ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ СЕТЬ

УДК 692.92(07)
Федорова С.В., Российский государственный профессионально-педагогический университет. fedorova@rsvpu.ru
Чумаченко А.Ю., Российский государственный профессионально-педагогический университет. agenter@mail.ru
Аннотация. В работе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований по влиянию частотных преобразователей на электрическую сеть.

Владельцы электроустановок, имеющих нелинейное потребление, в последнее время всё чаще сталкиваются с новой серьезной проблемой. Ее суть в том, что в сетях 0,4кВ имеются высшие гармоники по отношению к промышленной частоте (50 Гц). Все страны на определенном этапе сталкиваются с ней и вынуждены кардинально менять технические регламенты эксплуатации, нормы проектирования, разрабатывать соответствующую базу стандартов. В случаях, когда мощность нелинейных электропотребителей не превышает 10-15 %, каких-либо особенностей в эксплуатации системы электроснабжения, как правило, не возникает. При превышении указанного предела следует ожидать появления различных проблем в эксплуатации и последствий, причины которых не являются очевидными.

Одним из видов нелинейных электропотребителей являются частотные преобразователи, которые в последнее время все чаще применяются для регу-лирования производительности устройств электроцентробежных установок и насосов. Применение преобразователей частоты требует обеспечение электро-магнитной совместимости оборудования распределительной сети и электропо-требителей. Допустимый уровень высших гармоник должен определяться со-стоянием изоляции электрооборудования распределительных устройств, сети и потребителей электроэнергии. Высшие гармоники распространяются на раз-личные расстояния от преобразователя частоты.

Рис 1. Общий вид стенда.

Для проведения измерений применялся анализатор качества электрической энергии Fluke 434. В роли нагрузки выступал стенд (рис 1.), состоящий из двух преобразователей частоты FC-301 фирмы Danfoss и двух центробежных насосов Grundfos номинальной мощностью 0,37кВт каждый.

Запуск стенда производился в номинальном режиме при включенных преобразователях частоты и двигателях. Потребляемая мощность данного стенда относительно не большая, но и ее достаточно для получения показательных данных, приведенных ниже.

На рисунке 2 приведены осциллограммы тока и напряжения для каждой фазы в кабеле, питающем стенд с включенными преобразователями частоты. В блоке данных кривой тока и напряжения фиксируются единицы измерения сигнала, дата и время измерений, цена деления и точки начала отсчета по осям Х и Y.

Рис.2. Осциллограммы тока и напряжения для каждой фазы.

Из рисунков видно, что график мгновенных значений тока значительно отличается от формы синусоиды. Это говорит о том, что перед нами нелинейный потребитель электроэнергии.
На рисунке 3 приведен спектральный состав тока фаз исследуемого стенда.

Наблюдается весь спектр гармонических составляющих тока. Особенно высоки пятая и седьмая гармоники, их значение переваливает за 50%. Следует учесть, что наиболее опасными гармониками тока являются гармоники кратные трем (т.е. 3, 9, 15, 21 и т. д.), определяющие высокое значение коэффициента амплитуды и генерируемые однофазными нагрузками, имеют специфическое результирующее воздействие в трехфазных системах.

Рис.3. Спектральный состав токов
фаз стенда.

На рисунке 4 приведена таблица значений третьей, пятой и седьмой гармоник для тока и напряжения.
Из таблицы видно, что значения гармоник по напряжению не велики, и укладываются в допустимые пределы, а вот значения гармоник по току очень высоки. Это связанно со спецификой потребления электрической энергии час-тотными преобразователями.

Рис.4. Таблица значений гармоник
для тока и напряжения

Присутствие высших гармоник в токе приводит к следующим негатив-ным воздействиям:
1. Возможен перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий вследствие их перегрузки токами третьей гармоники.
2. Гармоники создают дополнительные потери в трансформаторах.
3. В условиях несинусоидальности тока ухудшаются условия работы батарей конденсаторов.
4. Сокращение срока службы электрооборудования из—за интенси-фикации теплового и электрического старения изоляции.
5. Необоснованное срабатывание предохранителей и автоматических выключателей вследствие дополнительного нагрева внутренних элементов защитных устройств.
6. Ускоренное старение изоляции проводов и кабелей.
7. Помехи в сетях телекоммуникаций могут возникать там, где сило-вые кабели и кабели телекоммуникаций расположены относительно близко.
Технической проблемы с гармониками тока при использовании частот-ных преобразователей набирают все большую актуальность. Путем решения этой проблемы является использование активных фильтров, которые устраняют или частично сглаживают гармоники тока, но при этом сами являются потреби-телями электроэнергии, что в свою очередь негативно сказывается на КПД и экономичности установки в целом.