Inomax Активный гармонический фильтр Добыча и сточные воды Гармонический фильтр Шнайдер

Введение в фильтры гармоник

Фильтры гармоник, подобно супергероям, защищают ваши энергосистемы. Они борются с вредными гармониками, которые могут ухудшить качество вашего источника питания. Существует два основных типа этих защитных устройств: активные фильтры гармоник и пассивные фильтры гармоник.

Понимание гармоник и их влияние на энергосистемы

Гармоники в электроэнергетических системах относятся к токам или напряжениям с частотами, кратными основной частоте сети. Например, если базовая частота равна 60 Гц, вторая гармоника будет иметь частоту 120 Гц, а третья — 180 Гц. Электричество, подаваемое на объект, не всегда может быть «чистым», и в объектах могут возникать гармоники. Эти гармоники исходят от нелинейных нагрузок, таких как электронные устройства, которые потребляют ток импульсами, а не плавной волной.

Это внезапное изменение тока приводит к появлению гармонических токов в вашей энергосистеме, что может вызвать различные проблемы с качеством электроэнергии. Эти проблемы могут проявляться в виде провалов и скачков напряжения, дисбаланса напряжения или тока между электрическими фазами, а также эффектов мерцания, вызванных повторяющимся переключением электрических нагрузок. Вы можете заметить эти проблемы по таким признакам, как мерцание света, перегрев трансформаторов и часто срабатывающие выключатели.

Состояние гармоник в вашей системе представлено общим гармоническим искажением (THD), мерой всех гармонических эффектов. Обычно она измеряется до 50-кратной базовой частоты энергосистемы, которая составляет 3 кГц, или, согласно некоторым рекомендациям, до 40-кратной (2,4 кГц).

Плохое качество электроэнергии из-за гармоник может вызвать ряд проблем, таких как:

Повышенное энергопотребление приводит к увеличению счетов за установку и коммунальные услуги.
Перегрев оборудования.
Снижение рентабельности.
Возможность повреждения вашего оборудования.
Перегрев нейтральных проводов и распределительных трансформаторов.
Снижение надежности и срока службы оборудования.
Увеличение количества запросов на техническое обслуживание и простоев.
Более высокие затраты на электроэнергию.

Эти дополнительные частоты искажают синусоидальную волну переменного тока в электрической цепи и могут иметь серьезные последствия, включая сокращение срока службы вашего оборудования. Теперь, когда мы обсудили влияние гармоник на ваши энергосистемы, давайте обсудим, как фильтры гармоник могут помочь решить эти проблемы.

Основы активного фильтра гармоник

Активные фильтры гармоник (AHF) представляют собой современный ответ на проблему гармонических искажений в энергосистемах. Они используют передовые технологии для обнаружения и изучения гармоник в сети. Затем центральный процессор (ЦП) генерирует гармонический ток, противоположный измеренному спектру. Он вводит этот противодействующий ток в систему в режиме реального времени, эффективно нейтрализуя все существующие гармоники.

Мы можем разделить активные фильтры на три типа, каждый из которых имеет свои уникальные преимущества:

Шунтирующие активные фильтры:

Они подключаются параллельно нагрузке и оценивают гармонический ток нагрузки. Они генерируют компенсирующий ток, нейтрализующий гармоническую составляющую.
Активные фильтры серии:

Они подключаются последовательно к энергосистеме и подают напряжение, которое нейтрализует гармоническое напряжение в системе. Это гарантирует, что нагрузка получит стабильное напряжение.
Основные преимущества активных фильтров заключаются в их способности повышать коэффициент мощности. Они обеспечивают как емкостную, так и индуктивную реактивную мощность, что делает их сложным решением для фильтрации гармоник. Активные фильтры могут адаптироваться к изменяющимся гармоническим воздействиям и одновременно фильтровать несколько частот гармоник. Они используют сложную силовую электронику и алгоритмы управления для динамического уменьшения гармонических искажений, вводя компенсирующие токи в энергосистему. В результате получается более чистый и стабильный источник питания.

Активные фильтры имеют ряд преимуществ перед пассивными фильтрами:

Они могут устранять несколько гармоник одновременно.
Они адаптируются к изменениям частоты энергосистемы и спектра гармоник.
Они не создают проблем с резонансом в системе питания, в отличие от пассивных фильтров.
Они активно генерируют обратный компенсационный ток, который нейтрализует различные гармонические составляющие, тем самым улучшая параметры качества электроэнергии, такие как регулирование напряжения и дисбаланс.
AHF, также известные как фильтры активной мощности (APF), представляют собой новое поколение силового электронного оборудования. Они используют высокоскоростные устройства DSP.

Они активно подавляют гармоники и компенсируют реактивную мощность. AHF адаптивны и могут реагировать на широкий диапазон гармонических частот, что делает их универсальным решением для различных конфигураций энергосистем. Колебания напряжения и гармоники могут вызвать сбои в работе сети и привести к перегреву и увеличению счетов за электроэнергию. AHF может смягчить эти проблемы, обеспечивая результат выше 5% общего гармонического искажения (THD) во всем диапазоне нагрузки, улучшая коэффициент мощности и балансируя нагрузку на всех трех фазах, если это необходимо.

Благодаря своей адаптивной природе и передовой технологии активные фильтры гармоник обеспечивают эффективное решение проблем, связанных с гармоническими искажениями в энергосистемах. Теперь мы рассмотрим основы пассивных фильтров гармоник и их сравнение с активными фильтрами гармоник.

Основы пассивного фильтра гармоник

Пассивные фильтры гармоник (PHF) работают на принципах базовой теории электрических цепей. Они используют резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы для устранения нежелательных частот. Эти компоненты работают вместе по-разному, создавая определенный эффект фильтрации.

Успех PHF в устранении гармоник во многом зависит от его конструкции и положения в энергосистеме. Проектирование включает в себя выбор правильных значений сопротивления, индуктивности и емкости для создания желаемого эффекта фильтрации. Для наилучшего подавления гармоник следует разместить фильтр рядом с источником гармоник.

Задача PHF — разрешать определенные частоты и блокировать другие. Это достигается за счет использования уникальной реакции конденсаторов и катушек индуктивности на разные частоты. В энергосистемах PHF предназначены для «улавливания» гармонических частот, пропуская только базовую частоту. Это достигается за счет увеличения импеданса фильтра на частотах гармоник и низкого на базовой частоте.

Существуют различные типы PHF, каждый из которых имеет свою уникальную реакцию на частоту и настройки схемы. К ним относятся:

Однонастроенные фильтры
Двойные фильтры
Фильтры верхних частот
Хотя PHF относительно просты и экономичны, они не обладают такой гибкостью, как активные фильтры гармоник (AHF). Изменения в работе системы также могут повлиять на ее производительность.

В PHF используются пассивные компоненты, такие как реакторы и конденсаторы, которые настроены на определенную частоту для фильтрации определенной гармонической части и уменьшения результирующих гармоник. Они также компенсируют реактивную мощность, улучшая коэффициент мощности. Давайте теперь сравним их с их активными аналогами.

Сравнение эффективности
На эффективность как активных фильтров гармоник (AHF), так и пассивных фильтров гармоник (PHF) могут влиять несколько факторов, включая конкретные частоты гармоник в системе, условия нагрузки, а также конструкцию и расположение фильтров. И AHF, и PHF играют решающую роль в снижении гармоник в энергосистемах, но они функционируют по-разному и обеспечивают разные уровни эффективности. Давайте рассмотрим, как эти различия влияют на их эффективность.

Вот некоторые ключевые различия между AHF и PHF:

AHF могут одновременно снижать несколько частот.
PHF обычно фильтруют отдельные гармоники.
AHF могут активно адаптироваться к изменениям гармонического тока электросети в определенном диапазоне.
ПГФ способны уменьшать только гармоники фиксированных порядков (3,5,7) в определенном диапазоне частот.
Что касается безопасности, AHF избегают перегрузки при достижении предела активного фильтра, в отличие от PHF. Более того, если AHF выйдет из строя, это не повлияет на двигатели, для которых он оптимизирует мощность. Это подводит нас к важному соображению при сравнении этих двух показателей.

Таким образом, хотя и AHF, и PHF выполняют свою роль и приносят преимущества, очевидно, что AHF обеспечивают превосходную эффективность и безопасность при управлении искажениями в энергосистеме.

Сравнение затрат

Выбор между активными фильтрами гармоник (AHF) и пассивными фильтрами гармоник (PHF) жизненно важен для вашего бизнеса, поскольку они имеют разные финансовые последствия. Давайте рассмотрим их стоимость.

На первый взгляд AHF могут показаться более дорогими для приложения с одним приводом. Однако их экономичность растет по мере увеличения количества нелинейных нагрузок. Это происходит потому, что один AHF может корректировать несколько нагрузок, что делает его более экономичным выбором в долгосрочной перспективе.

И наоборот, PHF обычно более рентабельны для приложений с большой одиночной нелинейной нагрузкой. Капитальные затраты на один AHF обычно выше, чем на PHF. Но если постоянная производительность имеет первостепенное значение, предлагаемым решением являются AHF. Несмотря на более высокую первоначальную стоимость, AHF могут значительно снизить затраты на электроэнергию и обеспечить стабильную производительность, увеличивая чистый доход вашего бизнеса.

При выборе между AHF и PHF вам следует учитывать такие факторы, как конкретные частоты гармоник в вашей системе, условия нагрузки, а также конструкцию и размещение фильтров.

Хотя вы должны учитывать первоначальные инвестиции и будущие затраты на техническое обслуживание, также важно учитывать конкретные потребности вашей энергосистемы при выборе между AHF и PHF. Давайте переключим внимание на аспект обслуживания этих фильтров.

Обслуживание

Как активные, так и пассивные фильтры гармоник имеют уникальные преимущества и недостатки с точки зрения обслуживания. Внешние гармоники могут влиять на пассивные фильтры гармоник (PHF), вызывая перегрев и создавая проблемы при выборе размера из-за непредсказуемости их воздействия.

Некоторые современные PHF, которые технические специалисты устанавливают на холодной стороне электрических подпанелей, соединенных звездой, и заземляющих устройств, являются пассивными и индуктивными. Эти устройства не требуют каких-либо электрических компонентов сторонних производителей, что исключает необходимость технического обслуживания.

Активные фильтры гармоник (AHF), также известные как блоки коррекции гармоник (HCU), предлагают более сложное решение для управления искажениями в энергосистеме. В отличие от пассивных фильтров, AHF могут адаптироваться и реагировать на широкий спектр гармонических частот. Такая адаптивность делает их гибким решением для различных конфигураций энергосистем.

Система активного фильтра гармоник состоит из трех основных частей:

- Модуль, обнаруживающий гармоники
- Модуль управления
- Модуль инверторного моста

Однако поддерживать AHF не так просто. Хотя AHF, как правило, более сложны и адаптируемы, чем PHF, их сложность и наличие силовой электроники могут потребовать более частого обслуживания. Конкретная частота технического обслуживания во многом зависит от модели AHF и инструкций производителя.

С другой стороны, пассивные фильтры используют более медленный метод, известный как переключение контактора. Любые изменения частоты пассивных фильтров могут изменить точку резонанса, уменьшив эффект фильтрации гармоник.

По эксплуатационным расходам:

Активные фильтры гармоник могут потребовать более высоких затрат из-за необходимости постоянного мониторинга и обслуживания. Регулярные проверки и регулировки имеют решающее значение для обеспечения оптимальной работы фильтра, поскольку условия энергосистемы со временем меняются.
Установка пассивного фильтра гармоник на каждый привод может оказаться менее трудоемким методом компенсации, поскольку он не требует постоянного обслуживания.
После обсуждения аспектов технического обслуживания следующим вопросом является адаптируемость и гибкость этих фильтров.