CS225575B1

CS225575B1 - Connection for the limitation of the input of higher harmonic currents to the distribution network

Info

Publication number: CS225575B1
Application number: CS715182A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Ing Csc Ledr; Frantisek Ing Vasko
Original assignee: Zdenek Ing Csc Ledr; Frantisek Ing Vasko
Priority date: 1982-10-06
Filing date: 1982-10-06
Publication date: 1984-02-13

Description

Autor vynálezu LEDR ZDENĚK ing. CSc., VAŠKO FRANTIŠEK ing., PRAHA (54) Zapojení pro omezení vstupu vyšších harmonických proudů do rozvodné sítěAuthor of the invention LEDR ZDENĚK ing. CSc., VAŠKO FRANTIŠEK ing., PRAGUE (54) Connection for limiting the entry of higher harmonic currents into the distribution network

Vynález se týká zapojení omezujícího vstup vyšších harmonických proudů do rozvodné napájecí sítě, jejichž zdroji jsou například tyristorové měniče, obloukové pece atd.The invention relates to circuitry limiting the input of higher harmonic currents to the power supply network, the sources of which are, for example, thyristor converters, arc furnaces, etc.

Zejména zaváděním elektrických pohonů, které jsou napájeny tyristorovými měniči, objevují se v napájecí rozvodné síti různé obtíže, jež jsou způsobovány vyššími harmonickými proudy, vznikajícími při funkci tyristorového měniče. Tak je například nežádoucím způsobem ovlivňován systém hromadného dálkového ovládání (HDO) používaný energetickými závody, jehož funkční kmitočet souhlasí nebo je blízký 23. harmonické složce proudu, která je trvale produkována tyristorovým měničem, případně 21. harmonické složce proudu, jež se objevuje jen při rozběhu nebo brzdění elektrického pohonu. Uvedené obtíže způsobují, že je například nekontrolovatelně ovládáno veřejné osvětlení a zapínání i vypínání tepelných spotřebičů.In particular, the introduction of electric drives which are powered by thyristor converters, leads to various difficulties in the supply grid due to the higher harmonic currents arising from the operation of the thyristor converter. For example, a mass remote control system (HDO) used by power plants whose functional frequency is close to or close to the 23rd harmonic component of the current produced by the thyristor transducer, or the 21st harmonic component of the current that only appears during start-up or braking the electric drive. The aforementioned difficulties cause, for example, uncontrolled control of the public lighting and the switching on and off of the thermal appliances.

Doposud se omezení vstupu vyšších harmonických složek proudu provádí pomocí filtrů, které jsou sestaveny z celé řady rezonančních obvodů, z nichž každý je vyladěn do rezonance pro příslušnou rušivou harmonickou. Tyto filtry jsou připojeny paralelně k síti, což v případě použití systému HDO v energetické síti má za následek nežádoucí zrušení jako ovládacích signálů. Zařízení je rozměrné, vyžaduje značný obestavěný prostor a je velmi nákladné.So far, the limitation of the input of the higher harmonic components of the current has been accomplished by means of filters that are assembled from a variety of resonant circuits, each tuned to resonance for the respective harmonic harmonic. These filters are connected in parallel to the mains, which in the case of using the HDO system in the mains results in undesired cancellation as control signals. The equipment is bulky, requires considerable built-in space and is very expensive.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny zapojením pro omezení vstupu vyšších harmonických proudů z jejich zdrojů do rozvodné napájecí sítě, které sestává z jednoho nebo dvou napájecích trojfázových transformátorů, trojfázového reaktoru, trojfázového kondenzátoru a trojlázové tlumivky se železným jádrem. Podstata vynálezu spočívá v tom, že primární vinutí prvního napájecího trojfázového transformátoru nebo i druhého napájecího trojfázového transformátoru je zapojeno do tří otevřených fází, přičemž uzel primárního vinutí prvního napájecího trojfázového transformátoru nebo i uzel primárního vinutí druhého napájecího trojfázového transformátoru je tvořen sériovým rezonančním obvodem, jenž je sestaven z trojfázového reaktoru zapojeného do tří otevřených fází a z trojfázového kondenzátoru zapojeného do trojúhelníku. Zároveň je tento sériový rezonanční obvod spolu s rozptylovou reaktancí prvního napájecího trojfázového transformátoru, případně i druhého napájecího trojfázového transformátoru výladěn do rezonance pro první harmonickou roz225575 vodné napájecí sítě a současně je k trojfázovému kondenzátoru připojena trojfázová tlumivka se železným jádrem.These shortcomings are overcome by wiring to limit the input of higher harmonic currents from their sources to the power supply network, which consists of one or two power three-phase transformers, a three-phase reactor, a three-phase capacitor and a three-core iron core choke. The primary winding of the first three-phase transformer or even of the second three-phase transformer is connected in three open phases, the primary winding node of the first three-phase transformer or even the primary winding node of the second three-phase transformer is a series resonant circuit. it consists of a three-phase reactor connected in three open phases and a three-phase capacitor connected in a triangle. At the same time, this series resonant circuit together with the scattering reactance of the first three-phase transformer and possibly the second three-phase transformer is tuned to resonance for the first harmonic roz225575 of the water supply network, and a three-phase iron core reactor is connected to the three-phase capacitor.

Alternativně je sériový rezonanční obvod sestaven ze sériové kombinace trojfázového reaktoru a trojfázového kondenzátoru. Jednotlivé fáze sériových kombinací jsou vzájemně spojeny do trojúhelníku, přičemž ke každé fázi trojfázového kondenzátoru je paralelně připojena jedna fáze trojfázové tlumivky se železným jádrem.Alternatively, the series resonant circuit is composed of a series combination of a three-phase reactor and a three-phase capacitor. The individual phases of the series combinations are connected to each other in a triangular manner, with each phase of the three-phase capacitor being connected in parallel with one phase of the three-phase choke with an iron core.

Zapojení podle vynálezu je ekonomicky výhodné, neboť umožňuje použití menšího počtu dílčích kondenzátorů tvořících trojfázový kondenzátor a takového trojfázového reaktoru, který má větší reaktanci, než je jeho reaktance potřebná pro vytvoření rezonančního obvodu. Postačuje, aby trojfázový reaktor byl dimenzován pouze pro proud první harmonické, neboť vyšší harmonické jsou zapojením podle vynálezu potlačeny.The circuitry of the invention is economically advantageous since it allows the use of fewer sub-capacitors forming a three-phase capacitor and a three-phase reactor having a greater reactivity than its reactance to form a resonant circuit. It is sufficient that the three-phase reactor is designed only for the first harmonic current, since the higher harmonics are suppressed by the circuit according to the invention.

Na připojeném výkresu je schematicky znázorněn příklad zapojení pro omezení vstupu vyšších harmonických proudů z jejich zdrojů do rozvodné napájecí sítě podle vynálezu. Uvedený příklad je určen pro elektrický pohon, například těžního stroje. Na obr. 1 je schéma zapojení, v němž je trojfázový reaktor zapojen do tří otevřených fází a trojfázový kondenzátor je zapojen do trojúhelníku. Trojfázová tlumivka se železným jádrem, připojená paralelně k trojfázovému kondenzátoru je zakreslena v zapojení do hvězdy. Na obr. 2 je znázorněno jiné provedení zapojení, kde trojfázový reaktor má každou svoji fázi v sérii s jednou fází trojfázového kondenzátoru, přičemž jsou tyto tři sériové kombinace vzájemně zapojeny do trojúhelníku. Každá fáze trojfázové tlumivky se železným jádrem je paralelně připojena ke každé fázi trojfázového kondenzátoru.The attached drawing schematically shows an example of a circuit for limiting the input of higher harmonic currents from their sources to the power supply grid according to the invention. The example is intended for electric propulsion, for example a hoisting machine. Fig. 1 is a circuit diagram in which the three-phase reactor is connected to three open phases and the three-phase capacitor is delta-connected. A three-phase choke with an iron core, connected in parallel to the three-phase capacitor, is drawn in a star connection. FIG. 2 shows another embodiment of the circuit in which the three-phase reactor has each phase in series with one phase of a three-phase capacitor, the three series combinations being connected to each other in a triangle. Each phase of the three-phase iron core reactor is connected in parallel to each phase of the three-phase capacitor.

Pro jednoduchost a lepší názornost jsou na obr. 1 kresleny trojfázové obvody jednopólově, kromě trojfázového kondenzátoru, jenž je znázorněn trojpólově. Obdobně je tomu na obr. 2, kde však je sériová kombinace trojfázového reaktoru a trojfázového kondenzátoru, jakož i trojfázová tlumivka se železným jádrem, zakreslena trojpólově.For the sake of simplicity and clarity, three-phase circuits are shown in a single-pole configuration, except for a three-phase capacitor, which is shown in three-pole configuration. The situation is similar in Fig. 2, where, however, the series combination of a three-phase reactor and a three-phase capacitor, as well as a three-phase choke with an iron core, is plotted three-pole.

Na rozvodnou napájecí síť 1 je přes vypínač 2 paralelně připojen první a druhý napájecí trojfázový transformátor 3A, 3B, z nichž každý je opatřen prvním a druhým sekundárním vinutím yO, dl. Ke každé dvojici těchto sekundárních vinutí yO, dl je připojen jeden nezakreslený dvanáctipulsní tyristorový měnič, jenž sestává ze dvou šestipulsních trojfázových tyristorových můstků.The first and second three-phase transformers 3A, 3B, each of which is provided with first and second secondary windings y0, d1, are connected in parallel to the mains network 1 via a switch 2. To each pair of these secondary windings y0, d1 is connected one undrawn twelve-pulse thyristor converter, which consists of two six-pulse three-phase thyristor bridges.

Na obr. 1 je uzel každého z obou napájecích trojfázových transformátorů 3A, 3B, vytvářející ze spojení do tří otevřených fází spojení do hvězdy, tvořen uzlem transfigurovaných kapacit trojfázového kondenzátoru 5, jež jsou zapojeny do hvězdy. Trojfázová tlumivka B se železným jádrem, zapojená paralelně k trojfázovému kondenzátoru 5, je zapojena do hvězdy.In FIG. 1, the node of each of the two power three-phase transformers 3A, 3B, forming the three-star connection of the star connection, is a node of the transfigured capacitors of the three-phase capacitor 5 that are connected to the star. The three-phase choke B with an iron core, connected in parallel to the three-phase capacitor 5, is star-connected.

Na obr. 2 je uzel každého z obou napájecích trojfázových transformátorů 3A, 3B, vytvářející ze spojení do tří otevřených fází spojení do hvězdy, tvořen uzlem transfigurovaných sériových kombinací jednotlivých fází trojfázového reaktoru 4 a trojfázového kondenzátoru 5, jež jsou zapojeny do hvězdy. Trojfázová tlumivka 6 se železným jádrem má každou svoji fázi připojenou paralelně k příslušné fázi trojfázového kondenzátoruIn Fig. 2, the node of each of the two power three-phase transformers 3A, 3B, forming the three-open connection of the star connection, is a node of the transfigured series combinations of the individual phases of the three-phase reactor 4 and the three-phase capacitor 5. The three-phase iron core choke 6 has each of its phases connected in parallel to the respective phase of the three-phase capacitor

5.5.

Funkce zapojení podle vynálezu je následující: z obou napájecích trojfázových transformátorů 3A, 3B pracuje vždy jenom jeden, a to podle požadovaného směru chodu elektrického pohonu, napájeného například z dvanáctipulsního tyristorového měniče, jehož jeden šestipulsní trojfázový tyristorový můstek je připnut na první sekundární vinutí yO, například prvního napájecího trojfázového transformátoru 3A a druhý šestipulsní trojfázový tyristorový můstek na druhé sekundární vinutí dl téhož transformátoru 3A. Druhý napájecí trojfázový transformátor 3B jde naprázdno. Zatěžování jednotlivých napájecích trojfázových transformátorů 3A, případně 3B se provádí řízením zapalovacích impulsů šestipulsních trojfázových můstků.The function of the circuit according to the invention is as follows: only one of the three-phase transformers 3A, 3B operates at a time, depending on the desired direction of operation of the electric drive, powered for example by a 12-pulse thyristor converter with one 6-pulse three-phase thyristor bridge. for example, a first power three-phase transformer 3A and a second six-pulse three-phase thyristor bridge on the second secondary winding of the same transformer 3A. The second three-phase transformer 3B is idling. The loading of the individual three-phase transformers 3A or 3B is performed by controlling the ignition pulses of the six-pulse three-phase bridges.

Reaktance trojfázového reaktoru 4 spolu s rozptylovou reaktanci pracujícího například prvního napájecího trojfázového transformátoru 3A tvoří spolu s trojfázovým kondenzátorem 5 sériový rezonanční obvod, který je vyladěn do rezonance pro první harmonickou, takže jeho impedance je nulová a funguje proto pro první harmonickou jako vodivé kovové spojení. Jestliže se trojfázový kondenzátor 5 vytvoří z dílčích trojfázových kondenzátorů, například pro kompenzaci účiníku pro 6 kV, musí být napětí na každé jeho fázi voleno tak, aby i při zvýšeném, například dvojnásobném jmenovitém primárním proudu trojfázového transformátoru 3A, respektive 3B, odpovídajícím zvýšenému, například dvojnásobnému rozběhovému proudu těžního motoru, bylo s dostatečnou rezervou nižší, než je jmenovité napětí trojfázového kondenzátoru 5, tj. například 6 kV.The reactance of the three-phase reactor 4 together with the dissipation reactance operating, for example, of the first three-phase power transformer 3A, together with the three-phase capacitor 5, forms a series resonant circuit which is tuned to resonance for the first harmonic so its impedance is zero. If the three-phase capacitor 5 is formed from three-phase capacitors, for example to compensate for a power factor of 6 kV, the voltage at each phase must be selected such that even at an increased, for example double the rated primary current of the three-phase transformer 3A and 3B respectively. twice the starting current of the hoisting motor, with a sufficient margin below the rated voltage of the three-phase capacitor 5, i.e. 6 kV, for example.

Poněvadž se ale výkon kondenzátoru mění se čtvercem napětí, klesne pak pracovní výkon trojfázového kondenzátoru 5 značně pod jmenovitou hodnotu výkonu při 6 kV. .However, since the capacitor power varies with the square of the voltage, the operating power of the three-phase capacitor 5 drops significantly below the rated power at 6 kV. .

Pro potřebný výkon trojfázového kondenzátoru 5 v rezonančním sériovém obvodu byl by pak potřebný velký počet dílčích kondenzátorů, z nichž každý pracuje se sníženým napětím, čili s malým výkonem.For the required power of the three-phase capacitor 5 in the resonant series circuit, a large number of partial capacitors, each operating at a reduced voltage, or low power, would then be required.

Jestliže se trojfázový kondenzátor zapojí do trojúhelníku, bude na každé jeho fázi V3-krát vyšší napětí než provozní fázové a vzhledem ke kvadratické závislosti výkonu kondenzátoru na napětí bude jeho výkon trojnásobný než při řazení trojfázového kondenzátoru do hvězdy.If a three-phase capacitor is connected to a delta, each phase will have V3 times the voltage of the operating phase and, due to the quadratic voltage-to-voltage dependence of the capacitor, will triple the capacitance of the three-phase capacitor.

V důsledku toho stačí pak pro vytvoření potřebného trojfázového kondenzátoru 5 sériového rezonančního obvodu jen třetinový počet dílčích trojfázových kondenzátoru, než při jejich řazení do hvězdy.Consequently, only one third of the three-phase capacitors of the series resonant circuit is sufficient to produce the necessary three-phase capacitor 5 of the series resonant circuit than when they are star-wise.

Při zapojení podle obr. 2, kdy i trojfázový reaktor 4 doplňující rozptylovou reaktanci trojfázového transformátoru 3A nebo 3B tvoří spolu s příslušným trojfázovým kondenzátorem 5 jednotlivé fáze trojúhelníku, vzniká výhoda v tom, že potřebná reaktance sériového rezonančního obvodu je docílena třikrát větší reaktanci, než při zapojení trojfázového reaktoru 4 do otevřených fází.In the connection according to FIG. 2, when the three-phase reactor 4 supplementing the scattering reactance of the three-phase transformer 3A or 3B together with the respective three-phase capacitor 5 forms individual phases of the triangle, the advantage is that the required reactance of the series resonant circuit is three times more reactive than connecting the three-phase reactor 4 to the open phases.

Sériový rezonanční obvod, vyladěný do rezonance pro první harmonickou, má pro harmonické n-tého řádu výslednou reaktanci X_n = Xt . j, kde Xj je reaktance trojfázového reaktoru 4 nebo trojfázového kondenzátoru 5 pro první harmonickou. Tím se klade vyšším harmonickým proti proniknutí do rozvodné sítě veliká reaktance, která je nepropustí.The series resonance circuit tuned to the resonance for the first harmonic has the resulting reactance X _n = Xt for the nth order harmonic. j, where Xj is the reactance of the three-phase reactor 4 or the three-phase capacitor 5 for the first harmonic. In this way, a high reactance is placed against the penetration of the grid, which does not let them through.

Přitom zařízení podle vynálezu neklade první harmonické žádnou reaktanci, takže při změně zatížení nevznikají nežádoucí úbytky napětí.In this case, the device according to the invention does not impose any reactance on the first harmonic, so that undesired voltage drops do not occur when the load is changed.

Okolnost, že primární vinutí nezatíženého napájecího trojfázového transformátoru, například 3B, zůstává paralelně připojeno k primárnímu vinutí zatíženého napájecího trojfázového transformátoru, například 3A, nemá na funkci vynálezu vliv pro vysokou magnetizační reaktanci primárního vinutí nezatíženého trojfázového transformátoru, která prakticky neovlivňuje rozptylovou reaktanci napájecího trojfázového transformátoru 3A.The fact that the primary winding of the unloaded three-phase transformer, for example 3B, remains parallel connected to the primary winding of the loaded three-phase transformer, for example 3A, does not affect the function of the invention for high magnetization reactance 3A.

Vložení sériového rezonančního obvodu za primární vinutí obou napájecích trojfázových transformátorů 3A, 3B ve směru od rozvodné napájecí sítě 1, má současně tu výhodu, že proti zemi je možné obě součásti sériového rezonančního obvodu izolovat jen na fázové napětí sítě, která pracuje buď s izolovaným nulovým bodem nepřímo uzemněným přes zhášecí cívku, protože v případech zemního spojení v síti se na těchto součástech objeví jen fázové napětí sítě, nikoliv napětí sdružené.Inserting a series resonant circuit behind the primary winding of both three-phase transformers 3A, 3B in the direction away from the power grid 1 has the advantage that both components of the series resonant circuit can only be isolated against ground to a line voltage that works with either a point indirectly grounded through the arc coil, since in the event of a ground fault in the mains, only the mains phase voltage, not the line voltage, will appear on these components.

Aby v případě zkratu, například při proboření tyristorového měniče na sekundární straně jednoho z trojfázových transformátorů 3A nebo 3B nevznikl na trojfázovém kondenzátoru 5 pro něj nebezpečný úbytek napětí, je paralelně k tomuto kondenzátoru 5 připojena trojfázová tlumivka B se železným jádrem, která se přesytí při napětí, které trojfázový kondenzátor 5 ještě bezpečně snese, takže jej při vyšším napětí prakticky přemostí a zabrání jeho proražení. Trojfázová tlumivka 6 se železným jádrem může mít malou typovou velikost, neboť celé zařízení je v zápětí po vzniku zkratu odpojeno nadproudovou ochranou, tj. vypínačem 2.In the event of a short-circuit, for example when a thyristor transducer on the secondary side of one of the three-phase transformers 3A or 3B does not cause a dangerous voltage drop on the three-phase capacitor 5, an iron-core three-phase choke B is connected in parallel. which can safely withstand the three-phase capacitor 5, so that it is virtually bypassed at a higher voltage and prevents its breakage. The three-phase choke 6 with an iron core can be of a small size, since the whole device is disconnected immediately after the occurrence of a short circuit by an overcurrent protection, ie a switch 2.

Claims

SUBJECT

Wiring for limiting the entry of higher harmonic currents into a grid, consisting of one or two power three-phase transformers, a three-phase reactor, a three-phase capacitor and a three-phase iron core choke, characterized in that the primary winding of the first three-phase power transformer (3A) or the power three-phase transformer (3B) is connected to three open phases, wherein the primary winding node of the first power three-phase transformer (3A) or the primary winding node of the second power three-phase transformer (3B) is a serial resonant circuit composed of a three-phase reactor of three open phases and of a three-phase capacitor (5) connected in a delta, at the same time this series resonant circuit together with the scattering relays is the action of the first three-phase transformer (3A) ) and possibly the second three-phase transformer (3B) tuned to resonance for the first harmonic power supply network (1) and at the same time a three-phase iron core reactor (6) is connected to the three-phase capacitor (5).

2. The circuit for limiting the input of higher harmonic currents from their sources to the grid according to claim 1, characterized in that the series resonant circuit consists of a series combination of a three-phase reactor (4) and a three-phase capacitor (5). a three-phase inductor (6) with an iron core is connected in parallel to each phase of the three-phase capacitor (5).

1 drawing