Скачки напряжения в цепи частотно-регулируемого привода: как решить проблему

11.10.2021
В последнее время частотно-регулируемые приводы стали массово применяться на предприятиях энергетической и нефтегазодобывающей отрасли, где используется до 80 % асинхронных роторов с короткозамкнутой обмоткой. Такая востребованность обусловлена практически мгновенным экономическим эффектом от их установки: оборудование с ЧРП потребляет до 30 % меньше электроэнергии за счет точной настройки скорости двигателя под реальную нагрузку. В конкретных приложениях преобразователи частоты предоставляют дополнительную выгоду.

Например, использование питающих насосов с ЧРП на электростанциях позволяет сократить потери воды до 10 %, а у погружного насосного оборудования для добычи нефти в 3-4 раза увеличивается межремонтный интервал.

Однако при всех своих достоинствах частотно-регулируемые приводы имеют значимый недостаток. Из-за содержащихся в них микрокомпьютеров, они чувствительны к скачкам напряжения: возможны как сбои в работе электроники, так и полный выход дорогостоящего ЧРП из строя. Это дополнительные расходы, часто очень значительные. Если из строя, к примеру, выйдет частотно-регулируемый привод насоса, расположенного на километровой глубине, придется не только затратить ресурсы на ремонт, но и на подъем оборудования. Это время и, как следствие, нежелательный простой установки с сопутствующими потерями.

Решение проблемы

Для поддержания постоянного напряжения в цепь постоянного тока частотно-регулируемого привода включают различные системы бесперебойного питания. Так, на нефтяных месторождениях в качестве источника электроэнергии часто используют дизель-генераторы, которые удобны при длительных скачках напряжения. Например, если рядом запускается буровая установка. Минус такого решения: на запуск генератора требуется время. Хотя некоторые модели современных ДГУ и могут крайне оперативно реагировать на изменения напряжения в основной электросети и практически сразу запускаться, сокращая время простоя буквально до нескольких секунд, полностью исключить потерю электропитания всё равно не получится.

Широкое распространение также получили ИБП на основе аккумуляторов, которые обладают одним из лучших соотношений величины удельной емкости на единицу массы. Они способны поддерживать работу оборудования на протяжении достаточно длительного времени, но имеют ограниченный срок службы, эксплуатируются в ограниченном диапазоне температур — от 0 до +45 °C и требуют регулярного обслуживания. Кроме того, ИБП на основе аккумуляторов отличаются высоким сопротивлением, что создает дополнительный ряд проблем:

  • аккумуляторы чрезвычайно чувствительны к большим разрядным токам и при быстром разряде склонны к перегреву, а затем и разрушению;
  • при импульсной нагрузке, которая характерна для большинства современных систем, возможна просадка напряжения, так как аккумулятор не способен выдать требуемую мощность мгновенно.
  • Снижение напряжения на нагрузке ниже порогового значения приводит к преждевременному отключению привода, даже если действительный уровень заряда аккумулятора остается высоким. При некоторых применениях это недопустимо: например, на участках непрерывного технологического цикла.

    Суперконденсаторы устранят 90 % проблем в работе ЧРП, связанных с перепадами напряжения

    Альтернативой ИБП на аккумуляторах стали системы бесперебойного питания (СБП) частотно-регулируемого привода с накопителем энергии на суперконденсаторах. К примеру, компания «ТЭЭМП», которая известна многим российским предприятиям своими наработками в области бесперебойного энергоснабжения объектов, внедряет их таким партнерами, как Danfoss, НПК «Морсвязьавтоматика», «Норд Индастриз». Эти решения защищают дорогостоящее промышленное оборудование от проблем, связанных с нестабильностью электропитания.

    5d65bd371279ac58102ca28b6a8ef0fbbdd041cf.jpg

    «Когда мы только начинали заниматься темой повышения качества энергоснабжения промышленных предприятий и инфраструктурных объектов, многие на рынке говорили, что такие решения себя никогда не оправдают и не окупят. Но рынок решил иначе», — отметил генеральный директор компании «ТЭЭМП» Сергей Агеев.

    Суперконденсаторы ТЭЭМП выбираются в качестве основного источника питания по нескольким причинам:

  • Способны выдерживать большой ток разряда и практически мгновенно, в пределах 10-20 миллисекунд, выдавать достаточно высокую импульсную мощность, благодаря чему решается проблема с просадкой напряжения.
  • Мощность СБП на суперконденсаторах ТЭЭМП ограничивается только индивидуальными пожеланиями. Диапазон мощности варьируется от 200 кВт при 15 секундах времени резервирования питания для локального оборудования до защиты всего предприятия.
  • В отличии от литиевых или свинцово-кислотных аккумуляторов, стандартные температуры работы суперконденсаторов ТЭЭМП составляют от -40 C до +60 °C.
  • Устройства хорошо переносят работу в условиях частого заряда-разряда, в меньшей степени деградируют со временем и практически не требуют эксплуатационных расходов.
  • Ресурс суперконденсаторов ТЭЭМП составляет более 500 тысяч циклов заряд-разряд.
  • Системы бесперебойного питания ТЭЭМП разной мощности и времени работы уже сегодня используются на многих предприятиях энергетической и нефтегазовой отрасли и защищают питающие насосы, приводы вентиляторов, тягодутьевых и других механизмов от остановов.

    «Danfoss как один из мировых игроков рынка силовой электроники подтверждает высокую эффективность использования суперконденсаторов в системах резервирования питания для различных отраслей промышленности», — подчеркнул Вадим Пиканин, руководитель направления «Комплексные проектные решения» Danfoss

    Источник: Электротехнический интернет портал Elec.ru