Как подобрать активный фильтр гармоник: замер, расчёт тока, заявка

Коротко

1Сделайте замер анализатором на вводе или фидере с нелинейной нагрузкой — 3–7 суток, чтобы попали все режимы.
2Возьмите из замера ток нагрузки и коэффициент гармонических искажений тока THDi в самом тяжёлом режиме.
3Посчитайте гармонический ток сейчас и допустимый после фильтра. Разница плюс запас — номинальный ток фильтра.
4Проверьте напряжение сети, четырёхпроводная ли сеть, нужна ли ещё компенсация реактивной мощности и куда ставить фильтр.

Почему без замера подбор приблизительный

Гармоники создают нагрузки с выпрямителем на входе: частотные приводы, ИБП, сварочное оборудование, светодиодные драйверы. Сколько гармонического тока они дают вместе, зависит от их загрузки, одновременности работы, наличия дросселей и самой сети. Сложить паспортные данные приводов недостаточно.

Замер показывает реальную картину: какой ток, какие порядки гармоник преобладают, как они меняются в течение смены и суток. По нему же проверяют результат после установки фильтра.

Как провести замер

Прибор: трёхфазный анализатор качества электроэнергии с регистрацией гармоник тока и напряжения.
Точка: ввод от трансформатора или фидер, питающий нелинейную нагрузку, — там, где планируется ставить фильтр.
Длительность: 3–7 суток, чтобы попали рабочие и выходные дни, пуски и пиковые режимы.
Что сохранить: ток по фазам и в нейтрали, THDi и THDu, спектр гармоник по порядкам, коэффициент мощности, перекос фаз.

Методы измерения гармоник установлены ГОСТ 30804.4.7-2013 и ГОСТ 30804.4.30-2013. Нормы искажения напряжения — в ГОСТ 32144-2013: для сетей 0,38 кВ суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения не должен превышать 8 % в течение 95 % времени и 12 % в течение всего времени измерений.

Как посчитать ток фильтра

THDi — отношение действующего значения всех гармоник тока к току основной частоты. Поэтому из тока нагрузки по замеру сначала выделяют ток основной частоты, а затем гармонический ток:

ток основной частоты: I₁ = I / √(1 + THDi²);
гармонический ток сейчас: Iₕ = I₁ × THDi;
гармонический ток, допустимый после фильтра: I₁ × THDi цель;
ток фильтра: (Iₕ − I₁ × THDi цель) × запас.

Учебный пример. Исходные данные условные, не замер конкретного объекта
Величина	Значение
Ток нагрузки по замеру, I	400 А
THDi сейчас	35 %
THDi цель	5 %
Ток основной частоты, I₁ = 400 / √(1 + 0,35²)	≈ 377,5 А
Гармонический ток сейчас, 377,5 × 0,35	≈ 132,1 А
Допустимый остаток, 377,5 × 0,05	≈ 18,9 А
Нужно компенсировать, 132,1 − 18,9	≈ 113,3 А
С запасом 20 %	≈ 136 А

В этом примере подходит фильтр на 150 А. Так же считает калькулятор подбора на странице фильтров гармоник: в нём тот же запас 20 %, и он сразу раскладывает ток на модули. Окончательный запас зависит от роста нагрузки, температуры в помещении и высоты над уровнем моря и уточняется при подборе.

Ошибка, которая встречается часто: умножить на THDi весь ток нагрузки. Для 400 А и 35 % получится 140 А вместо 132 А. При сильных искажениях разница становится заметной.

Что ещё проверить перед выбором

Напряжение сети. Фильтры SAMMAX рассчитаны на сети 220–690 В. Для 6–35 кВ нужны другие решения — STATCOM, подбор проектный.
Ток нейтрали. В четырёхпроводных сетях гармоники, кратные трём, складываются в нейтрали. Фильтры SAMMAX компенсируют ток нейтрали до 3-кратного номинального тока фильтра; нужен ли такой режим, видно по замеру.
Реактивная мощность. Фильтр может одновременно компенсировать реактивную мощность, но на это тратится часть его тока. Если нужны и гармоники, и cos φ, ток фильтра считают с учётом обеих задач — или ставят фильтр вместе с SVG.
Конденсаторные установки. Если в сети есть КРМ без защитных дросселей, при гармониках возможен резонанс. Это нужно учесть при подборе.
Место установки. Модули имеют степень защиты IP20, шкафы — IP30, рабочая температура от −20 до +55 °C. Нужна электрощитовая и место под модули или шкаф.

Чем активный фильтр отличается от конденсаторной установки и генератора реактивной мощности SVG, показано в разделе «Какая технология нужна» на странице фильтров гармоник. Если нагрузка спокойная и без нелинейных потребителей, активный фильтр не нужен — хватит обычной КРМ.

Что указать в заявке

напряжение и схема сети: трёх- или четырёхпроводная, мощность трансформатора;
файлы или отчёт замера: ток, THDi и THDu, спектр гармоник, cos φ, ток нейтрали;
основные нелинейные потребители: частотные приводы, ИБП, выпрямители, сварка;
цель: снижение THDi или THDu до определённого значения, компенсация реактивной мощности, симметрирование фаз;
место установки: ввод или фидер, свободное место, температура в помещении;
наличие конденсаторных установок и генераторов (ДГУ, ГПУ) в той же сети.

Если замера ещё нет, начните с имеющихся данных: перечня нагрузок и тока на вводе. Предварительный расчёт возможен и так, но окончательный подбор делают по замеру.

Как подобрать активный фильтр гармоник: замер, расчёт тока и заявка