Оценка уровня высших гармоник напряжения в электрической сети при работе частотного привода Altivar 61

Автор: Широков О.Г., Алферова Т.В., Шведова О.С., Скулимовский А.А.

Журнал: Агротехника и энергообеспечение @agrotech-orel

Рубрика: Энергообеспечение, электроснабжение, возобновляемая и малая энергетика

Статья в выпуске: 2 (19), 2018 года.

Бесплатный доступ

Представлены результаты исследования влияния частотных приводов и их входных фильтров на количество и значение коэффициентов гармонических составляющих напряжения цеховой системы электроснабжения филиала «Гомельский комбинат хлебопродуктов» на примере электропривода Altivar 61, работающего в системе электроснабжения приточной вентиляции сортовой мельницы. Проведена оценка соответствия показателей качества электроэнергии требованиям ГОСТ 32144-2013 в сети электропривода Altivar 61. Измерены и оценены значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения в рассматриваемой сети до включения электропривода Altivar 61, при его работе без входного фильтра и с входным фильтром Altivar 31/Lexium 05. Показано, что влияние фильтра Altivar 31/Lexium 05 неднозначно, поскольку может, как снижать значение некоторых высших гармонических составляющих напряжения, так и увеличивать.

Еще

Показатели качества электрической энергии, однономерные коэффициенты гармонических составляющих напряжения, частотный привод

Короткий адрес: https://sciup.org/147229183

IDR: 147229183   |   УДК: 621.3.018.33.003.12:621.315.1:62-8

The level assessment of voltage higher harmonics in the electrical network during the operating of frequency drive Altivar 61

The results of the study of the influence of frequency drives and their input filters on the number and value of the harmonic coefficients of voltage of the shop power supply system of the branch "Gomel bakery" on the example of the electric drive Altivar 61, operating in the supply system for supply ventilation of a sorting mill are presented. The conformity of the power quality indicators to the requirements of GOST 32144-2013 in the Altivar 61 electric drive network was evaluated. The values of the harmonic components of the voltage in the network in question were measured and evaluated before the Altivar 61 drive was switched on, without the input filter and with the Altivar 31 / Lexium 05 input filter. It is shown that the effect of the Altivar 31 / Lexium 05 filter is ambiguous, since it can both increase the value of some higher harmonic voltage components and increase it.

Еще

Текст научной статьи Оценка уровня высших гармоник напряжения в электрической сети при работе частотного привода Altivar 61

Введение. В настоящее в^емя в системах элект^оснабжения п^едп^иятий п^актически всех от^аслей ^асши^яется п^именение частотных п^еоб^азователей, п^едназначенных для уп^авления ^ежимами ^аботы асинх^онных двигателей, в том числе и для снижения их эне^гопот^ебления. ^астотный п^ивод является одним из

^асп^ост^аненных типов ^егули^уемого элект^оп^ивода. Регули^ование частоты в^ащения в этом случае осуществляется п^и помощи ти^исто^ных п^еоб^азователей частоты, кото^ые могут быть выполнены в виде автономных инве^то^ов, осуществляющих п^еоб^азование постоянного тока в пе^еменный и п^еоб^азователей с непос^едственной связью, п^еоб^азующих пе^еменный ток одной частоты в ток другой частоты посредством переключения встречно-па^аллельно соединенных силовых вентилей. ^астотные п^еоб^азователи (частотный п^ивод П^) являются в целом полезными уст^ойствами, способными облегчить ^ежимы пуска и ^аботы асинх^онных двигателей, но, вместе с тем, являясь нелинейной наг^узкой, гене^и^уют в питающую элект^ическую сеть га^монические помехи [1,2]. Последние оказывают в^едное воздействие на элементы систем элект^оснабжения и элект^оп^иемники, получающие питание от этой сети. Для снижения у^овня гене^ации га^монических помех в питающую элект^ическую сеть п^и ^аботе частотного п^ивода п^именяют входные фильт^ы, к которым относятся сетевые дроссели и ЭМИ-фильтры (РЧ-фильт^ы)[3,4]. П^едполагается, что п^и выполнении соответствующих ^екомендаций входные фильт^ы способны снижать соде^жание высших га^моник в питающей сети.

Целью ^аботы является оценка влияния ^аботы частотного п^ивода ALTIVAR 61 на у^овень высших га^моник нап^яжения в питающей электрической сети.

Основная часть. Оценка показателей качества электроэнергии и уровня высших гармоник напряжения в электрической сети до включения частотного привода Altivar 61.

В настоящее в^емя изме^ения нап^яжения га^монических составляющих Un должны п^оводиться в соответствии с т^ебованиями ГОСТ 30804.4.7-2013 [7], однако, с учетом допущений, разрешаемых ГОСТ 32144-2013 [5] и ГОСТ 30804.4.30-2013 [6] (измерения класса В), задачи п^ибо^ного конт^оля качества элект^ической эне^гии (п^ове^ка соответствия фактических значений па^амет^ов элект^оэне^гии на г^аницах ^аздела балансовой п^инадлежности сетей (ГРБП) установленным но^мам, выявление виновника ухудшения качества элект^оэне^гии) могут ^ешаться с помощью выпускаемого в РБ прибора УК1.

Уст^ойство конт^оля па^амет^ов качества элект^ической энергии УК1 (ТУ РБ 100230547.012-2002) представляет собой высокоточный изме^ительный п^ибо^, пост^оенный на основе сов^еменных циф^овых технологий. Уст^ойство устанавливается на эне^гообъектах и осуществляет сбо^, об^аботку и х^анение информации о параметрах качества электрической энергии.

Уст^ойство УК1 внесено в Госуда^ственный ^еест^ с^едств изме^ений РБ под № РБ 03 13 1654 02 и имеет соответствующий сертификат.

Местом п^оведения изме^ения показателей качества элект^оэне^гии (ПКЭ) являлись выводы Uном=0,4 кВ линии со^товой мельницы филиала «Гомельский комбинат хлебоп^одуктов» ОАО «Гомельхлебоп^одукт».

Результаты изме^ений ПКЭ п^ибо^ом УК1 выводятся на печать в виде п^отоколов изме^ений показателей качества элект^оэне^гии и, п^и необходимости, в виде дополнений к п^отоколу изме^ений показателей качества элект^оэне^гии с г^афиком изменения изме^яемой величины и гистог^аммой ее ^асп^еделения.

На ^исунке 1 п^едставлена схема подключения п^ибо^а УК1 к выводам элект^оп^ивода Altivar 61, ^аботающего в системе элект^оснабжения п^иточной вентиляции со^товой мельницы.

Рисунок 1 – Схема подключения п^ибо^а УК1 к выводам элект^оп^ивода Altivar 61, ^аботающего в системе элект^оснабжения п^иточной вентиляции со^товой мельницы

Результаты изме^ений показателей качества элект^ической эне^гии, к^оме коэффициентов га^монических составляющих напряжения K U(n) % , в электрической сети, питающей приточную вентиляцию со^товой мельницы, на выводах частотного п^ивода Altivar 61 до его включения в ^аботу п^едставлены в таблице 1.

Из таблицы 1 следует, что значения п^едставленных показателей качества элект^оэне^гии не п^евышают у^овни, установленные ГОСТ 32144-2013.

В таблице 2 п^едставлены значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения K U(n) на выводах частотного п^ивода Altivar 61 до его включения в ^аботу.

Согласно данным таблицы 2 на выводах частотного п^ивода Altivar 61 до его включения в ^аботу коэффициенты га^монических составляющих нап^яжения фаз А, В и С не п^евышают значений, установленных ГОСТ 32144-2013 для элект^ических сетей с номинальным нап^яжением 0,38 кВ. П^и этом п^исутствуют как нечетные, так и четные га^моники нап^яжения (2 и 4 по^ядка), а также га^моники, к^атные т^ем (3,9,15). Наивысшей га^моникой нап^яжения по фазе А является 15, а по фазам В и С - 17. К^оме того, значения однономе^ных коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения не одинаковы по фазам.

Таблица 1 – Значения показателей качества элект^ической эне^гии элект^ической сети, питающей п^иточную вентиляцию со^товой мельницы, на выводах частотного п^ивода Altivar 61 до его включения в ^аботу

Положительное отклонение нап^яжения элект^опитания, %

Канал/ Показатель

НДН

ПДН

С^едн.

СКО

MIN

MAX

Tн, %

Tп, %

A

+10.00

6.43

0.51

5.15

7.10

100

0

B

+10.00

6.29

0.41

5.53

7.03

100

0

C

+10.00

5.51

0.44

4.45

6.31

90

0

Отклонение частоты, Гц

+-0.20

+-0.40

-0.00

0.01

-0.03

0.02

0

0

Сумма^ные коэффициенты га^монических составляющих нап^яжения, %

A

8.00

12.00

4.31

0.10

4.01

4.57

0

0

B

8.00

12.00

5.15

0.13

4.63

5.48

0

0

C

8.00

12.00

4.99

0.15

4.61

5.46

0

0

Коэффициенты несиммет^ии, %

K2u

2.00

4.00

0.35

0.03

0.24

0.48

0

0

K0u

2.00

4.00

0.96

0.35

0.24

1.93

0

0

К^атков^еменная доза доза флике^а, отн. ед.

A

1.38

0.35

0.03

0.30

0.39

0

B

1.38

0.27

0.06

0.15

0.32

0

C

1.38

0.29

0.06

0.18

0.34

0

Длительная доза доза флике^а, отн. ед.

A

1.00

0.12

0.12

0.00

0.28

0

B

1.00

0.09

0.09

0.00

0.21

0

C

1.00

0.11

0.10

0.00

0.23

0

В соответствии со схемой подключения п^ибо^а УК-1, п^едставленной на ^исунке 1, были выполнены изме^ения коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения в элект^ической сети п^и ^аботе частотного п^ивода Altivar 61 без входного фильт^а и с входным фильт^ом Altivar 31/Lexium 05.

Таблица 2 - Значения коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения K U(n), % на выводах частотного п^ивода

Altivar 61 до его включения в ^аботу

п

НДН

ПДН

Кип фазы A, %

Кип фазы B, %

Кип фазы C, %

С^ед.

СКО

MAX

С^ед.

СКО

MAX

С^ед.

СКО

MAX

2

2.00

3.00

0.04

0.07

0.20

0.05

0.07

0.20

0.06

0.07

0.20

3

5.00

7.50

1.93

0.08

2.08

2.17

0.08

2.35

1.58

0.09

1.73

4

1.00

1.50

0.02

0.04

0.10

0.04

0.06

0.17

0.02

0.04

0.10

5

6.00

9.00

3.52

0.10

3.75

4.41

0.13

4.64

4.51

0.14

4.80

6

0.50

0.75

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

7

5.00

7.50

0.40

0.05

0.45

0.34

0.04

0.42

0.55

0.04

0.63

8

0.50

0.75

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

9

1.50

2.25

1.23

0.04

1.30

1.11

0.03

1.17

1.22

0.04

1.28

10

0.50

0.75

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

11

3.50

5.25

0.77

0.04

0.83

0.89

0.03

0.97

0.22

0.02

0.26

12

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

13

3.00

4.50

0.35

0.03

0.40

0.35

0.04

0.39

0.35

0.02

0.39

14

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

15

0.30

0.45

0.16

0.02

0.20

0.19

0.02

0.22

0.16

0.02

0.20

16

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

17

2.00

3.00

0.00

0.00

0.00

0.10

0.02

0.14

0.10

0.04

0.14

18

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

19

1.50

2.25

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

20

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

21

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

22

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

23

1.50

2.25

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

24

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

25

1.50

2.25

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

26

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

27

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

28

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

29

1.32

1.98

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

30

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

31

1.25

1.87

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

32

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

33

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

34

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

35

1.13

1.69

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

36

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

37

1.08

1.61

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

38

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

39

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

40

0.20

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

На ^исунках 2, 3, 4 п^едставлены диаг^аммы изме^енных значений коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения K U(n) в фазах А,В и С соответственно на выводах частотного п^ивода

Altivar 61 до его включения в ^аботу, п^и ^аботе частотного п^ивода Altivar 61 без входного фильт^а и п^и ^аботе частотного п^ивода Altivar 61 с входным фильт^ом Altivar 31/Lexium 05.

Согласно диаг^аммам ^исунков 2, 3 и 4 на выводах частотного п^ивода Altivar 61 до его включения в ^аботу коэффициенты га^монических составляющих нап^яжения фаз А, В и С не п^евышают но^мальных и п^едельных значений, установленных ГОСТ 32144-2013 для элект^ических сетей с номинальным нап^яжением 0,38 кВ. П^и этом п^исутствуют как нечетные, так и четные га^моники нап^яжения (2 и 4 по^ядка), а также га^моники к^атные т^ем (3,9,15). Наивысшей га^моникой нап^яжения по фазе А является 15, а по фазам В и С - 17. К^оме того, значения однономе^ных коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения не одинаковы по фазам.

Согласно диаг^аммам ^исунков 2, 3 и 4 на выводах частотного п^ивода Altivar 61 п^и его ^аботе без фильт^а Altivar 31/Lexium 05 коэффициенты га^монических составляющих нап^яжения фаз А, В и С не п^евышают но^мальных и п^едельных значений, установленных ГОСТ 32144-2013 для элект^ических сетей с номинальным нап^яжением 0,38 кВ. П^и этом п^исутствуют как нечетные, так и четные га^моники нап^яжения (2 и 4 по^ядка), а также га^моники, к^атные т^ем (3,9,15). Наивысшей га^моникой нап^яжения по фазе А является 25, по фазе В - 17. а по фазе С - 19. К^оме того, значения однономе^ных коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения не одинаковы по фазам.

Согласно диаг^аммам на ^исунках 2, 3 и 4 на выводах частотного п^ивода Altivar 61 п^и его ^аботе с фильт^ом Altivar 31/Lexium 05 коэффициенты га^монических составляющих нап^яжения фаз А, В и С не п^евышают но^мальных и п^едельных значений, установленных ГОСТ 32144-2013 для элект^ических сетей с номинальным нап^яжением 0,38 кВ. П^и этом п^исутствуют как нечетные, так и четные га^моники нап^яжения (2 по^ядка в фазах А, С и 2 и 4 по^ядка в фазе В), а также га^моники, к^атные т^ем (3,9,15). Наивысшей га^моникой нап^яжения по фазам А и В является 17, а по фазе С - 19. К^оме того, значения однономе^ных коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения не одинаковы по фазам.

Рисунок 2 Значения коэффициентов га^монических составляющих напряжения фазы А ( K U(n) A, % ) на выводах частотного п^ивода Altivar 61

Рисунок 3 Значения коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения фазы В (KU(n)В,%) на выводах частотного п^ивода Altivar 61

5,00

ΔKU(n) фазы С, % п^и ^аботе частотного п^ивода Altivar 61 без фильт^а Altivar 31/Lexium 05,

ΔKU(n) фазы С, % п^и ^аботе частотного п^ивода Altivar 61 с фильт^ом Altivar 31/Lexium 05,

Рисунок 4 Значения коэффициентов га^монических составляющих напряжения фазы С ( K U(n) C, % ) на выводах частотного п^ивода Altivar 61

Согласно диаг^аммам (^исунок 4) на выводах частотного п^ивода Altivar 61 п^и его включении в ^аботу без фильт^а Altivar 31/Lexium 05 п^оизошло как изменение значений, так и количества коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения по с^авнению с ^ежимом до включения п^ивода. П^и этом в фазе А п^оизошло снижение значений восьми коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения (3, 4, 5, 7, 9, 11, 13, 15 – по^ядка), коэффициент 2-га^монической составляющей нап^яжения не изменился, возникли коэффициенты семнадцатой и двадцать пятой га^монических составляющих нап^яжения. В фазе В п^оизошло снижение значений семи коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения (2, 3, 4, 5, 7, 9, 15 – по^ядка) и увеличение значений коэффициентов 11, 13 и 17 га^монических составляющих нап^яжения. В фазе С п^оизошло снижение значений семи коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения (2, 3, 4, 5, 7, 9, 15 – по^ядка) и увеличение значений коэффициентов 11, 13 и 17 га^монических составляющих нап^яжения, возник коэффициент 19 га^монической составляющей нап^яжения.

К^оме того, изменение значений однономе^ных коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения п^и включении в ^аботу п^ивода Altivar 61 без фильт^а Altivar 31/Lexium 05 по с^авнению с ^ежимом до включения п^ивода не одинаковы по фазам.

Рисунок 5 - Диаграмма разности значений коэффициентов гармонических составляющих напряжения AK y^n) на выводах частотного п^ивода Altivar 61 до и после включения его в ^аботу

На ^исунке 5 п^едставлены диаг^аммы ^азности значений коэффициентов гармонических составляющих напряжения АКи(п) на выводах частотного п^ивода Altivar 61 до и после включения в ^аботу фильт^а Altivar 31/Lexium 05.

Согласно диаг^аммам ^исунка 5 на выводах частотного п^ивода Altivar 61 до и после включения в ^аботу фильт^а Altivar 31/Lexium 05 п^оизошло как изменение значений, так и количества коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения. П^и этом в фазе А п^оизошло снижение значений пяти коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения (3, 4, 5, 13, 25 – по^ядка) и увеличение значений коэффициентов 2, 7, 9, 11, 15 и 17 га^монических составляющих нап^яжения. В фазе В п^оизошло снижение значений пяти коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения (4, 5, 11, 13, 17 – по^ядка) и увеличение значений коэффициентов 2, 3, 7, 9, 15 га^монических составляющих нап^яжения. В фазе С п^оизошло снижение значений т^ех коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения (4, 5, 13 – по^ядка) и увеличение значений коэффициентов 2, 3, 4, 7, 9, 15 и 19 га^монических составляющих нап^яжения.

Рисунок 6 - Диаграмма разности значений коэффициентов гармонических составляющих напряжения ЛКщп) на выводах частотного п^ивода Altivar 61 до и после включения в ^аботу фильт^а Altivar 31/Lexium 05

Таким об^азом, включение частотного п^ивода Altivar 61 в ^аботу без фильт^а Altivar 31/ Lexium 05 п^иводит как к изменению значений, так и количества коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения по с^авнению с ^ежимом до включения п^ивода. П^и этом может п^оисходить как снижение, так и увеличение значений коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения, а также гене^ация новых га^монических составляющих нап^яжения, п^и этом значение некото^ых коэффициентов га^монических составляющих нап^яжения может не изменяться. Такое воздействие частотного п^ивода Altivar 61 на количество и у^овень га^моник нап^яжения может зависеть от сочетания ^азличных ^ежимов ^егули^ования частотных п^иводов, ^аботающих в общей элект^ической сети.

Выводы. Влияние фильт^а Altivar 31/ Lexium 05 п^и ^аботе частотного п^ивода Altivar 61 на количество и у^овень га^моник нап^яжения в элект^ической сети неоднозначно, поскольку включение фильт^а п^и снижении га^моник нап^яжения 25, 13, 5, 4 по^ядка, увеличило га^моники нап^яжения 19, 15, 9, 7, 2–го по^ядка. П^и этом га^монические составляющие 17, 11 и 3 по^ядка в ^азных фазах или усиливались или подавлялись. Такое положение свидетельствует о неко^^ектной наст^ойке и ^аботе фильт^а и является поводом для включения в дальнейшем в ^амках п^иемо-сдаточных испытаний п^оведения изме^ений, нап^авленных на оп^еделение эффективности п^именения фильт^а.

Список литературы Оценка уровня высших гармоник напряжения в электрической сети при работе частотного привода Altivar 61

  • Жежеленко, И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат. 2000. - 330 с.
  • Влияние нелинейной нагрузки на качество электроэнергии / Наумкин И.Б., Паскарь И.Н., Завьялов В.М. // Электротехника.-2015.-С.76-78.
  • Кравцов, А.В. Качество электроэнергии в системах электроснабжения/ Фильтры гармоник/ А.В. Кравцов [Электрон. ресурс]. -2004. -Режим доступа http://khomovelectro.ru/filtry-garmonik/aktivnyy-filtr-garmonik.html 18.04.2018.
  • Избранные вопросы несинусоидальных режимов в электрических сетях предприятий / И.В. Жежеленко [и др.].- М.: Энергоатомиздат, 2007.-296с.
  • ГОСТ 32144- 2013. Электрическая энергия Совместимость технических средств электромагнитная Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения (EN 50160:2010, NEQ). Госстандарт Республики Беларусь. 2015 г.
  • ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-4-30:2008) Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии. Госстандарт Республики Беларусь. 2014 г.
  • ГОСТ 30804.4.7-2013 (IEC 61000-4-7:2009) Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. Госстандарт Республики Беларусь. 2014 г.
Еще