Возрастают потери электроэнергии от дополнительных потерь
в нулевом проводе.
Однофазные, двухфазные потребители и разные фазы
потребителей электроэнергии работают на различных не
номинальных напряжениях, что вызывает те же последствия,
как при отклонении напряжения.
В электродвигателях, кроме отрицательного влияния не
несимметричных напряжений, возникают магнитные поля,
вращающиеся встречно вращению ротора.
Общее влияние несимметрии напряжений на электрические
машины, включая трансформаторы, выливается в
значительное снижение срока их службы.
Например, при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U = 2...4 %, срок службы электрической машины снижается на 10...15 %, а если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.

Несинусоидальность напряжения
Источниками несинусоидальности являются:
синхронные двигатели;
осветительные приборы;
сварочные установки; офисная и бытовая техника;
дуговые сталеплавильные и индукционные печи;
трансформаторы;
статические преобразователи;
Электроприёмники с нелинейной вольт­
амперной характеристикой потребляют
ток, форма кривой которого отличается
от синусоидальной.
А протекание такого тока по элементам электрической сети создаёт на них падение напряжения, отличное от синусоидального, это
и является причиной искажения синусоидаль -
ной формы кривой напряжения.

Влияние несинусоидальности напряжения на работу
электрооборудования:
в электрических машинах возрастают суммарные потери,
понижается их КПД;
Так, при коэффициенте искажения синусоидальной формы кривой напряжения KU = 10 % суммарные потери в сетях предприятий, крупных промышленных центров могут достигать 10...15 %.
учащаются ложные срабатывания устройств управления и защиты, приводящие к приостановке технологического процесса;
выводят из строя компьютеры, мэйнфрэймы, устройства сбора и передачи информации;
оказывают воздействие на изоляцию кабельных линий и линий электропередач;
приводят к учащению однофазных коротких замыканий на землю;
приводят к пробою конденсаторов;
вследствие гармоник обратной последовательности,
понижается точность учета электроэнергии;

Гармоники тока и напряжения
Эффекты, вызываемые гармониками
Проблемы мгновенного возникновения включают:
искажение формы питающего напряжения;
падение напряжения в распределительной сети;
наводки в телекоммуникационных и управляющих сетях;
повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании;
вибрация в электромагнитных системах;
Проблемы длительного возникновения включают:
дополнительные потери в трансформаторах;
нагрев в трансформаторах и электрических машинах;
нагрев конденсаторов;
нагрев кабелей распределительной сети;

Гармоники сетевой частоты неблагоприятно влияют на работу кабельных линий, конденсаторов, измерительных
приборов и защитных реле.

Гармонические искажения и несинусоидальность
50 Гц.
250 Гц.
350 Гц.
550 Гц.

Основные возмущения:
Провал напряжения. Включение большой нагрузки, аварии в
электросетях;
Выброс напряжения. Аварии в электросетях, неправильное
подключение выводов понижающих трансформаторов;
Импульсная помеха. Грозовой разряд, коммутация индуктивных
нагрузок;
Осциллирующая помеха. Включение конденсаторов для
коррекции мощности или феррорезонанса трансформаторов;
Прерывание;
Просечки напряжения. Коммутация диодов выпрямителях;
Флуктуация напряжения. Электродуговые печи и устройства,
где ток потребления не синхронизирован с сетевой частотой;
Разбаланс напряжения. Различие нагрузок по разным фазам;

Преимущества установки фильтра на стороне (0.4кВ)
Гармоники гасятся в месте их формирования и следовательно не оказывают влияния на работу других устройств включенных в эту сеть (силовые кабеля, контроллер СУ, ПП СУ, ТМПН, двигатель);
Гармоники не попадают в трансформаторы и следовательно происходит экономия затрат на электроэнергию, уменьшается нагрев трансформаторов и увеличивается их срок службы;
Возможность увеличение загрузки ТП без ее замены высвобождением реактивной мощности;

Виды фильтров Арнади:
Входные фильтры Арнади- APHF-X
Выходные фильтры Арнади-Ф-X
Фильтры Арнади-ФТНП-X

Входной фильтр
Назначение:
Входной сетевой пассивный фильтр предназначен
для подавления гармоник тока, в сетях с нелиней-
ными нагрузками; частотно-регулируемыми
электроприводами, тиристорными приводами
постоянного тока, мощными выпрямителями и
другими устройствами.
Подключение:
Место расположения фильтра, перед нелинейной
нагрузкой, как дополнительное, последовательное
Устройство в отдельном шкафу уличного или
внутреннего исполнения, либо входит составной
частью в шкаф комплектного привода.

Выходной фильтр
Назначение:
Фильтр выходной предназначен для подавления
гармоник тока несущей частоты в сетях с нели - нейными нагрузками; частотно регулируемыми электроприводами, тиристорными приводами постоянного тока, мощными выпрямителями и другими устройствами.
Подключение:
Фильтр замыкает цепочку между выходом СУ
cчастотным преобразователем и повышающим
трансформатором ТМПН. Номинальный ток цепи
фильтра должен соответствовать номинальному
току станции управления.

Фильтр для сетей с нелинейной нагрузкой
Назначение:
Фильтр тока нулевой последовательности Арнади ФТНП-X
предназначен для подавления несимметрической низко -
частотной помехи в сети, как средство ТЗИ; подавления
импульсной помехи природного (грозового и коммута -
коммутационного) или преднамеренного происхождения
(сварка и т.д.) в напряжениях сети, как средство ТЗИ;
повышения надежности электроснабжения, в том числе
и при разрыве провода одной из линейных фаз.
Подключение:
Устанавливается в параллель нелинейной нагрузки, как
дополнительное устройство в отдельном шкафу уличного
или внутреннего исполнения.

Эффективность внедрения фильтра Арнади в
нефтяной отрасли

Результат внедрения
Уменьшение гармонических искажений
Снижением потерь обусловленных воздействием гармоник
Уменьшение загрузки ТП
Уменьшение затрат на электроэнергию

Изменение характеристик до и после установки фильтра
Применение фильтра позволило снизить реактивную энергию на 138 кВАр (уменьшив загрузку с 78% до 72%).

Средний срок окупаемости одного Фильтра (при стоимости 500 тыс. рублей)
составляет – 6 месяцев.
За 9 месяцев 2010 года в результате внедрения, экономия
электроэнергии составила – 6054 тыс.кВт.час.(33 Фильтра).
За 2 месяца 2011 года экономия – 611 тыс.кВт час.(11 Фильтров).
В сумме экономия электроэнергии составила
6665 тыс.кВт.ч, или 16,6 млн. рублей