DE2456895B2

DE2456895B2 - Phasenkompensationsanordnung

Info

Publication number: DE2456895B2
Application number: DE19742456895
Authority: DE
Inventors: Kjell Dipl Ing Vasteraas Frank (Schweden)
Original assignee: ASEA AB, Vasteraas (Schweden)
Priority date: 1973-12-13
Filing date: 1974-12-02
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DE2456895C3; CH574182A5; GB1484938A; DE2456895A1; US3932808A; SE7316835L; CA1030605A; SE378719B

Description

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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 so 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 Kompensationsleistung die Anschaffungskosten und die Betriebskosten wesentlich niedriger als bei der bekannten Phasenkompensationsanordnung.

Anhand der Figuren sol! die Erfindung näher beschrieben werden. Es zeigt

F i g. la eine bekannte Kompensationseinrichtung,

Fig. Ib ein Leistungsdiagramm der bekannten Anordnung nach F i g. 1 a,

F i g. 2a eine Phasenkompensationseinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2b und 2c Leistungsdiagramme der Anordnung nach der Erfindung.

Zum Verständnis der Erfindung werden zunächst die Verhältnisse bei der bekannten Phasenkompensationsanordnung gemäß F i g. ι a beschrieben.

An ein Wechselspannungsnetz I₁ das die Last ß speist, ist eine Kondensatorbatterie C angeschlossen. An das Netz ist über einen Transformator 77? ferner eine Drosselspule R angeschlossen. Der Strom durch die Drosselspule kann kontinuierlich zwischen Null und Nennstrom durch Phasenanschnittsteuerung 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.

Anordnungen dieser Art dienen dazu, den Bündleistungsbedarf 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 Biindleistungsbedarf anpassen zu können. Dies ist mit der bekannten Anordnung gemäß F i g. 1 a möglich. Die Funktion dieser bekannten Anordnung ist in Fig. Ib geneigt. Es wird angenommen, daß der Blindleistungsbedarf Q der Verbraucher zwischen Null und einem Maximalwert Q_msx variiert. Will man in jedem Augenblick eine volle Kompensation erreichen, werden die Nennleistungen (Nennspannung χ Nennstrom) der Kondensatorbatterie und der Drosselspule gleich Q_max gewählt. Fig. Ib zeigt die Blindleistungen Qc bzw. Q_R der Kondensatorbatterie und der Drosselspule als Funktion der von der Kompensationsanordnung er zeugten Gesamtleistung Qt. Die durch den Transformator fließende Blindleistung Qtr ist natürlich gleich Qr, und die Bauleistung des Transformators wird Qmax· Im allgemeinen wird Q_T niedriger sein als Qmax, in gewissen typischen Betriebsfällen (beispielsweise Kompensation von Lichtbogenofen) bedeutend niedriger. In der Regel fließt daher eine bedeutende Leistung Qtr durch den Transformator, dessen Verluste deshalb verhältnismäßig hoch werden.

Bei der Anordnung in Fig.2a ist ebenfalls die Drosselspule R über die beidtn antiparallel geschalteten Thyristoren 2 und 3 und den Transformator TR an das Netz 1 angeschlossen. Die Kondensatorbatterie besteht gemäß der Erfindung aus einem ersten Teil Q, der an die Hochspannungsseite des Transformators angeschlossen ist, und einem zweiten Teil C₂, der an die Niederspannungsseite des Transformators angeschlossen ist. Wie bei Erläuterung der F i g. 1 erwähnt, nimmt man an, daß der maximale Bedarf an Kompensationsblindleistung Qmtx ist und daß die gesamte erzeugte Blindleistung Qr zwischen Null und Q_m„ variabel sein soll. Die Nennleistung eines jeden Teilkondensators Ci und C₂ kann dann gleich 0,5 Q_mtx gewählt werden, und die Nennleistung der Drosselspule R wird mit Q_m,_x gewählt.

Fig.2b zeigt die: durch die Drosselspule (Qr), die Kondensatorbatterien (Qq und Qc₂) und den Transformator (Qtr) fließende Blindleistung als Funktion der gesamten erzeugten Blindleistung Qt. Wie man aus dem Diagramm ersieht, beträgt Qtr maximal 0,5 Q_mu. 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

Qt wird sich gewöhnlich mehr oder weniger zufällig ändern und nur selten bei den extremwerten Null oder Qm( liegen. In der Regel wird daher die durch den Transformator fließende Leistung Qtr wesentlich unter 0,5 Q_max liegen. Sie kann während eines großen Teils der Zeit verhältnismäßig nahe bei Null liegen. Da die Belastungsverluste des Transformators dem Quadrat von Qtr proportional sind, erzielt man bei der Anordnung gemäß der Erfindung eine sehr starke Herabsetzung der Transformatorverluste und damit der Betriebskosten der Anordnung.

Oben wurde angenommen, daß die Kondensatorbatterien Ci und C₂ gleiche Nennleistungen haben. In gewissen Fällen, z. B. wenn die Last B aus einem Lichtbogenofen besteht, liegt der Bedarf an Kompensationsleistung Qt während des größten Teils der Zeit bei einem Wert unterhalb 0,5 Q_max ■ Q_T erreicht nur selten und während kurzer Perioden den Wert Q_max. Es kann dann vorteilhaft sein, die Nennleistung von Ci etwas höher als 0,5 Q_max, z. B. 0,6 Q_max, und die Nennleistung von Ci entsprechend niedriger, also 0,4 Q_max zu wählen. In Fi g. 2c sind die Leistungsverhältnisse für diesen Fall gezeigt. Wie man sieht, wird Q_Tr = Qc₂-Qr Null sein, wenn Qt = 0,4 Q_max ist. Die maximale Leistung über den transformator wird hier etwas größer (0,6 Q_max) als bei der Dimensionierung gemäß F i g. 2b. Da dk Maximalleistung nur selten und kurzzeitig auftritt, braucht die Nennleistung des Transformators nicht höher als 0,5 Q_max 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 Ci die Hälfte der Nennleistung der Drosselspule R beträgt. Dagegen werden die Transformatorverluste am niedrigsten, wenn Ci so gewählt wird, daß Qtr während eines möglichst großen Teils der Betriebszeit so nahe wie möglich bei Null liegt. Die Dimensionierung von C₂ wird daher dadurch bestimmt, 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 Ci das 03- bis 0,7fache 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 will. Die Nennleistung der auf der Niederspannungsseite des Transformators angeschlossenen Kondensatorbatterie Ci wird von der Nennleistung der Drosselspule R 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 Ci ist gleich dem Unterschied zwischen dem maximalen Bedarf an Kompensationsleistung und der Nennleistung der Kondensatorbatterie Ci. Wenn beispielsweise der maximale Bedarf an Kompensationsleistung 1 MVA ist und man die Leistung zwischen 0,4 und 1 MVA steuern will, so wird die Nennleistung der Drosselspule zu 0,6 MVA gewählt. Die Nennleistung der Kondensatorbatterie C₂ kann dann z. B. zu 03 MVA gewählt werden, was die niedrigstmögliche Nennleistung des Transformators (0,3 M VA) ergibt. Die Nennleistung der Kondensatorbatterie Ci wird dann 1—03 = 0,7 M VA.

Anstelle der Drosselspule R und der phasenanschnittgesteuerten Thyristoren 2 und 3 können auch andere Arten steuerbarer induktiver Elemente verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist eine Drosselspulenbatterie, 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Phasenkompensationsanordnung zum Anschluß an ein Wechselspannungsnetz, bestehend aus einer Kondensatorbatterie und einer über einen hochtransformierenden Transformator ans Netz angeschlossenen verstellbaren Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorbatterie aus zwei Teilkondensatorbatterien besteht, von denen die eine (Q) unmittelbar ans Netz (1) und die andere (C₂) über den Transformator (TR) ans Netz angeschlossen ist.

2. Phasenkompensationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtnennleistung der Kondensatorbatterie im wesentlichen genauso groß ist wie die maximale Blindleistung der Drosselspule R.

3. Phasenkompensationsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung der zweiten Teiikondensatorbatterie (C₂) das 0,3- bis 0,7fache der maximalen Blindleistung der Drosselspule R beträgt.

4. Phasenkompensationsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung der zweiten Teilkondensatorbatterie (C₂) halb so groß wie die maximale Blindleistung der Drosselspule R ist.

5. Phasenkompensationsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilkondensatorbatterien (Q, C₂) im wesentlichen gleich große Nennleistungen haben.