За последние годы, проблемы электромагнитной совместимости становится все более и более распространены среди электроэнергетических компаний, руководящего и инженерного персонала. Основной причиной является рост приложений нелинейной, несбалансированной и прерывистой нагрузки в жилых и промышленных секторах. Рассматриваются определения электромагнитных помех, источников искажений включая выпрямители, преобразователи частоты, дуговые печи, сварочные установки ветряных турбин, а также их влияние на электрооборудование, релейную защиту и автоматику. Комплексный анализ уровня гармоник, промежуточных гармоник, дисбаланс напряжения и дозы фликера в промышленных систем электропитания представлены. Обобщенный подход к оценке уровня электромагнитных помех предлагается. Самые важные пассивные и активные решения для очистки искажения обсуждаются.
Ключевые слова – электромагнитная совместимость, гармоники, напряжения дисбаланс, мерцание, пассивные и активные фильтры.
I. ВВЕДЕНИЕ
Совместимость различных объектов, процессов, и т. д. понимается как комфорт существования всех их в отсутствие вредного воздействия на других лиц. В электрических систем снабжения (ЭСС), электрооборудовании, приборов, аппаратов, и другие приборы имеют общие электромагнитные среды, так что любое из этих устройств является источником (другими словами генератором) электромагнитных помех (ЭП). Одновременно устройства зависят от ЭП из других источников. Обычно ЭП определяется как действие, искажающие основной сигнал влияющего (или возможно влиять) на него. Главный сигнал, полезный сигнал характеризуется принципом работы электрического приемника, его управления или системы защиты. Распространение ЭП может существовать в пространстве (так называемыми выбросами нарушения) или при проведении сред (помехами). Последние являются представителями промышленных ЭСС и распространятся на линиях, кабелях, шинах, в электролите, различных расплавов и т. д. Системы электроснабжения предприятия являются электромагнитной средой, где происходит зарождение, распространение и воздействие на ЭП электроприемников. Поэтому проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) проявляется и в таких средах.
Электромагнитная совместимость – это возможность электрического оборудования, аппаратуры и устройств удовлетворительно функционировать в электромагнитной среде, не вызывая невыносимые электромагнитные помехи на другое оборудование в этой среде.
В 1940-х годах проблема ЭMC стала актуальной для передачи системных данных. В настоящее время ее значение признается во всех областях производства, передачи и распределения электроэнергии.
В промышленных ЭСС, особое внимание уделяется производству помех, которое рассмотрено ниже. Эти ЭП характеризуются различным напряжением и током искажения формы волны, а также эффективностью отклонения напряжения в трехфазной сети промышленного питания электрических систем. Кондуктивные помехи, а также броски напряжения и скачки не исчерпывают всех типов нарушений. Тем не менее, они преобладают, поскольку они делают наибольшее воздействие на электрические приемники. Их значения обычно называют ЭMC индексов или индексов качества электроэнергии (ИКЭ). Можно утверждать, что качество питания соответствия (или несоблюдение) значений КЭ их параметров, определенные в стандарты, правила и другие нормативные документы. КЭ проблема, являющаяся важной частью проблемы электромагнитной совместимости. Основные аспекты ЭMC, проблем в промышленных ЭСС будут рассмотрены ниже.
II. ИСТОЧНИКИ И ВИДЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ
В современных промышленных предприятиях более половины электроэнергии используется в преобразованном виде (в металлургии - более 90 %). Широко применяется выпрямители, различные типы преобразователей частоты, бытовая техника, работа которой находятся как в статических и переходных режимах мощных генераторов ЭП. Нелинейные нагрузки, как электродуговые печи (ЭДП), электрическое сварочное оборудование, ветроэнергетические установки, силовые трансформаторы и двигатели также генерируют значительные ЭП. В таблице 1, представлены ЭП источников различных отраслей промышленности.
| Клиент | Нарушения (ИКЭ) |
|---|---|
| Искусственные волокна производства, целлюлозно-бумажной промышленности и машиностроении с мощной электрической сваркой оборудования. Черная металлургия с электродуговыми печами | Отклонения напряжения и перекос фаз, мерцание Отклонения напряжения и перекос фаз, гармонические искажения, мерцания |
| Отрасль цветной металлургии (электролиз) | Отклонения напряжения и перекос фаз, гармонические искажения |
| Предприятия с мощными однофазными электроприемниками | Отклонения напряжения и перекос фаз |
| Промышленные узловые подстанции переменного тока электрифицированных железнодорожных систем | Отклонения напряжения и перекос фаз, гармонические искажения |
Клапана преобразователей являются мощным концентрированным источником высших гармоник. Они широко используется в 6-импульсных мостовых схемах такими называют характерные гармоники которые преобладают (5, 7, 11, и т. д.). Их уровни (по отношению к первой гармонике) образуют обратной номер гармоники, т. е. 1/5, 1/7, 1/11, и так далее. Теоретически, нет 5-й и 7-й гармоник и 11-м и 13-й гармоники, если преобладает использование 12-импульсной схемы. Такие преобразователи устанавливаются в главных цепях прокатных мельниц, при электролизе промышленности и т. п.
Прокатные станы работают без специальной быстродействующей системы компенсации, вызывающей значительные мерцания. Так, например, мерцание степени тяжести около 10,5 может возникнуть проблема в 10 кВ сети слябинга, в то время как в 110 кВ шин рекомендуется его значение около 2,2. При блюминге, уровень мерцания тяжести может работать в 4 и выше. В стане холодной прокатки, скорость реактивной мощности скачков бежит к 2000 МВАр/сек при режиме работы с металлом проката роликов. Эта причина провалов напряжения с глубиной до 10–20 % в зависимости от номинального напряжения.
Преобразователи частоты широко используются при работе в черной металлургии, машиностроении и легкой промышленности. Кроме характерных гармоник, преобразователи частоты генерируют интергармоники (компоненты, которые не являются целыми кратными относительно основного). На рис. 1 показана блок-схема преобразователя частоты в цепи постоянного тока.
Рисунок 1 – Преобразователь частоты с реактором и конденсатором цепи постоянного тока, как (преобразователь частоты с инвертором напряжения).
Этот преобразователь частоты содержит выпрямитель R, инвертор I (обычно, напряжение инвертора) и LC-фильтр. Входной ток определяется спектром.
где р1 и р2 это выпрямитель и инвертор, соответственно, f1 и f2 выпрямитель и инвертор частоты, соответственно.
Например, частотный спектр вокруг седьмой характерной гармоники представлен на рис. 2.
Рисунок 2 – Соседние частоты спектра седьмой характерной гармоники
Как правило, f1 и f2; из рис. 2 следует, что некоторые соседние интергармоники частоты появляются вокруг каждой характерной гармоники. Циклоконвертер содержит два выпрямителя расположенных спина к спине (рис. 3). Уровень интергармоник варьируется в зависимости от типа модуляции функции формирующей системой управления и превышает уровнь характерной гармоники.
Рисунок 3 – Блок-схема циклоконвертора с однофазным выходом
Из данных таблицы 2, сравнительный анализ высших гармоник и промежуточных гармоник преобразователей частоты с звена постоянного тока и циклоконвертора может быть выполнен в разных законах управления.
Электродуговые печи являются мощным источником гармоник и промежуточных гармоник, мерцания и дисбаланса напряжения. Максимальная ЭП генерирования произошла в стадии плавления. Среднее значения тока гармоник возникших в ДСП, %, приведены ниже.
