• 28 Января 2018

Игнорируете гармоники в электросети? Энергосберегающие Нелинейные нагрузки вынуждают потреблять больше электроэнергии.

Игнорируете гармоники в электросети? Энергосберегающие Нелинейные нагрузки вынуждают потреблять больше электроэнергии.

Игнорируете гармоники в электросети? Энергосберегающие Нелинейные нагрузки вынуждают потреблять больше электроэнергии. 

Сталкивались ли вы с ситуацией, когда система поощряет "плохого парня" за "плохое поведение" и "наказывает хорошего парня" за то, что он ведет себя хорошо и даже делает "добро"? Если вы в вашей электросети пользуетесь счетчиками электроэнергии, которые учитывают ватты, но не учитывают гармоники, то это пример такой ситуации. Измерители энергии, которые не учитывают гармоники, будут «вознаграждать» нелинейные нагрузки ( частотные преобразователи, импульсные источники питания, энергосберегающее освещение) за вливание гармонических искажений в сеть, демонстрируя меньшее потребление энергии, в то же время «наказывая» линейные ( асинхронные двигатели, нагревательные элементы, кабели, трансформаторы, лампы накаливания) нагрузки за вынужденное поглощение гармонических искажений, демонстрируя высокое потребление, даже если они фактически потребляют меньше полезной энергии, чем показывает счетчик. Звучит странно, не так ли? Давайте разберемся!
Представьте себе сеть из двух энергосистем.
Первая с преимущественно линейной нагрузкой, то есть мощность нелинейной нагрузки пренебрежимо меньше линейной) клиентской.
Вторая с преимущественно нелинейной нагрузкой мощность линейной нагрузки пренебрежимо меньше нелинейным клиентом, подаваемым из системной шины. В обоих системах используются счетчики активной мощности (или Ваттметры), которые не используются учитывают гармоники, не учитывают мощность гармоник.
Нелинейная нагрузка из-за нелинейного отношения напряжение-ток будет использовать часть подаваемой мощности для генерации и подачи гармонических токов обратно в систему питания. И если имеется достаточный импеданс между точкой общего подключения и нелинейным оборудованием, то этот импеданс исказит форму сигнала напряжения питания, то есть мгновенное напряжение = фундаментальное напряжение + сумма гармонических напряжений ( так как Ih * Zh, h – номер гармоники). По мере того, как текущие (инжектированные) гармоники уходят обратно в источник питания, мощность (произведение тока и напряжения в ВА) на этих в частотах, счетчик будет видеть общий эффект как снижение потребления энергии, т. е. учитываемая энергия = нелинейный потребитель - гармонические мощности, вводимые нелинейным оборудованием в систему питания.
Однако для пользователя с линейной нагрузкой эффект будет противоположным. Линейная нагрузка будет поглощать гармонические токи вместе с основным током частоты. Поглощенные гармонические токи линейной нагрузкой будут генерировать гармонические напряжения на гармонических токовых частотах. То, что мощность, поглощенная нагрузкой на поглощенных гармонических частотах, добавит к фактической полезной мощности, необходимой для выполнения полезной работы, поэтому «наказывает» линейную нагрузку. Учитываемая энергия линейной нагрузки = требуемая мощность для линейной нагрузки для выполнения полезной работы + гармонические мощности, поглощаемые линейным оборудованием из системы питания.
Есть ли подобная ситуация в вашей электросети? Установите анализатор мощности и энергии, учитывающий гармоники, и убедитесь, что вы платите за то, что потребляете, а не за все «загрязнения» электросети (нелинейные искажения) которые он вынуждены потреблять. Эта ситуация может наблюдаться как во внутренней сети предприятия, так и при наличии крупного нелинейного потребителя находящегося по соседству.
Материал и иллюстрация были взяты из лекции по курсу качества качества профессора А. Теста, проведенной в Манчестерском университете 26 января 2010 года.