Перегрузка нулевого проводника в трехфазных сетях при нагрузке на импульсные блоки питания современной техники

[Alex9797]

Распределить конденсаторы по линии? Можно. Только "пользы" от них будет немного - они своим током будут перекрывать токи ламп (ну или будут на одном уровне с ними), что вынудит ТС брать кабель большего сечения. Так он его может и без конденсаторов усилить, и усе тут

Это голые рассуждения, глядя в потолок.
Все хорошо в меру. Никто ведь не предлагает поставить огромную батарею конденсаторов, которые своим током перекроют токи ламп.

Заявления такие от неграмотности, уж простите - конденсатор сглаживает броски напряжения, а у нас в линии - броски тока

Очень "грамотное" заявление, ничего не добавишь.
В данном случае конденсаторы как раз сглаживают броски тока. Импульсы тока, заряжающего электролиты после выпрямителей в нагрузке, никуда не денутся - такова их природа. Но эти импульсы будут проходить не по всей протяженности винохранилища, нагревая весь нулевой провод, а по кратчайшему пути - до ближайшего конденсатора.

У меня сейчас нет времени расписывать все процессы подробно, да и нет желания. Грамотный инженер и так все поймет. А неграмотному расписывать бесполезно. А очень грамотный предпочтет заниматься демагогией, чем признать очевидное.

[Ан-162]

А очень грамотный предпочтет заниматься демагогией, чем признать очевидное.

Это Вы не про себя часом?
Без обид.
Для меня "очевидное" - это то, что конденсаторы включенные в линию, и фильтрующие конденсаторы выпрямителя, будут подключены параллельно (через пару диодов мостика) в момент протекания импульса тока потребления выпрямителя.
И в чем же польза?
Ответ очевиден: а ни в чем! Ток гонять будем по проводам дополнительный.
Это же подтверждается и симулятором. (обращаю Ваше внимание, что конденсаторы не просто одного порядка, а равные - это ответ на Ваше "никто ведь не предлагает поставить огромную батарею конденсаторов")
Вы, видимо, хотели ВЧ гармоники заблокировать конденсатором?
Но не учли, что это гармоники тока, а не напряжения.
И подавляются они индуктивностями последовательно, а не емкостями параллельно.
ТщательнЕЕ надо... читать и смотреть...
Если все еще не верите, промоделируйте сами и убедитесь.
Или просто включите КЛЛ и конденсатор параллельно в сеть, и снимите осцилограммы токов.

[Ан-162]

Как с этим ЛУЧШЕ всего бороться? Неужели ТУПО увеличивать сечение

Возникла мысль попробовать подавить третью гармонику тока. Для того, чтобы оценить эффект от такого решения количественно, была составлена модель и проверены потери в питающем проводе на активной нагрузке (R4) и на нагрузке после выпрямителя с емкостным фильтром (R6).
Элементы R1 R2 L2 L3 представляют параметры самой питающей подстанции и ее линии к потребителю.
Номиналы резисторов R4 и R6 соответствуют одинаковой выделяемой мощности (с точностью в несколько десятых ватта), равной 200W - R6 соответствует 10 КЛЛ по 20W в параллель.
На первой картинке промоделировано без подавления третьей гармоники.
На эпюрах видно соотношение токов. Резисторы R3 и R5 имитируют сопротивление линии. На них замеряются потери на ее нагрев.
Без подавления 3-й гармоники (второй скрин) мощность потерь в проводах составляет 849 мВт при активной нагрузке, и 2073 мВт при нагрузке на выпрямитель с емкостным фильтром. Разница почти в 2,5 раза.
На третьем скрине мощности в нагрузках.

[Ан-162]

Теперь размыкаем контур, настроенный на 150 Гц, и опять все по-новой.
Кстати, параметры катушки контура выбраны 0,1 Ом последовательное сопротивление и 1 кОм параллельное - они характеризут потери при протекании тока и затухание при колебательных процессах (в основном, в железе сердечника катушки).
Сначала выравниваются мощности в нагрузках - пусть вас не смущает новое пониженное значение R6 в модели - ведь в большинстве случаев в рассматриваемых в качестве нашей нагрузки БП имеются электронные стабилизаторы, которые при стабильной нагрузке на выходе возьмут ту же мощность из сети (без учета изменения кпд - этим сейчас пренебрегаем).
И даже электронный балласт КЛЛ обладает в некоторой степени этим свойством.
Итак, первый скрин - мощности на нагрузках. После их выравнивания, т.к. напряжение на С3 просело при подавлении гармоники до среднего значения 260в.
На втором токи. Импульс тока раздвоился, как видите. Чтобы уменьшить провал, нужно увеличивать потери в контуре. Я на это не пошел, но если у ТС есть неподалеку помещение, которое нужно подогревать, то почему-бы и нет.
На третьем мощности потерь в проводах.
Четвертый - отклонение от режима при уходе частоты сети.
Пятый - напряжения.
Разница в потерях на линии меня не впечатлила - с 2,073 Вт до 1,58 Вт...
Хотя это тоже не плохо. Достоинство решения в доступности - изготовить дроссель и купить конденсатор на 100 мкФ на 100 или 160в не составит ни большого труда, ни больших денег.
Несколько нивелирует улучшение то, что вырос ток потребления из-за снижения напряжения на нагрузке. Это тоже надо учитывать. Если предусмотреть некоторое предварительное повышение напряжения, будет лучше. Попробовал.
О, это ж другое дело - 1,26W при 0,85W с чисто активной нагрузкой. Смысл есть.
Результат на шестом скрине. Напряжение доведено до прежнего (как без контура) уровня, чтобы мощность на прежнем сопротивлении была та же.

[ForcePoint]

Буржуям уже давно пришлось озаботиться. Но стоят эти фильтры нехило. Например - Schaffner.
Пассивные:

Schaffner ECOsineTM harmonic filters are designed for the operation on the input (grid) side of power electronic equipment with six-pulse rectifier front-ends in balanced three-phase power systems, like typically used in AC or DC motor drives and high power DC supplies.

Они есть и в варианте для работы с управляемыми выпрямителями (тиристорными).
И активные:

The ECOsineTM Active harmonic filter is used for active compensation of reactive power and harmonic content and for load balancing.

[Ан-162]

Захотел глянуть, какими сулят быть потери и выигрыш при шунтировании контура (путем установки внешнего резистора, или превращении сердечника в обогреватель, путем намотки на сплошном куске железа или вариаций с короткозамкнутым витком).
Без "вольтодобавки":
- токи в линиии и потери в резисторе/сердечнике/к.з. кольце на нем
- потери в проводах (на активной они прежние, не изображал, а то замучился уже из двух картинок делать одну)
- эдс сети, ее напряжение под нагрузкой, на потребителе, конденсаторе фильтра и контуре
Ну что, не так уж и много. На 200 Вт полезной мощности, мы теряем 15 Вт - около 7-8 процентов.
Теперь с "вольтодобавкой" (кстати, ее напряжение соответствует стандартному 220/24в трансформатору под нагрузкой) - те же параметры.
(пришлось немного подстроить контур)
Результаты радуют. Потери в проводах лишь в 1,4 раза выше потерь при чисто активной нагрузке получающей ту же мощность.
Это намного дешевле, чем ККМ, даже не в разы.
Только ТС следует учесть, коль он решит реализовать такое, что потери в сопротивлении, шунтирующем контур, будут пропорционально больше, при его киловаттах.

[Ан-162]

Потери из-за формы тока мы понизили до приемлемого уровня.
Теперь посмотрим, что получится в 3ф сети.
Как видите, токи фаз в нулевом проводе даже перекрываются, из-за чего импульсы тока в нем имеют ту же амплитуду (на скрине ток нуля показан в масштабе 50%, иначе получается неудобочитаемая мешанина), но более узкие по длительности.
И все-же потери в нулевом проводе, даже при его сечении равном фазному, выше в 2,38 раза.
Это небольшой выигрыш по отношению к трехкратному, потому что время перекрытия импульсов сравнительно небольшое.
Но!
Если убрать шунтирование контура, то импульсы будут как раз в тех местах, где они и перекрываются.
Результат отличный (нижние скрины). И напряжение на контуре лишь 65 вольт амплитудное.
Напряжение на электролитах в норме. На последнем скрине его форма, а также форма тока в линии питающей этот потребитель, для наглядности.
Задача решена. Потери в нулевом проводе меньше 10% потерь в фазном.
Но нужно прикинуть по экономическим соображениям - установка этого хозяйства, фактически, позволит заказать кабель сечением на одну ступень ниже, например, 4 мм.кв. вместо 6 мм.кв., и с пониженным сечением нулевой жилы, как это принято издавна.
Если по деньгам дроссели и конденсаторы получатся дороже (плюс еще смотря кто будет монтировать и настраивать) - то нет смысла морочить голову.
РЭСовцы должны дотировать такие вложения, но от них дождешься...

[Ан-162]

Alex9797, не хотите

признать очевидное

?
Конденсатор, подключенный в питающую линию, не может дать ток электролиту в момент его зарядки.
Ну не будет перетекать ток из него в электролит. Вместе заряжаться они будут, пока напряжение (мгнов. значение) сети растет и превышает напряжение электролита (на напряжение падения на паре диодов моста), а когда начнет спадать, электролит отключится диодами, а второй будет разряжаться обратно, гоняя реактивный ток.
А вот контур, "подкинуть" запасенной энергии, когда мгнов. напряжение в линии уже пошло на спад после максимума - может, как видите.
Прошу также меня простить за допущенную излишнюю резкость суждений, в этом сообщении.
Эмоциональный я человек, наверное. Но истина мне всегда была дороже.

[spasatell]

Следует ожидать действующее значение тока через нулевой рабочий проводник порядка 21х3=63 А (!!!)
Нулевой рабочий проводник будет работать с явной перегрузкой почти в 3 раза!!!

не будет. нарисуйте три синусоиды разным цветом на одном графике. и наложите сумму сигналов на график импульсов и вы увидите, что сумарный ток будет меньше 21 а

[Ан-162]

Никогда такого не было - и вот, опять!
Тему читали?
Или "с жару, с пылу"? ))))))))))))
Не, я пошел в "Анекдот, анекдот...", хотя темы почти равноценны.