Фільтрокомпенсація

Склад навантаження з нелінійної характеристикою залежить від типу промислового підприємства. На металургійних заводах основним джерелом вищих гармонік струму є тиристорні перетворювачі, які відносяться до потужних концентрованих джерел гармонік. Потужність перетворювачів досягає 80 - 90 % потужності всього електрообладнання.

На хімічних заводах та підприємствах кольорової металургії найбільш потужними і енергоємними споживачами є електролізні установки, живлення яких в основному здійснюється від керованих перетворювачів. Перетворювачі застосовуються на заводах з отримання хімічного волокна, для електрохімічної обробки металів.

На целюлозно-паперових комбінатах впроваджуються картоно-паперові машини, оснащені регульованими приводами з тиристорними перетворювачами. На багатьох підприємствах широко застосовуються установки електродуговогота контактного зварювання з перетворювачами в якості джерел живлення. Джерелом вищих гармонік є також газорозрядні лампи, що встановлюються в цехах промислових підприємств.

Порядок вищих гармонік струму перетворювачів визначається за виразом:

V=Tк±1,

де т - фазність (пульсность) перетворювача; к = 1,2,3...

Наприклад, для 6 -фазного мостового перетворювача ряд канонічних гармонік визначається як V=5,7,11,13,17,19,23,25..., а для 12 -фазного перетворювача v=11,13,23,25... При роботі реальних установок можуть з'являтися неканонічні гармоніки, що викликані порушенням симетрії імпульсів управління тиристорів перетворювача і не симетрією напруги. Значення гармонік струму залежать від потужності перетворювача, кута управління і тривалості комутації струму.

Застосовувані в ряді випадків для приводу прокатних станів перетворювачі частоти з посередньою зв'язком (ціклокоівертори ) відрізняються від звичайних перетворювачів наявністю інтергармонік.

Робота дугових сталеплавильних печей (ДСП) супроводжується появою вищих гармонік струму за рахунок нелінійної характеристики електричної дуги. Рівень гармонік струму порівняно невеликий. Однак з ними доводиться рахуватися через постійне зростання потужності ДСП. Випадковий характер вищих гармонік ДСП робить проблематичним їх аналітичний розрахунок. Тому вони в основному визначаються експериментальним шляхом.

Як приклад в таблиці приведено процентне по відношенню до першої гармоніці утримання вищих гармонік струму дугового печі продуктивністю 200 т (ДСП - 200).

Примітка. У чисельнику наведені максимальні, а в знаменнику — середні значення вищих гармонік струму, %. Зниження рівнів вищих гармонік є частиною завдання щодо зменшення впливу нелінійних навантажень на мережу живлення і поліпшенню якості електричної енергії в електричних мережах підприємств. У таких режимах використовуються фільтрокомпенсуючі пристрої (ФКП), що містять конденсаторні батареї і послідовно з'єднані з ними фільтровані реактори з резисторами або без них і призначені для фільтрації вищих гармонік струму та одночасно генерації реактивної потужності на основній частоті. Розроблено і впроваджено ФКП в широкому діапазоні потужностей і напруг.

Схеми фільтрів, а—вузькосмугового; б —широкосмугового; в—С-типу

Конденсаторні батареї ФКП повинні бути придатні для експлуатації при номінальних рівнях напруги. Допустимі відхилення ємності конденсаторної батареї ФКП звичайно узгоджуються замовником та виготовлювачем. При цьому необхідно враховувати наступні фактори: відхилення індуктивності фільтрових реакторів, зміни ємності в залежності від температури та старіння за час експлуатації.

Крім того, електричний зв'язок між фільтровими реакторами і конденсаторної батареєю рекомендується виконувати за допомогою ошиновки, так як їх ізоляція навіть у стаціонарному режимі знаходиться під впливом підвищеної напруги, у тому числі підвищеної напруги з частотою понад 50 Гц.

Встановлено, що час життя діелектриків, в тому числі тих, що являють собою ізоляцію кабелів, істотно зменшується з підвищенням частоти змінного електричного поля. Присутність гармонік обумовлює додаткові втрати в ізоляції, що позначається на явищі теплового старіння. Струми витоку в кабелях при рівні вищих гармонік 6-8,5% в напрузі через 2,5 роки експлуатації ставали на 31 %, а через 1,5 року — на 43 % більше, ніж у мережі, де гармоніки відсутні.

Фільтрові реактори рекомендується виконувати без магнітної системи. При їх виконанні з магнітною системою повинна бути забезпечена лінійність вебер-амперної характеристики при значенні струму, що не менш арифметичної суми амплітуд струму основної частоти і частоти гармоніки настройки, за винятком перехідних режимів.

При включенні ФКП з незарядженою конденсаторною батареєю до фільтрового реактору теоретично може бути докладена подвійна напруга. Тому його поздовжня ізоляція повинна бути розрахована на додаток не менше 1000 разів на рік напруги амплітудою, рівній подвійній амплітуді номінальної напруги послідовно з'єднаної конденсаторної батареї ФКП.

При виконанні фільтрових реакторів без магнітної системи феромагнітні тіла повинні розташовуватися відносно обмоток реакторів на відстані, що не менша половини діаметру обмотки. Відстань між обмотками реакторів сусідніх фаз — не менше діаметру обмотки.

У паспортних даних фільтрових реакторів крім номінальної напруги, номінальної частоти й індуктивності слід вказувати також номінальний струм гармоніки і резонансну частоту налаштування, а також прохідну потужність фільтрового реактора.

Конструктивно фільтровані реактори виконуються у вигляді багатошарової обмотки і каркаса для її кріплення. Обмотки реакторів, призначені для установки в приміщенні, просочуються кремнійорганичним лаком. Для охолодження реакторів передбачені між шарові повітряні канали. Реактори трьох фаз кожного фільтра можуть розташовуватися вертикально один над одним або горизонтально на одному майданчику у вигляді окремої конструктивної одиниці з дотриманням відстаней.

Реактори зовнішнього встановлення мають також багатошарову обмотку, виготовлену з використанням спеціального теплостійкого дроту з ізоляцією з кремнійорганичної гуми. Система захисту та сигналізації ФКП включає в себе захист від струмів короткого замикання, діючу на відключення без витримки часу, захист від перевантаження, діючу на відключення з витримкою часу при діючому значенні струму, захист від виходу конденсаторів з ладу, захист від замикань на землю, захист від повторного включення на заряджену конденсаторну батарею.

Широке застосування в якості захисту від виходу конденсаторів з ладу знайшовбалансний захист, для якого потрібно з'єднання двох нульових точок зірок окремих груп конденсаторів, які входять до складу батареї ФКП.