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

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
Статья научная