Pasywne filtry harmonicznych ECOsine |
 |
|
| mgr inż. Grzegorz Urbaniak |
| Filtry harmonicznych... |
| |
W okresie popularyzacji wszelkiego rodzaju układów automatyki, coraz większym problemem stają się obecne w sieci elektrycznej zniekształcenia harmoniczne. Jednym ze sposobów eliminacji tych zjawisk jest zastosowanie odpowiednich filtrów. Artykuł prezentuje serię urządzeń tego typu - ECOsine firmy Schaffner. Są to filtry pasywne - dedykowane dla układów sterowania, falowników i zasilaczy zasilanych z symetrycznej trójfazowej sieci energetycznej. Mogą one stanowić alternatywę dla bardzo kosztownych filtrów aktywnych. Dystrybutorem rozwiązania jest firma Astat. |
| |
| Urządzenia energoelektroniczne, które w ostatnim czasie są coraz szerzej stosowane i wykorzystywane, są najczęściej zasilane z sieci trójfazowej, a w swych układach wejściowych posiadają sześciopulsowy mostek prostowniczy. Urządzenie takie jest nieliniowym obciążeniem dla sieci, które pobiera bardzo odkształcony od sinusoidy prąd. Poziom tych zniekształceń opisuje parametr THD (całkowite odkształcenie harmoniczne). Harmoniczne w prądzie obciążenia wywołują odkształcenie napięcia zasilającego propagując się w całej sieci zasilającej. |
 |
| Rys. 1. Filtry pasywne ECOsine są alternatywnym rozwiązaniem dla dużo droższych filtrów aktywnych |
| |
| Wpływ harmonicznych |
| Harmoniczne w sieci zasilającej mogą powodować wiele negatywnych zjawisk, takich jak: |
- nieprawidłowa praca urządzeń - układy sterowania zasilane z tego samego transformatora nn co układy przekształtnikowe mogą działać niepoprawnie,
- niezgodność ze standardami - norma PN-EN 50160 nakłada ograniczenia co do wartości parametrów charakteryzujących jakość energii, takich jak zmiany, zapady napięcia, przerwy w zasilaniu, niesymetria napięć, zawartość harmonicznych w prądzie (THDI) pobieranym przez obciążenia nieliniowe, zawartość harmonicznych w napięciu (THDU) w punktach przyłączenia. Za emisję nadmiernej ilości harmonicznych dostawca energii elektrycznej może nałożyć kary, które mogą być dość znaczące,
- dodatkowe koszty - często z powodów czysto ekonomicznych energia zasilająca daną aplikację musi mieć odpowiednią jakość. Przerwy w zasilaniu mogą być kosztowne nie tylko ze względu na zatrzymanie produkcji, ale także na możliwość uszkodzenia urządzeń i późniejszego serwisu. Nadmierna zawartość harmonicznych w prądzie powoduje i wymusza przewymiarowanie:
- sieci - przystosowanych do dystrybucji większych prądów lecz nie przenoszących większych mocy czynnych,
- instalacji - stosowanie grubszych przewodów zasilających,
- transformatorów - muszą być przystosowane do przenoszenia większych prądów,
- zabezpieczeń - muszą być przewidziane na maksymalne wartości prądów, co nie wiąże się z poborem proporcjonalnie większej mocy.
|
 |
| Rys. 2. Rozkład Fouriera na poszczególnych harmonicznych bez filtru i z jego zastosowaniem |
| |
Filtry harmonicznych |
| Wszystkim problemom związanym z występowaniem harmonicznych można zaradzić stosując odpowiednie filtry. Bardzo skutecznym sposobem jest stosowanie filtrów aktywnych, jest to jednak rozwiązanie bardzo kosztowne. Tańsze i, jak się wydaje, bardziej logiczne może być zastosowanie filtrów pasywnych. Działają one w odmienny od urządzeń aktywnych sposób - zwalczając przyczynę problemu u jego źródła. Filtry ECOsine pozwalają oczyścić sieć wewnętrzną z harmonicznych (zamykając zakłócenia w układzie np.: falownik - filtr harmonicznych), na co nie zawsze pozwalają aplikacje wykorzystujące filtry aktywne. |
 |
Rys. 3. Różnice dla przykładowych przebiegów prądów i napięć pobieranych przez falownik:
a/. bez filtru ECOsine, b/. z filtrem ECOsine |
| |
Filtry ECOsine |
| Na przedstawionym na rysunku 2 wykresie widać rozkład Fouriera na poszczególnych harmonicznych bez filtru i z jego zastosowaniem. Na wykresach na rysunku 3 można zaobserwować różnice dla przykładowych przebiegów prądów i napięć pobieranych przez falownik. Filtry harmonicznych ECOsine firmy Schaffner zapewniają: |
- skuteczne tłumienie harmonicznych prądu,
- zgodność z IEEE 519 i innymi normami związanymi z jakością energii,
- wydłużenie okresu użytkowania sprzętu oraz wsparcie niezawodności systemu w wymagających aplikacjach,
- zmniejszanie negatywnego wpływu urządzeń i systemów na sieć zasilającą (np. transformatory rozdzielcze),
- długoterminowe oszczędności w systemie i kosztach utrzymania,
- szybką i prostą obsługę układu (plug-and-play).
|
| Dzięki systemowi plug-and-play i niewielkim wymiarom, filtr ECOsine może być szybko i łatwo zamontowany w szafie sterowniczej tuż obok falownika lub na tylnej ścianie szafy. Filtry są zaprojektowane do instalacji z każdym nieliniowym obciążeniem. Jednakże mogą także redukować harmoniczne pochodzące od wielu połączonych równolegle obciążeń. W każdym przypadku urządzenie jest dobierane na podstawie sumarycznej mocy obciążenia napędu. |
| Filtry ECOsine pozwalają także na spełnienie restrykcyjnych norm, które ograniczają poziomy harmonicznych w budynkach szpitalnych, obiektach wojskowych, na lotniskach itp. |
 |
| Rys. 4. Przykładowa aplikacja napędowa z zastosowaniem dwóch filtrów pasywnych ECOsine |
| |
| Przykładowe zastosowanie |
| Na rysunku 4 przedstawiono przykładową aplikację napędową, w której problemy harmonicznych rozwiązano stosując dwa filtry pasywne. Takie podejście daje możliwość zlikwidowania harmonicznych w punkcie wspólnego połączenia (PCC). |
| Drugą ważną cechą tego rozwiązania jest oczyszczenie z harmonicznych sieci wewnętrznej, co zapobiega problemom związanym z zasilaniem wrażliwych urządzeń podłączonych do sieci wewnętrznej. Jest to znaczące, gdy z tej samej sieci są zasilane układy napędowe i układy sterowania. |
| Filtry harmonicznych... |
PRASA