Причем достаточно интенсивное (в новом тысячелетии) и прогрессивное внедрение в инфраструктуру преобразователей частоты, систем энергосберегающего освещения, автоматизации процессов при всем позитивном влиянии на энергопотребление и энергоемкость вызвало ряд «побочных эффектов» в виде скачкообразного повышения эмиссии (и трансмиссии в распределительную и другие абонентские сети) гармонических искажений тока, напряжения, включая интер- и сверх- гармоники. А такое «засорение» разветвленных силовых сетей объектов горнодобывающей отрасли определило повышение аварийности, сокращение срока службы силового оборудования, дополнительные потери электроэнергии и т.д. и все это на фоне недостаточного понимания менеджментами, как настоящих причин, так и способов устранения проблемы.

Основные виды проблемных нагрузок в силовых сетях объектов горнодобывающей отрасли.

Превалирующее большинство объектов горнодобывающей отрасли подключено к подстанциям напряжением 10/6 кВ, а ТП 6/0.4 кВ, включая «профильные» (для отрасли) подземные центральные (ЦПП), распределительные (РПП), участковые (УПП), а также передвижные (ППП) подстанции, ТП депо электровозов и т.д. используются в сети собственной балансовой принадлежности для питания силового оборудования, систем обеспечения (вентиляции и кондиционирования, освещения, компрессорных и т.п.), складских и административных объектов с серверами, ИБП, зарядными станциями и пр.

В свою очередь превалирующая доля «проблемной» нагрузки формируется асинхронными двигателями экскаваторов-драглайнов, приводов электровозов, скиповых, клетьевых подъемников, конвейеров, компрессоров, насосных станций, систем принудительной вентиляции и т.д.

Прогрессивное использование комплектных преобразователей для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью позволило оптимизировать работу нелинейной нагрузки, повысить стабильность и надежность производственно-технологических процессов, однако:

• проблема высокой потребности в реактивной энергии индуктивной нагрузки (электродвигатели, трансформаторы) не может быть решена частотными преобразователями, как из-за ограниченной емкости в звене постоянного тока (ЗПТ), так и наличия в самом комплектном преобразователе для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью реакторов (индуктивностей) в фильтрах, выпрямителе, ЗПТ, нуждающихся в реактивной энергии для создания магнитного поля обмоток.
  Стоит отметить, что ГОСТ Р МЭК/ТС 60034-17 (в п. 13) не рекомендована компенсация реактивной мощности на фундаментальной частоте, как косинусными конденсаторами, подключенными «непосредственно» к электродвигателю, так и инверторами типа VSC с активным задним фронтом из-за повышения эмиссии гармонических искажений. В свою очередь применение «традиционных» УКРМ, УКРМТ в силовой сети с комплектными преобразователями для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью сопряжено с высокими рисками выхода из строя конденсаторов ступеней установок, а решением проблемы может быть или использование «фильтровых» УКРМФ, УКРМТФ, или одно- многозвенных пассивных фильтров «на входе» в частотных преобразователь;
• коммутация IGBT транзисторов в силовом блоке любых преобразователей приводит к набросу токов гармоник в силовую сеть, что снижает пропускную способность кабелей, приводит к перегрузкам (по току) силового оборудования, колебаниям сетевого напряжения, искажениям частоты, а кроме того – увеличению счетов за электроэнергию, поскольку современные счетчики учитывают энергопотребление и на фундаментальной, и нефундаментальных частотах.

Почти аналогичными «генераторами» гармонических загрязнений являются системы энергосберегающего освещения (со своим спектром «проблемных» нефундаментальных частот), серверное оборудование автоматизированных (или автоматических) систем управления (АСУ), зарядные станции и т.д. В целом потери активной энергии ∆Р при гармонических загрязнениях силовой сети могут быть ориентировочно оценены по зависимости ∆Р от общего коэффициента гармонических искажений тока THD (I) с помощью формулы ∆Р = 1 + THD² (I), а выявить источник (вернее – источники) проблемы и их влияние на силовую сеть, оборудование, производственно-технологические процессы можно только посредством полноценного энергетического аудита объекта.

Установки УКРМ, УКРМТ, УКРМФ, УКРМТФ и фильтры гармоник в горнодобывающей отрасли.

С учетом специфики производственно-технологических процессов и характера нелинейной нагрузки объектов горнодобывающей отрасли, обуславливающей совокупное негативное влияние и перетока реактивной мощности на фундаментальной частоте, и гармонических искажений нефундаментальных частот, следует признать очевидным целесообразность применения в силовых сетях горнодобывающих предприятий, объединений, комплексов:

• методов индивидуальной, групповой, централизованной и смешанной компенсации реактивной мощности, эффективность и оптимальность каждого из которых можно определить посредством полного энергетического аудита объекта;
• конденсаторных установок коррекции (повышения) коэффициента мощности на полупроводниковых ключах (тиристорных УКРМТ) для компенсации быстроизменяющейся потребности в реактивной энергии нагрузки с ШИМ преобразователями, в том числе комплектными преобразователями для электропривода переменного (или постоянного) тока с регулируемой скоростью;
• фильтровых конденсаторных установок коррекции (повышения) коэффициента мощности на полупроводниковых ключах (УКРМТФ) для нагрузок с ШИМ преобразователями, у которых эмиссия гармонических искажений превышает допустимые (по стандартам) нормы и не демпфируется шунтирующими пассивными фильтрами гармоник;
• релейных УКРМ или УКРМФ для ветвей или нагрузок с монотонным изменением характеристик, а также нерегулируемых конденсаторных установок коррекции (повышения) коэффициента мощности или конденсаторных батарей для «срезания» фоновой (от постоянно работающих (включая аварийные, дежурные) систем освещения, вентиляции и т.д.) потребности в реактивной энергии;
• демпфирующих реакторов совместно с УКРМ, УКРМТ (или автономно) на участках сети, где есть высокие риски перекомпенсации, т.е. значительного перетока реактивной энергии индуктивного характера;
• шунтирующих одно- или многозвенных пассивных фильтров гармоник (L-C контуров с демпфирующими резисторами) возле нагрузок с большой эмиссией гармонических искажений, включая интер- и сверх- гармоники;
• активных фильтров гармоник в случаях, обоснованных технико-экономическими расчетами, выполненными на базе данных полного энергетического аудита объекта.