УКРМ (SE) и активные фильтры гармоник в силовых сетях торговых (торгово-развлекательных) центров

Анонс: Электрохозяйство торговых и торгово-развлекательных центров. Особенности нагрузки силовых сетей торговых и торгово-развлекательных центров. Выбор УКРМ (SE) и активных фильтров гармоник для силовой сети ТЦ или ТРЦ.

Торговые и торгово-развлекательные центры (ТЦ и ТРЦ), по сути, комплексы из точек продаж, складских терминалов, развлечений, сервисов для комфорта посетителей и инженерно-технических систем обеспечения, которые даже при сравнительно малых масштабах объекта отличаются многоплановостью и сложным характером нагрузки.

Предельно упрощенно ТЦ или ТРЦ торговой сети по минимуму включает гипермаркет, большое число магазинов-точек продаж с кассовыми оборудованием, ПК, часть которых презентует электротовары с кратковременной или постоянной демонстрацией достоинств, складские помещения с электроподъемной техникой, комплексы развлечений с электроприемниками, в том числе ледовые катки с холодильным оборудованием, игровые залы с автоматами и т.д. Комфорт посетителей (и персонала) поддерживается эскалаторами, пассажирскими конвейерами, лифтами, центральным промышленным кондиционером на базе схем чиллер-фанкойлы, системами освещения (рабочего, дежурного, аварийного), автоматического открывания дверей, водоснабжения и водоотведения, которые даже при подключении к магистрали доукомплектовываются установками повышения давления, канализационными станциями и пр. Для безопасности людей в ТЦ или ТРЦ интегрируются системы оповещения, сигнализации, пожаротушения, а контроль и управление комплексом в целом осуществляется серверами по IP протоколам Industrial Ethernet стандартов IEEE 802.3/IEEE 802.3u систем АСУ ТП или Intelligent Building (Modbus, BACnet, CAN, PLR, LON, SBM и др.).

Особенности нагрузки силовых сетей торговых и торгово-развлекательных центров.

Превалирующая доля нагрузки ТЦ или ТРЦ формируется асинхронными двигателями с частотно-регулируемым приводом, ШИМ преобразователями тока и напряжения, силовыми трансформаторами, люминесцентными лампами с электронным балластом, светодиодными светильниками, импульсными источниками питания и пр. Т.е. в силовых сетях ТЦ и ТРЦ нагрузка нелинейная и неоднородная, сложного характера и генерирующая гармонические искажения, что определяет большую разветвленность сети, значительную потребность в реактивной энергии и негативное влияния на качество электроэнергии отдельных сегментов сети, причем:

• оптимальная в аспекте компенсации реактивной мощности и подавления гармоник группировка осложняется разграничением балансовой принадлежности субабонентов сети торгового цента – абонента распределительной сети;
• сложно считать оправданным применение простых релейных УКРМ (SE) в силовых сетях торговых центров, поскольку такие сети отличаются значительными гармоническими искажениями, а токи гармоник большой амплитуды негативно влияют на работу контакторов, могут вызвать перегрев и пробой конденсаторов, кабелей, блокируют передачу управляющих сигналов и пр.;
• выбор способа компенсации, установки повышения коэффициента мощности, фильтра гармоник будет индивидуальным для каждого торгового (или торгово-развлекательного) центра, и должен осуществляться на основе анализа данных как минимум суточного, а лучше месячного (и более) мониторинга потребности в реактивной энергии и гармонических искажений, вносимых нагрузкой.

Так, например, супермаркет в торговом центре с режимом работы с 7 утра до часу ночи, где основную нагрузку формируют холодильные установки, система освещения и кассовое оборудование, при суточном мониторинге спектрального состава тока и напряжения (рис. ниже) показывает значительные искажения по току и напряжению на 3, 5, 7, 11 и 13 гармониках.

Стабильность 7-й гармоники напряжения днем и ночью говорит генерации искажений (в основном) холодильным оборудованием, снижение 11 гармоники напряжения и тока в ночной период – о «вкладе» системы освещения, достаточно стабильные показатели 3 и 5 гармоники напряжения могут быть результатом искажений системой вентиляции, 9 гармоники – кассового оборудования и т.д.

Вместе с тем, если для супермаркета характерна интенсивность искажений параметров сети 3, 5, 7, 11 и 13, где можно использовать дроссельную УКРМ (SE) с настройкой колебательного L-C контура на частоту 134 ГЦ (см. о настройке контуров в дроссельных установках здесь), то сегменты сетей с широтно-импульсными преобразователями (выпрямителями, инверторами частотно-регулируемых приводов, импульсных источников тока) насыщены интенсивными гармониками более высоких порядков, эффективно устранить которые может только активный фильтр (см. таблицу интенсивности гармонических искажений на разных гармониках при работе многоимпульсных преобразователей здесь).

Выбор УКРМ (SE) и активных фильтров гармоник для силовой сети ТЦ или ТРЦ.

При выборе УКРМ (SE), УКРМФ (SE) (с пассивным фильтром или дроссельной) и активных фильтров гармоник следует четко понимать, что:

• любой пассивный фильтр установки компенсации реактивной мощности блокирует доступ токам гармоник к конденсаторам, но пропускает их в сеть;
• изменениями Постановлением Правительства РФ N 937 от 13.08.2018 определены обязанность абонента сети обеспечивать качество электроэнергии на границе балансовой принадлежности;
• гармонические искажения в сети на текущий момент лучше нивелировать активными или гибридными фильтрами гармоник, но:
  - активные фильтры гармоник работают только в сторону сегмента с нагрузкой, блокируя распространение искажений по сети выше места подключения;
  
  - мощность IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) транзисторов и диодов в полупроводниковой цепи и, соответственно, стоимость фильтра определяется мощностью реактивной нагрузки, вносящей искажения в сеть на гармониках высшего порядка.

Поэтому активные фильтры в финансовом и техническом аспектах оптимально устанавливать:

• как можно ближе к нагрузке аналогично способам индивидуальной или групповой компенсации реактивной мощности и «ниже» по сети, чем УКРМ (SE);
• после определения гармонического спектра тока и напряжения, что позволит исключить «неинтенсивные гармоники», а значит подобрать и настроить фильтр меньшей мощности и цены.