УКРМ (SE) и активные фильтры гармоник в производстве строительных материалов

Анонс: Особенности силовых сетей предприятий строительных материалов и изделий. Основные группы нелинейных нагрузок в строительной отрасли, влияющие на качество электроэнергии. Критерии выбора УКРМ (SE) и активных фильтров гармоник для заводов строительных материалов.

Отрасль производства строительных материалов и изделий с заводами полного цикла на сегодня одна из самых сложных в проектировании силовых сетей из-за впечатляюще емкого пакета различного оборудования, устройств, агрегатов, систем, обеспечивающих основное, вспомогательные производства и работу инфраструктуры комплексов в рамках параметров, определенных технологическим процессом и режимом предприятия. Даже комплектные мини-заводы по производству строительных изделий собираются изготовителем из большой номенклатуры электрооборудования разного назначения и электротехнических характеристик, а «простая» наглядная схема завода по производству ячеистого бетона автоклавного твердения de facto скрывает за собой целые пакеты электроустановок, в основном группируемых по этапу технологического процесса, а не характеру нагрузки.

Так, только на основном производстве и в приготовлении смеси задействованы вибрационные грохоты, дробилки, шаровые мельницы, виброгазобетономешалки дозаторы и питатели (ленточные, пластинчатые, вибрационные, качающиеся, тарельчатые), ленточные (пластинчатые, винтовые, вибрационные, скребковые) конвейеры, ковшовые элеваторы, краны ручные (лебедки, электротали) и многодвигательные мостовые, компрессоры, насосы в составе машин, агрегатов и т.д. В то же время основной процесс обеспечивается складскими терминалами с электротехникой, вспомогательными производствами (арматурные, ремонтные цеха, водоподготовки, переработки обрези для использования и пр.), масштабными многосегментными системами инженерно-технического обеспечения, а часто и «внецеховыми» объектами (котельные, компрессорные, насосные станции автономного водозабора (со скважин, водоемов), канализационные насосные станции с ЛОС или сбросом в коллектор магистральной сети).

Практически аналогичная ситуация с комплектацией оборудованием, агрегатами, устройствами, системами современных заводов по производству железобетонных изделий, цемента и смесей, наружных им внутренних материалов для отделки, утепления, гидро- пароизоляции объектов и т.д. Вместе с тем, большую долю нелинейных нагрузок, обуславливающих несимметрию тока и напряжения, значительную потребность в реактивной энергии, ответственных за наиболее интенсивные гармоники и высокий коэффициент несинусоидальности в сети для производств строительных материалов и изделий удается сгруппировать по характеру, режиму и влиянию на качество электроэнергии в сети. Благодаря этому de facto можно принять превентивные меры по сокращению перетоков реактивной мощности и снижению уровня гармонических искажений до норм, определенных отечественным и международными стандартами.

Важно: Постановлением Правительства РФ N 937 от 13.08.2018 внесены изменения в «Правила недискриминационного доступа», ужесточающие требования к абонентам и субабонентам – потребителям электроэнергии по обеспечению компенсации реактивной мощности в сети и качества электроэнергии на границе балансовой принадлежности (см. более подробно здесь). Это определяет необходимость применения УКРМ (SE), в том числе УКРМФ (SE) с пассивными фильтрами и УКРМТФ (SE) с тиристорным управлением для быстрого изменения генерации, а также активных фильтров гармоник, которые в отличие от пассивных фильтров блокируют распространение гармонических искажений от нагрузки в сеть, а не только к конденсаторным батареям.

Основные группы нелинейных нагрузок в производстве строительных материалов, влияющие на качество электроэнергии в сети.

Предприятия и заводы полного цикла производства строительных материалов (и изделий), действующие, модернизируемые или возводимые по СТО НОСТРОЙ 2.33.51-2011, отличаются значительным объемом оборудования, устройств, агрегатов с асинхронными двигателями, большая доля которых интегрирована с частотным электроприводом на базе полупроводниковых ШИМ преобразователей частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Управляемые полупроводниковые выпрямители на базе силовых трансформаторов входят в цепи питания печей, автоклавов, парогенераторов и пр., обеспечивая точность стабилизации постоянного тока от 0,1% до 0,2% с быстродействием в пределах нескольких секунд. Однако многоимпульсные преобразователи являются не только активными потребителями реактивной энергии, но и вызывают значительные искажения синусоидальности тока, напряжения в точке подключения к сети (см. таблицу интенсивности гармонических искажений на разных гармониках при работе многоимпульсных преобразователей здесь).

Увеличивают потребность в реактивной энергии силовые трансформаторы всех уровней, силовые и измерительные трансформаторы, электродвигатели оборудования и агрегатов, часть из которых работает с быстро и резкоизменяющейся нагрузкой, в повторно-кратковременном режиме и в совокупности с преобразователями ответственна за суммарное гармоническое искажение тока, напряжения гармониками высших порядков. Достаточно весомо на гармонические искажения в сети влияют системы энергосберегающего освещения, нагрузка центров администрирования и обработки данных, на потребление реактивной энергии – системы вентиляции, кондиционирования и отопления с мощной индуктивной нагрузкой.

Критерии выбора УКРМ (SE) и активных фильтров гармоник для заводов строительных материалов.

Для предприятий и заводов полного цикла производства строительных материалов и изделий необходимо одновременно и эффективно решать 2 проблемы - компенсации реактивной мощности и снижения уровня гармонических искажений, причем:

• оптимально по группам однородной нагрузки, что позволит снизить инвестиции в мероприятия;
• с учетом крайне негативного влияния гармоник на сами установки повышения коэффициента мощности.

Учитывая специфику группировки силового оборудования в сети заводов строительных материалов/изделий по этапу производства, а также значительный объем нагрузок вспомогательных цехов и инженерно-технических систем лучшим решением проблемы перетоков реактивной энергии будет комбинированный способ компенсации с интеграцией по группам однородных приемников и непосредственно возле мощной нагрузки УКРМФ (SE) - дроссельных или с составными параллельно-последовательными пассивными фильтрами для исключения рисков параллельного резонанса.

С аналогичным индивидуально-групповым подходом логично планировать применение активных фильтров гармоник для защиты сети от гармонических искажений нагрузки, однако выбор фильтра и его настройка должны осуществляться только на основе скрупулезного анализа продолжительного мониторинга гармонического спектра тока, напряжения в месте подключения. Уменьшить инвестиции в активный фильтр можно за счет снижения его мощности, как благодаря целевому выбору по конкретной нагрузке, так и путем исключения из генерации инвертора некоторых гармоник, в том числе активных, блокируемых пассивным фильтром в гибридной сборке (активный + пассивный фильтр).