Фильтро-компенсирующее устройство

 

Союз Советски к

Социалистическик республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено!1.02. 80 (21) 2881183/24-07 с присоединением заявки М— (28) Приоритет

Опубликовано 07. 11 ° 81 бюллетень М 41 (51)М"; Кл.

Н 02 J 3/18 рввудлретеенный квинтет

СССР ю дамм нзавретеннй и еткрытнй (53) УДК 621. 3. .054.42 (088.8) Дата опубликования описання09 . l l. 81 (72) Авторы изобретения

А. И. Дорошенко и В. А. Николенк

Одесский ордена Трудового Красного Знамйнц.„ политехнический институт (7l) Заявитель (54) ФИЛЬТРО-КОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области улучшения качества н"пряжения в электрических сетях, а именно к подавлению высших гармонических составляющих, присутствующих в спектре напряжения и к регулированию величины уровней напряжения в электрических сетях. Такое устройство может быть использовано в электрических сетях, питающих электрические нагрузки с нели*ейной вольтамперной характеристикой, например вентильные преобразов атели.

Известно, что вентильные преобразователи требуют значительную реактивную мощность и генерируют в питаю I5 щую их сеть высшие гармоники тока, вредное влияние которых на все эле-, менты сети общеизвестно (1).

Благодаря своей рентабельности, по

20 сравнению с другими источниками реак" тивной мощности, шунтовые конденсаторные батареи нашли широкое распространение в электрических сетях в качестве дополнительных источников реактивной мощности.

Однако шунтовые конденсаторные батареи особенно чувствительны к высшим гармоникам тока. Легко проникая в них, токи высших гармоник перегружают диэлектрик. конденсаторов и вызывают его преждевременное старение. Кроме того, возможен резонанс тока на частоте одной из гармоник, что еще больше перегружает конденсаторы и вызынает ухудшение несинусоидальности напряжения в электрической сети.

Значительное распространение в электрических сетях вентильных преобразователей и других потребителей с . нелинейной вольтамперной характеристикой вызывает серьезные затруднения с применением шунтовых конденсаторных батарей.

Для ограничения токов высших гармоник; проникающих в шунтовые конденсаторные батареи, последовательно с ними включают индуктивность такой ве.-, 879703 личины, чтобы совместно с емкостью конденсаторов батарей образовывалась резонансная цепь, настроенная на частоту одной из гармоник. При этом получается двухцелевое устройство: компенсация реактивной мощности и минимизация высших гармоник. его можно назвать фильтро-компенсирующим устройством.

Однако режим работы конденсаторной батареи в фильтро-компенсирующем устройстве достаточно тяжел, так как она загружается током фильтруемой гармоники, а напряжение на ней повышается не только за счет этого тока, но и за счет настраивающей индуктивности при номинальном напряжении питающей сети пропорционально коэффициенту: ф

Д ) 20 где 11 — порядковый номер гармоники, на которую настроен фильтр, Если же напряжение в электрической сети превышает номинальное значение, то режим работы конденсаторов фильтро-компенсирующих устроиств еще больше утяжеляется. Таким образом, необходимо управление режимом работы конденсаторов фильтро-компенсирующих устройств.

Известно компенсирующее устройство, содержащее шунтовую конденсаторную батарею, регулировочный автотрансформатор и последовательный транс35 форматор, причем вторичная обмотка последовательного трансформатора включена последовательно с батареей (2).

Изменение положения переключателя

40 ответвления регулировочного автотрансформатора вызывает изменение добавочного напряжения, вводимого в цепь питания батареи, последовательным трансформатором, и, следовательно, напряжения на выводах батареи прямо

45 пропорциональньг квадрату приложенного напряжения. Напряжение ступени регулирования обычно составляет величину порядка 1-1,5 номинального напряжения, устройство позволяет осу.ч

-ф 50 ществлять изменение отдаваемой мощности батареи небольшими ступенями (1,5-3X) без дополнительных выключа" телей.

Пределы регулирования мощности определяются пределами регулирования напряжения. Например, регулирование напряжения в пределах а253 обеспе-чивает изменение мощности батареи в 2,8 раза.

Такое устройство может быть использовано в качестве фильтро-компенсирующего, однако эффективность его применения может оказаться незначительная, а конденсаторы могут быстро выйти из строя по причине перегрузки их токами гармоник и перенапряжения на них.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, повышение надежности и сохраннбсти конденсаторов шунтовых конденсаторных батарей при их эксплуатации в электрических сетях с высшими гармониками тока.

Эта цель достигается в фильтрокомпенсирующем устройстве, содержащем батарею конденсаторов и последоо вательный трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена с выводом для подключения к питающей сети и соединена последовательно с конденсаторной батареей, второй вывод которой подсоединен к второму выводу для подключения к питающей сети, снабжено тиристорными ключами в виде встречно-параллельно включенных вентилей с блоком управления, датчиком о тока и датчиком напряжения, выводы которых соединены с блоком управления ключами, а трансформатор выполнен с двумя первичными обмотками, соединенными последовательно, причем точка соединения первичных обмоток подсоединена к выводу для подсоединения к питающей сети вторичной обмотки, а к свободным концам первичных обмоток подсоединены выводы тиристорных ключей, вторые выводы которых подсоединены к второму выводу для подсоединения к питающей сети.

На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит шунтовую конденсаторную батарею l с выводом для подключения к питающей сети, после" довательно с которой соединена вто ричная обмотка последовательного трансформатора 2 с двумя первичными обмотками, соединенными последовательно, к свободным концам которых подсоединены тнристорный ключ 3 для встречного включения обмоток последовательного трансформатора и тиристорный ключ 4 для согласного включения обмоток последовательного транс форматора с системой 5 .управления ти879703 . ристорными ключами, к входу которой подсоединены выходы датчика 6 тока и датчика 7 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В режиме, .когда величина тока нагрузки фильтро-компенсирующего устройства токами высших гармоник начинает превышать значение IH конденсаторов или напряжение на них прибюппкас-. 1О ется к величине 1,1 U, сигнал от датчика 6 тока или датчика 7 напряжения поступает на систему 5 плавного управления тиристорными ключами таким образом, что открывается только ключ 3 и подключает одну из первичных обмоток последовательного трансформатора 2 на напряжение фильтро-компенсирующего устройства встречно с вторичной. При этом напряжение на конденсаторах снижается и их токовая нагрузка уменьшается.

В режиме, когда напряжение электрической сети становится меньше UH, а токовая нагрузка фильтро-компенсирующего устройства меньше 1 конденН саторов, от датчика б тока и датчика

7 поступают сигналы на систему 5 плавного управления тиристорными ключами таким образом, что ключ 3 закрывается Ю

У а ключ 4 открывается и подключает вторую первичную обмотку последовательного трансформатора 2 на напряжение фильтро-компенсирующего устройства согласно с вторичной. При этом напряжение на конденсаторах, возрастает и возрастает величина еактивной мощности, выдаваемой фильтро-компенсирующим устройством, однако величина его тока не должна превышать 1 1.

Известно срок службы конденсаторов, выпускаемых нашей промышленностью дпя шунтовых кондейсаторных батарей, составляет 20 лет. Однако по причине перегрузки токами высших гармоник и перенапряжений на конденсаторах в большинстве случаев их применения в электрических сетях с высшими гармо" никами тока они уже в течение первого года эксплуатации выходят иэ строя.

Годовая экономия от применения предлагаемого фильтро-компенсирующего устройства составит около 2000 руб. в год и при этом повысится срок службы конденсаторов.

Формула изобретения

Фильтро-компенсирующее устройство, содержащее батарею конденсаторов и последовательный трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена с вь водом для подключения к питающей сети н соединена последовательно с конденсаторной батареей, второй вывод которой подсоединен к второму выводу для подключения к питающей сети, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэ можностей, повышения надежности и срока службы конденсаторов, оно снабжено тиристорными ключами в виде встречно-параллельно включенных вентилей с блоком управления, датчиком тока и датчиком напряжения, выводы которых соединены с блоком управления ключами, а трансформатор. выполнен с двумя первичными обмотками, соединенными последовательно, причем точка соединения первичных обмоток подсоединена к выводу для подсоеди-нения к питающей сети вторичной об.мотки, а к свободным концам первичных обмоток подсоединены выводы тиристорных ключей, вторые выводы которых подсоединены к второму выводу для подсоединения к питающей сети.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М., "Энергия", 1974 °

2. Авторское свидетельство СССР

У 411574, кл. Н 02 Э 3/18, 1974.

879703

Составитель Л. Дементвева

Редактор Т. Морозова Техред Е.Харитончик Корректор С.Щомак

Заказ 9735/25 Тиран 678 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

313035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент"-, r. Укгород, ул. Проектная, 4