//Электрика. – 2008. – № 10.– С. 3–11.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

И. В. Жежеленко

Приазовский государственных технический университет

Под совместимостью субъектов различных видов деятельности, процессов, популяций обычно понимают комфортное существование каждого из них при отсутствии недопустимого влияния на других субъектов. В системах электроснабжения (СЭС) электрооборудование (ЭО), приборы, аппараты и другие устройства находятся в общей для них электромагнитной среде, причём любое из устройств является источником (генератором) электромагнитных помех (ЭМП), в то же время на него воздействуют ЭМП, создаваемые другими источниками. В общем случае ЭМП характеризуется как воздействие, искажающее основной сигнал и нежелательно влияющее (или могущее влиять) на него. Основной сигнал – это полезный сигнал, определяемый принципом действия электроприёмника, его системы управления или защиты.

ЭМП можно разделить на две основные группы: естественные и искусственные. Естественные (иначе – полевые) создаются грозовыми разрядами, геомагнитными явлениями и др. Возникновение искусственных ЭМП обусловлено работой ЭО, воздушных линий электропередач (ВЛ), электронной и другой аппаратуры управления и контроля; они также могут возникать в аварийных режимах, например, при коротких замыканиях (КЗ). Распространение ЭМП возможно либо в пространстве (так называемые "помехи излучения"), либо в проводящих средах – кондуктивные помехи. Последние, характерные для СЭС предприятий, распространяются по проводам, кабелям, шинопроводам, проводящим конструкциям, а также в электролитах, различных расплавах и аналогичных средах.

Система электроснабжения предприятия является электромагнитной средой, в которой имеет место генерирование, распространение и воздействие ЭМП на электроприёмники. Поэтому возникает задача их электромагнитной совместимости (ЭМС) [1–8], под которой понимается способность ЭО, аппаратов и приборов нормально функционировать в электромагнитной среде, не создавая недопустимых ЭМП для другого оборудования, функционирующего в той же среде.

Проблема ЭМС, ставшая актуальной в 1940-х годах для систем передачи информации, выдвигается на первый план во всех областях производства, передачи и распространения электроэнергии. Усложнение электрических систем (ЭС), введение в эксплуатацию мощных ВЛ, электроприводов, вентильных преобразователей (ВП), высокая степень автоматизации производства резко обостряют проблему ЭМС. Её значимость соизмерима со значимостью проблем энергосбережения, надёжности и энергетической безопасности.

В СЭС промышленного предприятия особое внимание уделяется кондуктивным помехам, которые в сетях трёхфазного переменного тока определяются различного рода искажениями синусоидальной формы кривых напряжений и тока и действующего значения напряжения (отклонения напряжения). Эти ЭМП, а также провалы и импульсы напряжения далеко не исчерпывают все виды помех, однако они являются преобладающими, так как оказывают наибольшее влияние на электроприёмники. Значения их принято называть показателями ЭМС или показателями качества электроэнергии (ПКЭ). Можно сказать, что качество электроэнергии (КЭ) – это соответствие (или несоответствие) значений показателям, установленным в виде действующих норм, стандартов, других нормативных документов. Проблема КЭ является одной из важнейших составных частей общей проблемы ЭМС.

Научно-техническая проблема КЭ как составная часть проблемы ЭМП включает [8]: 1) исследование источников и видов ЭМП; 2) изучение воздействия и восприимчивости электрооборудования к ЭМП; 3) разработку нормативных документов, определяющих допустимый уровень ЭМП и уровни помеховосприимчивости электроприёмников; 4) изучение распространения ЭМП в электрических сетях; 5) разработку методов и средств измерения уровней ЭМП, а также их снижения.

Источники и виды электромагнитных помех. В цехах современных промышленных предприятий и в сфере услуг применяются вентильные преобразователи, различного рода преобразователи частоты, бытовые приборы, работающие как в статических, так и переходных режимах. Они являются мощными генераторами ЭМП, как и нелинейные нагрузки типа дуговых сталеплавильных печей, электросварочных установок, ветроэлектростанций, силовых трансформаторов и электродвигателей. Если предприятия целлюлозно-бумажной промышленности или по производству химического волокна характеризуются лишь отклонениями напряжения, то машиностроительные, с мощными сварочными установками – отклонениями, колебаниями, несимметрией напряжения; предприятия чёрной и цветной металлургии, как и тяговые подстанции электрифицированного железнодорожного транспорта – ещё и несинусоидальностью.

Вентильные преобразователи являются мощными концентрированными источниками гармонических помех высших гармоник (ВГ). В наиболее часто применяемых 6-пульсных мостовых схемах преобладающими являются 5; 7; 11; 13-я гармоники, называемые каноническими, уровни которых (по отношению к 1-й гармонике) обратно пропорциональны номеру, т. е. 1/5; 1/7 и т. д. При использовании 12-пульсных схем теоретически нет 5 и 7-й гармоник, преобладают 11 и 13-я. Такие преобразователи применяются, например, в схемах главных приводов прокатных станов, в электролизном производстве [3]. При реализации 12-пульсных схем уровни 5, 7, 11 и 13-й ВГ достигают соответственно 38, 30, 0,8 и 0,6 А.

При работе прокатных станов в случае отсутствия специальных быстродействующих компенсирующих устройств возникают значительные колебания напряжения. Так, в сети 10 кВ стана типа "слябинг" доза фликера (ДФ) составляет 10,5; на шинах 10 кВ – 2,2. В сети стана типа "блюминг" значение ДФ больше 4 [4]. Набросы реактивной мощности при захвате металла валками достигают, например, для стана холодного проката 2000 Мвар, что приводит к возникновению провалов напряжения глубиной до 10–12 % (в зависимости от номинального напряжения и мощности КЗ).

Преобразователи частоты (ПЧ) в последние годы находят всё более широкое применение в металлургии, машиностроении, на предприятиях лёгкой промышленности; ПЧ являются источниками гармонических ЭМП – не только ВГ, но и так называемых интергармоник (ИГ), иначе – межгармоник, частóты которых находятся между частотами канонических ВГ. На рис. 1 представлена структурная схема ПЧ со звеном постоянного тока (ПЧП). ПЧ состоит из выпрямителя В, инвертора И (как правило, инвертора напряжения) и индуктивно-емкостного фильтра. Спектральный состав входного (сетевого) тока f_вх имеет вид f_вх=(kp₁±1)f + p₂nf₂, где р₁ и р₂, f₁ и f₂ – пульсности и частóты выпрямителя и инвертора. В качестве примера приведён спектр частот вокруг канонической 7-й гармоники (рис. 2). Как правило, f₁¹f₂, поэтому вокруг каждой канонической ВГ появляется ряд боковых частот интергармоник.

Рис. 1. ПЧП с реактором и конденсатором в качестве звена постоянного тока (ПЧП с инвертором напряжения)

Рис. 2. Частотный спектр боковых частот вокруг 7-й ВГ

В звене постоянного тока ПЧП протекает пульсирующий ток, вследствие этого в сетевом токе, помимо появления ИГ, наблюдается увеличение канонических ВГ (тем в большей мере, чем больше уровень пульсаций). Поэтому относительный уровень ЭМП в сетевом токе ПЧП значительно превосходит уровень ЭМП сетевого тока ВП тиристорных электроприводов прокатных станов, электролизных установок и др. [4]. На рис. 3 представлен частотный спектр ВГ и ИГ для ПЧП при f₁=50 Гц; f₂=30 Гц. Видно, что ИГ порядков 2,6 и 4,6 достигают 22 % от номинального тока 1-й гармоники. В этом случае возрастает также 5-я ВГ, составляющая 35 %.

Рис. 3. Расчётный спектр гармоник

Непосредственные преобразователи частоты (НПЧ), называемые циклоконверторами, состоят из двух встречно включённых выпрямителей (рис. 4). В зависимости от вида модулирующей функции, формируемой системой управления, уровень ИГ в сетевом токе различный, однако превосходит уровни канонических ВГ.

Рис. 4. Структурная схема НПЧ с однофазным выходом

Данные табл. 1 позволяют сопоставить уровни ВГ и ИГ преобразователей ПЧП и НПЧ при разных законах управления.

1. Сопоставление гармоник

Определяемый параметр	Мостовой 6-пульсный НПЧ 3ф–1ф при f2=10 Гц при законах управления:				3ф–3ф при f2=20 Гц и синусоида-льном законе управления	3ф–3ф 6-пульсный ПЧ со звеном постоян-ного тока, f2^=30 Гц
	линей- ном	синусо-идальном	треуголь- ном	прямо-угольном
Действующее значение входного тока, %	147	208	183	173	128	113
Основная гармоника входного тока, %	100	100	100	100	100	100
Действующее значение ВГ входного тока, %	9	23	24	33	56	42
Действующее значение ИГ входного тока, %	107	181	152	138	56	30
Превышение действующего значения ИГ над действующим значением ВГ входного тока	в 12 раз	в 8 раз	в 6 раз	в 4 раза	в 1 раз	в 1,3 раза

Дуговая сталеплавильная печь является значительным источником ЭМП: ВГ и ИГ, колебаний и несимметрии напряжений. В наибольшей мере генерирование ЭМП проявляется в период расплавления. Усреднённые значения ВГ тока, %, генерируемых ДСП, составляют

Номер ВГ	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Уровень ВГ,%	100	2,7	2,3	0,65	2,3	1,3	1,5	1,0	0,85

Кривые линейных токов ДСП искажены в меньшей мере, чем токов ВП. На рис. 5, а и б представлены графики изменения тока фазы В печи ДСП-100 на участке стационарности длительностью 60 с и амплитудный спектр действующих значений тока в диапазоне 0–2,5 Гц. Из рассмотрения линейчатого спектра следует, что в диапазоне 0–2,5 Гц появляются ИГ, уровни которых могут достигать 10 % от тока основной частоты. В целом спектр процесса изменений тока ДСП в период расплавления является смешанным, состоящим из дискретной и непрерывной составляющих. Энергия ИГ для печей ДСП-100 и ДСП-200 составляет около 20 % от всей энергии смешанного спектра. Несимметрия напряжений на шинах ДСП, в зависимости от напряжения питания, достигает 5–6 % для сетей 6–10–35 кВ и 3 % – для сетей 110 кВ; при этом значение дозы фликера (миганий) находится, как правило, в пределах 1,5–10.

Рис. 5. График тока нагрузки фазы В печи ДСП-100 (а) и его амплитудный спектр (б)

Электросварочные установки (ЭСУ) создают практически все ЭМП, характеризующие КЭ. Они также являются источниками ИГ. При точечной сварке ИГ появляются в диапазоне 35–75 Гц с амплитудами, достигающими 20 % основной гармоники сварочного тока. Для всех ЭСУ энергия дискретного спектра составляет 6–20 % общей энергии смешанного спектра. Коэффициент несимметрии в сетях с ЭСУ находится в пределах 1–5 % [2].

Провалы напряжения (ПН), вызываемые различными видами сварки достигают:

S, кВА            Глубина ПН, % Длительность ПН, с

Точечная……………………………………………………………………………

   стационарная                       75 1,2                                0,18

   стыковая                             750                              13,0                                0,7

   многоточечная                     63                              16,3                                0,36

Дуговая                                    60                                1,0                             27,0

Газоразрядные лампы (люминесцентные и дуговые ртутные) являются источниками ВГ порядка n=3, 5, 7.

Ветроэнергетические установки (BЭУ) являются интенсивным источником ЭМП – в основном, ВГ и колебаний напряжения. На рис. 6 и 7 представлены типовая схема мощной ВЭУ и схема электрической сети, в узлах которой измерения длительной дозы фликера P_Ll и коэффициента искажения синусоидальности К_U производили приборами типов Fluke 435, Memobox 800 и TOP AS 1000. Приведённые в табл. 2 результаты измерений свидетельствуют о весьма значительных уровнях колебаний; К_U в некоторых узлах также велики; колебания напряжения различны по фазам, значения К_U различны в меньшей мере.

Рис. 6. Типовая схема мощной ВЭУ

Рис. 7. Схема электрической сети с ВЭУ

2. Колебания напряжения, создаваемые ВЭУ

Параметр	По фазам секции I			По фазам секции II
	А	В	С	А	В	С
РL1	3,15	3,9	3,03	8,55	6,81	8,00
KU	1,76	1,85	1,82	2,95	3,13	3,28

В России средствами контроля КЭ располагают только в 32 АО-энерго. Используются приборы Ресурс (UF-2), ЭРИС-КЭ, Омск (М), Парма ПК-6, ГПЖЭ-1-50, позволяющие измерять величины dU, К_U, К_U(п), К_2U . Приборы ЭРИС-КЭ измеряют также Р_St(Lt).

Влияние ЭМП на ЭО, системы защиты и автоматики. Отрицательное воздействие ЭМП многофакторно и проявляется специфически. Однако общим для всех ЭМП является увеличение потерь в электрооборудовании, сокращение его срока службы и функциональной надёжности. При совместном воздействии нескольких ЭМП степень воздействия оказывается больше, чем их сумма. Велики и последствия от совокупного воздействия ЭМП: в США, где установлено примерно 700 млн электродвигателей при среднем сроке службы 30 лет ежегодно заменяют 23 млн электродвигателей; при снижении срока службы на два года из-за плохого КЭ дополнительно потребуется замена 3 млн двигателей в год.

Исследования показали, что при δU=-10 % срок службы АД сокращается почти в 2 раза.

Отклонения напряжения в диапазоне δU=0¸10 % обуславливают при δU<0 снижение производительности ДСП и возрастаниет удельных расходов электроэнергии; при δU>0 производительность ДСП возрастает. Удельный расход электроэнергии, потребляемой тиристорным преобразователем частоты, существенно возрастает при δU>0 и несколько снижается при δU<0.

Несимметрия напряжений в СЭС предприятий обусловлена наличием мощных однофазных нагрузок (индукционных плавильных и нагревательных печей, сварочных агрегатов, печей электрошлакового переплава), а также трёхфазных, длительно работающих в несимметричном режиме (как ДСП). Трёхфазная система напряжений может быть несимметричной при питании сети предприятия от тяговой подстанции переменного тока.

При коэффициентах обратной последовательности напряжений, встречающихся на практике (К_2U <0,05¸0,06), снижение вращающего момента АД оказывается пренебрежимо малым. Влияние несимметрии на потери в электродвигателе и, следовательно, нагрев и сокращение срока службы изоляции его проявляются в большей мере. При работе с номинальным вращающим моментом и коэффициентом обратной последовательности напряжений, равном 4 %, срок службы изоляции АД сокращается примерно в два раза только за счёт дополнительного нагрева. Если напряжение на одной из фаз будет значительно превышать номинальное значение, сокращение срока службы изоляции будет ещё бóльшим.

Колебания напряжения (КН) отрицательно сказываются на зрительном восприятии предметов, деталей, графических изображений и, в конечном счёте, на производительности труда и зрении работников.

При наличии ВГ в СЭС появляются дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях; затрудняется компенсация реактивной мощности; сокращается срок службы изоляции электрических машин и аппаратов; ухудшается работа устройств автоматики, телемеханики и связи; имеют место и другие негативные последствия. Существенно влияют ВГ на изоляцию электрических машин и конденсаторов, а также на измерительные приборы и устройства автоматики. Искажение формы кривой напряжения активизирует возникновение и протекание ионизационных процессов в изоляции электрических машин и трансформаторов. При этом развиваются местные дефекты в изоляции, что приводит к увеличению диэлектрических потерь и сокращению срока службы.

Учёт электроэнергии при несинусоидальных режимах сопряжён со значительными погрешностями. Их значения зависят от измерительной системы счётчика и его частотной характеристики, мéста установки счётчика (на линейной или нелинейной нагрузке) и др. Практика свидетельствует, что при К_U~7–10 % и преобладании ВГ 5–13-го порядков "переучёт" электроэнергии, потреблённой тиристорными преобразователями, может достигать 4–6 %. В наибольшей мере сказывается влияние 11 и 13-й ВГ, поскольку частотные погрешности индукционных счётчиков в этом случае значительны (g_сч=0,8–0,9). Электронные и цифровые счётчики имеют положительную частотную погрешность, поэтому в сетях с нелинейными нагрузками имеет место недоучёт электроэнергии, а в случае линейных нагрузок – переучёт [3].

Провалы напряжения (ПН) (рис. 8) возникают при коммутации мощных электроприёмников, при отключении ВЛ в грозовой период с последующим АПВ, при коротких замыканиях в СЭС и по другим причинам. В качестве примера в табл. 3 (см. 2 стор обложки) приведено распределение провалов напряжения по видам повреждений в сети 110 кВ Белорусского металлургического завода [7].

Рис. 8. Провал напряжения

В наибольшей мере отрицательные последствия ПН сказываются на установках автоматики, телекоммуникаций, релейной защиты; их принято называть помехочувствительными элементами (ПЧЭ). Срабатывание ПЧЭ под воздействием ЭМП в ряде случаев приводит к остановке технологического процесса; как правило, допустимое время перерывов ЭС для промышленных потребителей находится в пределах 0,1–0,3 с.

3. Распределение провалов напряжения по видам повреждений в сети 110 кВ

Глубина провалов, %	Доля провалов, %			Общая доля провалов, %
	3-фазные	2-фазные	1-фазные
0–10	23,7	27,17	17,34	68,21
10–25	22,54	4,05	0	26,59
25–35	2,31	0	0	2,31
35–60	2,89	0	0	2,89
60–100	0	0	0	0
Всего провалов, %	51,44	31,22	17,34	100

На прокатных станах, где широко применяют микропроцессорные системы управления, устойчивая работа возможна лишь при определённых глубинах ПН в зависимости от длительности. На рис. 9 показаны границы устойчивой работы ПЧЭ волочильного стана и станка с числовым программным управлением.

Программируемые контроллеры, микропроцессоры и полупроводниковые реле относятся к ПЧЭ. Характеристики их чувствительности к провалам напряжения представлены на рис.10.

Рис. 9. Граница устойчивой работы ПЧЭ при сетевых ПН: –– граница устойчивой работы волочильного стана Т-12; --- граница устойчивой работы станка ЧПУ

Рис. 10. Характеристики чувствительности программируемых контролеров (1), микропроцессоров (2) и полупроводниковых реле (3) к провалам напряжения

Нормирование показателей ЭМС. Согласно стандарту ГОСТ 13109–97, систему ПКЭ при питании от электрических сетей трёхфазного тока образуют: отклонения напряжения δU; размах изменения напряжения δU; интенсивность (доза) фликера (ДФ) Р_L; коэффициент искажения синусоидальности кривой линейного (фазного) напряжения К_U; коэффициент n-й высшей гармоники Κ_U(n); коэффициент обратной К_2U и нулевой К_0U последовательностей напряжения; длительность провала напряжения Dt_n; импульс напряжения U_имп; коэффициент временного перенапряжения К_перU; отклонение частоты Δf.

Принципы нормирования ПКЭ по напряжению состоят в следующем: а) ПКЭ по напряжению имеют энергетический смысл, т. е. характеризуют мощность (энергию) искажения кривой напряжения; степень отрицательного воздействия энергии искажения на электрооборудование и технологические процессы соизмеряется со значением ПКЭ; б) предельно допустимые значения ПКЭ выбирают из технико-экономических соображений; в) ПКЭ нормируются в течение определённого интервала времени с заданной вероятностью для получения достоверных и сопоставимых значений; г) допустимые значения ПКЭ указаны на зажимах ЭП и в узлах электрических сетей.

Система ПКЭ, основанная на этих предпосылках, может использоваться в проектной практике, позволяя осуществить массовое метрологическое обеспечение контроля КЭ с помощью относительно простых и недорогих приборов, а также реализовать мероприятия и технические средства нормализации КЭ. В странах ЕС приняты без изменений (либо с несущественными изменениями) нормы EN50160 – этот стандарт разработан Европейским комитетом нормализации в области электротехники (CENELEK). В странах Северной и Южной Америки, а также в некоторых африканских странах принят американский стандарт IEEE Std 519, в котором приводятся ограничения, относящиеся к ВГ. В отличие от европейских стандартов, ограничиваются значения ВГ токов нагрузки, создаваемых её нелинейной частью в точке общего подключения [2].

Помимо стандартов, в различных странах разработаны документы, в которых представлены рекомендации по нормализации КЭ с позиций требований ЭМС. В России таким документом является "Технический регламент по электромагнитной совместимости", находящийся в стадии утверждения. В Украине технический регламент был утверждён в 2003 г., однако в нём приведены только организационные мероприятия. В Польше регламентирующим документом является так называемое "Энергетическое право".

Расчёт уровней ЭМП. Оценку уровней ЭМП (значений ПКЭ) в узлах СЭС предприятия производят на основе линейных схем замещения, в которых ЭМП представляются в виде задающих токов (напряжений). При расчёте несинусоидальных режимов ЭМП представляется током ВГ, при этом сопротивления элементов СЭС берут с учётом частоты ВГ. Аналогично при расчёте несимметричных режимов в качестве ЭМП принимают ток обратной последовательности, обусловленный несимметрией; сопротивления элементов сети принимают с учётом обратного следования фаз.

Ток обратной последовательности ВП , в зависимости от тока прямой последовательности  и коэффициента несимметрии линейных напряжений сети К_2U, определяют по выражению . Сопротивление обратной последовательности ВП , где – сопротивление ВП при К_2U =0.

Источник колебаний напряжения представляется задающим источником напряжения, в качестве которого выступают P_St или Р_Lt; элементы схем замещения представляются индуктивностями. Типы нагрузок и их электрические характеристики в расчётах ЭМС, согласно классификации IEEE (Американского общества инженеров в области электроэнергетики и электроники), представлены ниже:

		Характеристика
Лампы накаливания		Активное сопротивление
Люминесцентные лампы		Нелинейная
Электродвигатели		Индуктивная
Компьютеры		Нелинейная
Бытовая электроника		Нелинейная
Электронагреватели		Активное сопротивление
Кондиционеры	Индуктивная
ДСП	Нелинейная
Вентильные преобразователи	Нелинейная

Схема замещения для сети с нагрузкой, являющейся источником ЭМП (нелинейной нагрузкой), представлена на рис. 11. Сопротивления узлов в СЭС предприятий, как правило, нелинейны; их амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) имеют сочетание нулей и полюсов, их число и положение существенно зависят от изменений нагрузки. Очевидно, что минимумы АЧХ соответствуют режиму резонанса напряжений, а максимумы – резонанса токов (параллельного резонанса).

Рис. 11. Схема замещения для сети с нагрузкой, являющейся источником ЭМП

Методы и средства обеспечения ЭМС. Одним из основных способов обеспечения ЭМС помехо-чувствительных электроприёмников является разделение нагрузок, являющихся источниками ЭМП (ДСП, прокатные станы, сварочные установки и др.), и других нагрузок до уровня, при котором обеспечивается их ЭМС (так называемые "спокойные нагрузки" – освещение, электродвигатели, бытовая техника и др.). Наиболее распространёнными техническими средствами, используемыми для разделения нагрузок, являются сдвоенные реакторы, а также трансформаторы с расщеплёнными обмотками и трёхобмоточные трансформаторы.

Распространённым техническим средством, применяемым для снижения колебаний напряжения, являются быстродействующие статические компенсаторы (СТК); принципиальная схема СТК и графики изменения реактивной мощности, поясняющие принцип действия СТК, приведены на рис. 12. Степень компенсации набросов реактивной мощности (и тем самым колебаний напряжения) зависит от времени запаздывания системы управления, которое должно быть по возможности минимальным [5].

Рис. 12. Принципиальная схема СТК косвенной компенсации

Тиристоры, используемые в качестве коммутирующих ключей в цепи реактора, генерируют ВГ. Для уменьшения их уровня на шины СТК подключают резонансные фильтры ВГ; таким образом, СТК является многофункциональным устройством, обеспечивающим снижение уровня колебаний и несинусоидальности напряжения, а также, в некоторой мере, его несимметрии. На практике выбор мощности СТК следует производить по значениям набросов реактивной мощности с учётом допустимого значения дозы фликера P_St и Р_Lt .

Резонансные фильтры 2-го порядка, называемые фильтро-компенсирующими устройствами (ФКУ), также многофункциональны: они предназначены для снижения уровней ВГ, компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения. В СЭС с ВП используют ФКУ 5; 7; 11; 13-й гармоник и фильтр высоких частот – широкополосный фильтр (ШФ) (рис. 13, 14); при 12-пульсных схемах – ФКУ 11, 13-й гармоник и ШФ. В СЭС с ДСП устанавливают ФКУ-2, 3 и других ВГ.

Рис. 13. Схема участка СЭС с ФКУ 5, 7, 11 и 13-й ВГ и ШФ

Рис. 14. АЧХ узла СЭС с ФКУ 5 7; 11 и 13-й ВГ (1) и дополнительно с ШФ (2)

Для компенсации ВГ 2 и 3-го порядков, а также ИГ в случае "густого" спектра (например, при работе НПЧ с синусоидальным законом управления), целесообразно применение демпфирующего ФКУ (состоит из конденсатора и реактора, параллельно которому подключается активное сопротивление).

Активные фильтры (АФ) являются весьма перспективными многофункциональными устройствами, обеспечивающими, в зависимости от схем, фильтрацию высших и интергармоник, компенсацию реактивной мощности, уменьшение глубины и длительности провалов напряжения, регулирование напряжения у потребителя [3, 6]. В общем случае АФ представляют собой источники реактивного тока нагрузки основной частоты, ВГ и ИГ и предназначены для их компенсации (рис. 15). В качестве АФ используют инверторы напряжения, построенные на тиристорах или транзисторах. АФ включается или параллельно нагрузке (рис. 16) или последовательно в рассечку линии (рис. 17). Устройство управления с передаточной функцией G(jw) обеспечивает формирование управляющих сигналов согласно алгоритму, позволяющему АФ генерировать ток i_к – компенсирующий реактивный ток основной частоты и токи ВГ и ИГ нелинейной нагрузки, т. е. ; i_s – теоретически чисто активный ток практически синусоидальной формы.

Рис. 15. Структурная схема активного фильтра

Рис. 16. Фильтр второго порядка и его АЧХ

Рис. 17. Схема продольной системы компенсации и фильтрации с использованием АФ

3. Способы подключения АФ в зависимости от качества электроэнергии

Способ подключения АФ	Источник проблемы
	Влияние нагрузки на сеть	Влияние сети на нагрузку
Параллельно	Фильтрация гармоник тока; компенсация реактивной мощности; несимметрия тока; колебания напряжения
Последовательно	Фильтрация гармоник тока; компенсация реактивной мощности; несимметрия тока; колебания напряжения; несимметрия напряжения	Провалы/броски напряжения; несимметрия напряжения; искажения напряжения; перерыв электроснабжения; несимметрия напряжения
Последовательно-параллельно	Фильтрация гармоник тока; компенсация реактивной мощности; несимметрия тока колебания напряжения; несимметрия напряжения	Повалы/броски напряжения; симметрия напряжения; искажения напряжения; перерыв электроснаб-жения; колебания напряжения

Альтернативное решение, позволяющее снижать затраты на улучшение КЭ с помощью активной фильтрации, заключается в использовании гибридных фильтров, в которых АФ включается параллельно или последовательно с ФКУ. При этом ФКУ настраивается на частоты наиболее значимых ВГ, а АФ обеспечивает дополнительное снижение несинусоидальности; в этом случае требуется значительно меньшая установленная мощность АФ. Гибридный фильтр, в цепях которого используют ΑΦ, включённые последовательно и параллельно, называется кондиционером качества электроэнергии [3]; особенности подключения АФ иллюстрирует табл. 3.

Симметрокомпенсирующие устройства обеспечивают снижение уровней ВГ и ИГ и симметрирование системы линейных напряжений, компенсацию реактивной мощности и в определённой мере – отклонения напряжения основной частоты. При соотношении мощности несимметричной нагрузки S_н и мощности короткого замыкания S_кз в узле подключения S_кз/S_н³50 дополнительных мероприятий по симметрированию не требуется.

Список литературы

1. Управление качеством электроэнергии / Карташов И. И., Тульский В. Н., Шапонов Р. Г., Шаров Ю. В., Воробьёв А. Ю. // Под ред. Ю. В. Шарова. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. 320 с.

2. Вагин Г. Я., Лоскутов А. Б., Севостьянов А. А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского гос. техн. ун-та, 2004. 216 с.

3. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергоатомиздат, 2004. 358 с.

4. Жежеленко И. В., Саенко Ю. Л. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2005. 261 с.

5. Электромагнитная совместимость электроприёмников промышленных предприятий / Шидловский А. К., Борисов Б. П., Вагин Г. Я., Куренный Э. Г., Крахмалин И. Г. // Под ред. акад. АН Украины А. К. Шидловского. К.: Наукова думка, 1992. 236 с.

6. Липский A. M. Качество электроснабжения промышленных предприятий. Киев–Одесса: Вища школа, 1985. 160 с.

7. Прокопчик В. В. Повышение качества электроснабжения и эффективности электрооборудования предприятий с непрерывными технологическими процессами. Гомель: Изд-во Гомельского гос. техн. ун-та, 2002. 283 с.

8. Жежеленко И. В., Шиманский О. Б. Электромагнитные помехи в системах электроснабжения промышленных предприятий. К.: Вища школа, 1986. 119 с.