Фильтрокомпенсирующие устройства (силовые фильтры гармоник)
ФКУ или Силовые фильтры гармоник, также известные как пассивные фильтры гармоник, представляют собой особый тип конденсаторных установок, задачей которых является фильтрация гармоник совместно с компенсацией реактивной мощности. Фильтрокомпенсирующие устройства необходимы на предприятиях тяжелого машиностроения либо перерабатывающих производствах, где широко применяются дуговые плавильные печи, электролитические ванны высокого напряжения 6(10) кВ, а также другое энергоемкое оборудование с нелинейным характером потребления электроэнергии. Работа такого рода оборудования ЗАПРЕЩАЕТСЯ без наличия силовых фильтров гармоник.
Силовые фильтры высших гармоник, или фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ) предназначены для снижения искажения кривой питающего напряжения и тока частотой 50 Гц, с одновременным повышением коэффициента мощности сети, для нормализации показателей электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей с питающей сетью, а также для компенсации реактивной мощности в сети преобразователя. ФКУ обеспечивают компенсацию реактивной мощности, потребляемую преобразователями, а также осуществляют фильтрацию вносимых ими в питающую сеть высших гармоник тока, создавая тем самым условия для улучшения качества электроэнергии в питающей сети.
 |
Устройство и принцип работы ФКУ
Целью внедрения ФКУ является уменьшение реактивного сопротивления LC-цепочек до значений, близких к нулю, и шунтирование главной электрической сети (на частоте заданной гармоники). Фильтрокомпенсирующие установки представляют собой LC либо RLC цепочки, настроенные на резонанс с определенной гармоникой, порядок которой определяется заказчиком либо по результатам замеров. В стандартном исполнении фильтрокомпенсирующее устройство состоит из вводной ячейки, современных однофазных реакторов и нескольких батарей конденсаторов, устанавливаемых на металлических оцинкованных конструкциях. ФКУ огораживается сеткой для безопасности персонала, либо размещается в специализированном контейнере. Типовое исполнение ФКУ – открытое (на раме) либо в утепленном контейнере. Максимальное напряжение ФКУ, выпускаемых нашей компанией – 220 кВ, максимальная мощность - до 6000 кВАр. ФКУ оснащаются системами защиты и сигнализации. Наше предприятие изготавливает ФКУ для фильтрации 3, 5, 7, 9, 11, 13 15, 17, 19, 21, 23, 25-ой гармоники.
Экономически целесообразно применение фильтрокомпенсирующих установок на напряжение 6/10 кВ в связи с тем, что высоковольтные потребители создают меньший спектр гармонических искажений (где сильно выражены 3, 5, 7 гармоники и в меньшей степени гармоники более высших порядков) по сравнению с низковольтными потребителями. Поэтому технически и экономически выгоднее реализовать схему фильтрокомпенсирующего устройства, настроенную на одну (две, три) гармоники, чем на широкий спектр гармоник потребителей 0,4 кВ. 
Помимо фильтрации гармоник, фильтрокомпенсирующие устройства выполняют компенсацию реактивной мощности потребителей на основной частоте (50 Гц). Поэтому данные устройства различают по реактивной мощности. Самое простое фильтрокомпенсирующее устройство имеет статическую величину реактивной мощности, которую оно передает в главную электрическую сеть и настроено на подавление одной из гармоник (по требованию заказчика).
Электрическая часть ФКУ представляет собой симметричную трехфазную RLC-цепь. Т.к. каждая такая цепь может фильтровать только одну гармонику, то для обеспечения фильтрации нескольких гармоник ФКУ, как правило, состоит из нескольких секций, каждая из которых обеспечивает фильтрацию одной из гармоник и компенсацию части дефицита реактивной мощности.
Компоновка ФКУ.
Обычно различают 3 вида размещения ФКУ:
- наружного исполнения,
- металлического контейнера для размещения оборудования
- щитового размещения внутри помещения.
ФКУ состоит из следующих основных элементов и систем:
 |
- вводной ячейки, представляющей собой металлический шкаф, оснащённый разъединителем, тремя амперметрами, системами блокировок и защиты фильтра
- трех токоограничивающих фильтрующих реакторов, служащих для ограничения тока. Реакторы - с воздушным сердечником и естественным охлаждением установлены на раме конденсаторов;
- высоковольтных конденсаторов, объединенных в блоки (одна рама на фазу)
- трансформаторов тока;
- системы освещения;
- системы вентиляции;
- системы обогрева;
- система пожаротушения.
Вводная ячейка обычно выполяется из листовой стали и имеет антикоррозионное покрытие. Внутри нее размещается вводной аппарат, управляющая, светосигнальная и защитная аппаратура. Блоки конденсаторов располагаются друг над другом и устанавливаются на опорные полимерные изоляторы. В состав блока входят косинусные высоковольтные конденсаторы (трехфазные или однофазные), закрепленные на стальной раме и соединенные сборными шинами. Все конденсаторы допускают длительную работу при повышении номинального напряжения на 10%. Однофазные реакторы с воздушным сердечником установлены на полимерных изоляторах и соединены с вводной ячейкой и конденсаторными блоками медными шинами. Индуктивность реактора варьируется от нескольких мГн до нескольких десятков мГн.
ООО «Техноэлектро» при изготовлении фильтрокомпенсирующих устройств применяет трехфазные конденсаторы для ФКУ устройств небольшой мощности и однофазные для составления блоков большой мощности (параллельные и последовательные соединения). В отдельных случаях ФКУ большой мощности могут комплектоваться специальной схемой для сигнализации выхода из строя отдельных конденсаторов (пробой, потеря емкости) и отключения ФКУ - так называемой схемой небалансной защиты.
Фильтровые реакторы с воздушным сердечником имеют высокую линейность индуктивности (L), зависящую от его геометрии и количества витков. Необходимость их использования в конструировании силовых фильтров гармоник была обусловлена потребностью в стабильности частоты фильтра для всех режимов работы Фильтрокомпенсирующего устройства. Воздушные фильтровые электрические реакторы представляют собой катушки многожильного провода, намотанные на армирующий каркас. Параметры проводников подбираются для каждого типономинала реактора. Основание реактора имеет высокую механическую прочность и антикоррозийную обработку, что позволяет размещать его на открытом воздухе. Конструкцией реактора гарантирована его безотказная работа в условия загрязненных сред и низких температур. Для каждого реактора предусмотрена возможность регулировки индуктивности (схоже с трансформаторам) с помощью регулировочных отпаек в его обмотке.
Возможно изготовление ФКУ ступенчатого типа для случаев пошаговой компенсации реактивной мощности потребителей с фильтрацией гармоник.
Для внедрения ФКУ необходимо знать следующие основные характеристики:
- 1. Номинальное напряжение, рабочее напряжение и длительность колебаний
напряжения в системе.
2. Требования к реактивной мощности по базовой частоте.
3. Токи гармоник, протекающие в сети (нормальный и наихудший случай), или информация о нагрузках, производимых гармониками (например, 6-ти импульсный выпрямитель 10 МВт).
4. Существующий уровень токов короткого замыкания в сети и диапазон изменений (для расчетов полного сопротивления на различных частотах). Допустимый уровень гармонических токов и напряжений.
5. Требуемый уровень изоляции фильтра. Условия окружающей среды (установка внутри / снаружи помещения, температура окружающей среды).
Пример заказа ФКУ:
Номинальная мощность 1350 квар
Номинальное напряжение 6,3 кВ
Мощность ФКУ 940 квар
Номинальный ток 86 А
Индуктивность реактора 6,1 мГн
Мощность реактора 43 кВАр
Частота сети 50 Гц
Подавляемая гармоника 5 и выше
Пик коммутационного перенапряжения 1,25 Uном
Выдерживаемое импульсное напряжение 75 кВ
Выдерживаемое напряжение
промышленной частоты 28 кВ
Ток термической стойкости при КЗ 25 кА
Ток динамической стойкости при КЗ 62,5 кА
Температура окружающей среды -50...+50 С.
Лучше всего заполнить полный опросный лист и связаться с нашими специалистами.
Внедрению ФКУ должны предшествовать тщательные замеры параметров качества электроэнергии, потому что только в этом случае возможно правильно подобрать параметры установок. Кроме этого, важно учитывать специфику оборудования, которое эксплуатируется на предприятии, где планируется внедрение ФКУ.
<<< Вернуться на главную страницу высоковольтных комплектных изделий
