DE2456895A1

DE2456895A1 - Phasenkompensationsanordnung

Info

Publication number: DE2456895A1
Application number: DE19742456895
Authority: DE
Inventors: Kjell Dipl Ing Frank
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-12-13
Filing date: 1974-12-02
Publication date: 1975-06-26
Also published as: DE2456895B2; DE2456895C3; CA1030605A; CH574182A5; US3932808A; SE7316835L; GB1484938A; SE378719B

Description

Patentanwälte

Dipl.-lng. Helmut M iss ling 63 Giessen 7. 11. 1974

Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

Dr.-lng. Joachim Boecker Telefon: C064D 71O19

Boe/Prs 12.263

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Phasenkompensationsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Phasenkompensationsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Phasenkompensationsanordnung der genannten Art zu entwickeln, bei welcher die Nennleistung und die Verluste des Transformators wesentlich niedriger sind als bei den bekannten Phasenkompensationsanordnungen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Phasenkompensationsanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteranSprüchen.

Bei der Phasenkompensationsanordnung nach der Erfindung sind bei gegebener Eompensationsleistung die Anschaffungskosten und

"S09826/-02&7 - 2 -

die Betriebskosten wesentlich, niedriger als bei der bekannten Phasenkompensationsanordnung.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1a eine bekannte Kompensationseinrichtung,

Fig. 1b ein Leistungsdiagramm der bekannten Anordnung nach Fig. 1a,

Fig. 2a eine Phasenkompensationseinrichtung nach, der Erfindung,

Fig. 2b und 2c Leistungsdiagramme der Anordnung nach der Erfindung.

Zum Verständnis der Erfindung werden zunächst die Verhältnisse bei der bekannten Phasenkompensationsanordnung gemäß Fig. 1a beschrieben.

An ein Wechselspannungsnetz 1 ist eine Kondensatorbatterie C auge schlossen. An das Netz ist über einen Transformator TR ferner eine Drosselspule R angeschlossen. Der Strom durch die Drosselspule kann kontinuierlich zwischen Null und Nennstrom durch. Phasenwinkel steuerung der in Reihe mit der Drosselspule liegenden, antiparallel geschalteten Thyristoren 2 und 3 gesteuert werden. Der Transformator transformiert die Netzspannung auf einen für die Thyristoren und die Drosselspule zweckmäßigen, niedrigeren Wert.

509 826/0287

Anordnungen dieser Art dienen dazu, den Blindleistungsbedarf von" an das Netz angeschlossenen Verbrauchern zu kompensieren. Die Kondensatorbatterie C erzeugt eine Blindleistung, so daß die dem Netz entnommene Blindleistung herabgesetzt wird. In der Regel schwankt der Blindleistungsbedarf der Verbraucher, und es besteht daher der Wunsch, die Phasenkompensationsanordnung dem veränderlichen Blindleistungsbedarf anpassen zu können. Dies ist mit der bekannten Anordnung gemäß Pig. Ta möglich. Die Punktion dieser bekannten Anordnung ist in Pig. 1b gezeigt. Es wird angenommen, daß der Blindleistungsbedarf der Verbraucher zwischen Null und einem Maximalwert Q variiert. Will man in jedem Augenblick eine volle Kompensation erreichen, werden die Nennleistungen (Nennspannung χ Nennstrom) der Kondensatorbatterie und der Drosselspule gleich (D „ gewählt. Pig. 1b zeigt die Blindleistungen Q^ bzw. Q^ der Kondensatorbatterie und des Reaktors als Punktion der von der Kompensationsanordnung erzeugten Ge samtblindleistung Q^. Die durch den Transformator fließende Blindleistung Q_T-nist natürlich gleich Q_R, und die Dimensionsleistung des Transformators wird Q .Im allgemeinen wird Q^ niedriger sein als Q__„, in gewissen typischen Betriebsfällen (beispielsweise Kompensation von Lichtbogenöfen) bedeutend niedriger. In der Regel fließt daher eine bedeutende leistung (Qmn) durch den Transformator, dessen Verluste deshalb verhältnismäßig hoch werden.

Bei der Anordnung in Pig. 2a ist gemäß der Erfindung die Drosselspule R über die beiden antiparallel geschalteten Thyristoren 2 und und den Transformator TR an das Netz 1 angeschlossen. Die Konden-

509826/0287

-A-

satorbatterie besteht aus einem ersten Teil C., der an die Hochspannungsseite des Transformators angeschlossen ist, und einem zweiten Teil Cp,-der an die Niederspannungsseite des Transformators angeschlossen ist. Wie bei Erläuterung der Pig. 1 erwähnt, nimmt man an, daß der maximale Bedarf an Kompensationsblindleistung Q „ist und daß die gesamte erzeugte Blindleistung (Qm) zwischen Null und Q_max variabel sein soll. Die Nennleistung eines jeden Teilkondensators C, und C₂ kann dann gleich 0,5 Q ^. gewählt werden, und die Nennleistung der Drosselspule E wird mit Q gewählt

Fig. 2b zeigt die durch die Drosselspule (Q_R)> die Kondensatorbatterien (Q_n , Q_n ) und den Transformator (Q_mD) fließende o.. un& ΐ/η -L-K

Blindleistung als Funktion der gesamten erzeugten Blindleistung Q_m. Wie man aus dem Diagramm ersieht, beträgt Qm-n maximal 0,5 Q .'Die Nennleistung des Transformators braucht daher nur diesen Wert zu haben. Der Transformator braucht also nur für die halbe Nennleistung ausgelegt zu werden, wie der Transformator in der bekannten Anordnung gemäß Fig. 1. Hierdurch werden Anschaffungspreis und Platzbedarf der Kompensationsanordnung wesentlich herabgesetzt.

Q_m wird gewöhnlich mehr oder weniger zufällig variieren und nur selten bei den Extremwerten Null oder Q liegen. In der Hegel wird daher die durch den Transformator fließende Leistung Qn₁₁-, wesentlich unter 0,5 Q^₀„ liegen. Sie kann während eines großen Teils der Zeit verhältnismäßig nahe bei Null liegen. Da die BelasturgE Verluste des Transformators dem Quadrat von Q_TR proportional sind,

509826/0287 - 5 -

erzielt man bei der Anordnung gemäß der Erfindung eine sehr starke Herabsetzung der Transformatorverluste und damit der Betriebskosten der Anordnung.

Oben wurde angenommen, daß C, und Cp gleiche Nennleistungen haben. In gewissen Fällen, z.B. wenn die Last B aus einem Lichtbogenofen besteht, liegt der Bedarf an Kompensationsleistung (Qm) während des größten Teils der Zeit bei einem Wert unterhalb 0,5

Q .Qm erreicht nur selten und während kurzer Perioden den max χ

Wert Q .Es kann dann vorteilhaft sein, die Nennleistung von O₀ etwas höher als 0,5 Q^_0v, z.B. 0,6 Q_moir, und die Nennleistung von C. entsprechend niedriger, also 0,4 Q _χ zu wählen. In Pig. 2c sind die Leistungsverhältnisse für diesen Fall gezeigt. Wie man sieht, wird Q_mT> = Q~ - Q_n Null sein, wenn Q^ =

±x\- ο

0,4 Q ist. Die maximale Leistung über den Transformator wird hier'etwas größer (0,6 Q ) als bei der Dimensionierung gemäß Fig. 2b. Da die Maximalleistung nur selten und kurzzeitig auftritt, braucht die Nennleistung des Transformators nicht höher als 0,5 Qmax zu sein, unter der Voraussetzung, daß dessen Überlastfähigkeit groß genug ist.

Wie aus den vorgenannten Beispielen hervorgeht, wird die Nennleistung des Transformators am niedrigsten, wenn die Nennleistung der Kondensatorbatterie C_? die Hälfte der Nennleistung der Drosselspule R beträgt. Dagegen werden die Transformatorverluste am niedrigsten, wenn C₂ so gewählt wird, daß Qm_R während eines möglichst großen Teils der Betriebszeit so nahe wie möglich bei Null liegt. Die Dimensionierung von Cp wird daher dadurch be-

509826/0287 ~ ⁶ "

stimmt, wie die Transformatorverluste und Anschaffungskosten in jedem einzelnen Fall bewertet werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß in der Praxis die bestmöglichen Resultate erzielt werden, wenn die Nennleistung von Cp das 0,3- Ms 0,7-fache der Nennleistung der Drosselspule R beträgt.

Wie aus dem Vorangehenden hervorgeht, wird die gesamte Nennleistung der Kondensatorbatterien vom maximalen Bedarf an Kompensationsleistung bestimmt. Die Nennleistung der Drosselspule wird von der Größe des Intervalls bestimmt, in dem man die Kompensationsleistung steuern zu können wünscht. Die Nennleistung der auf der Niederspannungsseite des Transformators angeschlossenen Kondensatorbatterie Cp wird von der Nennleistung des Reaktors bestimmt und beträgt, wenn nur auf die Verkleinerung der Nennleistung des Transformators Rücksicht genommen wird, die Hälfte der Nennleistung der Drosselspule. Die Nennleistung der auf der Hochspannungsseite des Transformators angeschlossenen Kondensatorbatterie C. ist gleich dem Unterschied zwischen dem maximalen Bedarf an Kompensationsleistung und der Nennleistung der Kondensatorbatterie Cp. Wenn beispielsweise der maximale Bedarf an Kompensationsleistung 1 IiIVA ist und man die Leistung zwischen 0,4 und 1 MVA steuern zu können wünscht, so wird die Nennleistung der Drosselspule mit 0,6 MVA gewählt. Die Nennleistung der Kondensatorbatterie Cp kann dann mit z.B. 0,3 MVA gewählt werden, was die niedrigstmögliche Nennleistung des Transformators (0,3 MVA) ergibt. Die Nennleistung der Kondensatorbatterie C₁ wird dann 1 - 0,3 = 0,7 MVA.

509a26/0287

Anstelle der Drosselspule E und der pliasenwinkelge steuerten Ventile 2 und 3 können auch andere Arten steuerbarer induktiver Elemente verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist eine Drosselspulenbatterie -j wo jede Drosselspule mit Hilfe eines mechanischen Schalters oder eines Halbleiterschalters zu- und abgeschaltet werden kann. Ein anderes Beispiel ist ein Stromrichter, dessen Gleichstromseite über eine Drosselspule kurzgeschlossen ist und der mit einem Steuerwinkel von nahezu 90° betrieben wird.

S0982 6/Ö267

Claims

/ 1.lPhasenkompensationsanordnung zum Anschluß an ein Wechselspannung snetz, bestehend aus einer Kondensatorbatterie und einer über einen hochtransformierenden Transformator ans Netz angeschlossenen verstellbaren Induktivität, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorbatterie aus zwei Teilkondensatorbatterien besteht, von denen die eine (C₁) unmittelbar ans Netz (1) und die andere (Cp) über den Transformator (TR) ans Netz angeschlossen ist.
2. Phasenkompensationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die G-esamtnennleistung der Kondensatorbatterie im wesentlichen genauso groß ist wie die maximale Blindleistung der Induktivität R.
3. Phasenkompensationsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung der zweiten Teilkondensatorbatterie (C₂) das 0,3- bis 0,7-fache der maximalen Blindleistung der Induktivität R beträgt.
4. Phasenkompensationsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung der zweiten Teilkondensatorbatterie (C₂) halb so groß wie die maximale Blindleistung der Induktivität R ist.
5. Phasenkompensationsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilkondensatorbatterien (C₁i C₂) im wesentlichen gleich große Nennleistungen haben.

50982,6/028 7