AFQevo. Aktywny filtr wielofunkcyjne

 

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.

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:

 

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.

 

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

 

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 (33xS_cc), gdzie Scc oznacza moc zwarciową odpowiadającą danemu przyłączu (proporcjonalna część całkowitej mocy zwarciowej, która odpowiada mocy zakontraktowanej).

 

 

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 I_ODBIORNIK + I_FILTR uzyskuje się prąd I_SIEĆ, który jest sinusoidalny.

 

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"

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.

 

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  :

---

Kontakt: t. (+34) 93 745 29 00

Wyślij zapytanie

 

---

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