DE2456895C2 - Anordnung zur Kompensation von induktiver Blindleistung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anordnung ist bekannt aus der Druckschrift »Elektrowärme international« 1972, S. B 268, Fig. 2a.

Mit einer Kompensationsanordnung der obenge- 40 nannten Art ist es möglich, den von den Verbrauchern des Netzes benötigten Blindstrom zu erzeugen und schnell an die Variationen dieses Blindstrombedarfes anpassen zu können.

Aus der Druckschrift »Elektrowärme international« 45 1972, Seite B 268, Fig. 1 ist eine Kompensationsanordnung bekannt, in der sämtliche Blindwiderstände aus Kondensatoren bestehen. Damit die Blindstromerzeugung dieser Anordnung gesteuert werden kann, ist ein Teil dieser Kondensatoren über Thyristoren an das 50 Netz angeschlossen. Da die Thyristoren nur eine geringe Betriebsspannung aufnehmen können, ist zwischen die Thyristoren und das Netz ein Transformator geschaltet, der die Hochspannung des Netzes auf einen für die Thyristoren geeigneten Wert herabsetzt. 55 Jede der schaltbaren Teilkapazitäten ist über eine Thyristoranordnung an die Niederspannungsseite dieses Transformators angeschlossen.

Aus dem Buch von Brödner, Wolf »Elektrotechnik im Betrieb«, 6. Auflage, Seite 170—174 ist der allgemeine 60 Grundsatz entnehmbar, daß ein Kondensator zur Kompensation (Erzeugung) des von einem Verbraucher benötigten Blindstromes im Zuge des den Verbraucher versorgenden Netzes so nahe wie möglich an den Blindstromverbraucher herangelegt wird, um das Netz 65 und seine Bauteile von dem Blindstrom zu entlasten.

Aus der US-PS 35 51 799 ist eine Anordnung bekannt, in der ein Blindstrom benötigender Verbraucher (Lichtbogenofen) über ein Niederspannungsnetz gespeist wird, welches seinerseits über einen Transformator an ein Hochspannungsnetz angeschlossen ist Um die Spannungsschwankungen im Hochspannungsnetz durch den vom Lichtbogenofen benötigten veränderlichen Blindstrom zu beseitigen, sind an das Niederspannungsnetz Induktivitäten über Thyristoren angeschlossen. Diese Thyristoren werden so gesteuert, daß der gesamte Blindleistungsbedarf des Niederspannungsnetzes konstant ist unabhängig von dem augenblicklichen Verbrauch des Lichtbogenofens. In dieser Druckschrift ist ferner angegeben, daß zur Kompensation des konstanten Blindstromes im Hochspannungsnetz eine konstante Kapazität entweder auf der Hochspannungsseite oder Niederspannungsseite des zwischen den beiden Netzen befindlichen Transformators angeschlossen werden kann.

Aus der DE-PS 10 80 214 ist zunächst eine Anordnung bekannt bei der ein nicht verstellbarer Kondensator auf der Niederspannungsseite unmittelbar parallel zu einem Blindstrom benötigenden Verbraucher geschaltet ist Um die Hochspannungsseite des Netzes auch zur Übertragung von Nachrichten mittels tonfrequenter Signale verwenden zu können, ohne daß diese Signalübertragung allzu stark durch die niederspannungsseitige Kompensationskapazität beeinträchtigt wird, wird in dieser Druckschrift gelehrt den parallel zum Blindstromverbraucher liegenden Kondensator zu verkleinern und dafür zusätzlich einen Reihenkondensator auf der Oberspannungsseite des Netztransformators einzufügen. Hierdurch wird eine Erhöhung der tonfrequenten Eingangsimpedanz vom Hochspannungsnetz her erreicht und zugleich eine Anhebung der Netzspannung auf der dem Hochspannungsnetz abgekehrten Seite des Reihenkondensators.

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

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Kompensationsanordnung nach der Erfindung sind bei gegebener Kompensationsleistung die Anschaffungskosten und die Betriebskosten wesentlich niedriger als bei der bekannten Kompensationsanordnung.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 eine bekannte Kompensationsanordnung,

Fig. Ib ein Leistungsdiagramm der bekannten Anordnung nach Fig. la,

Fig.2a eine Kompensationsanordnung 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 Kompensationsanordnung gemäß Fig. la beschrieben.

An ein Wechselspannungsnetz 1, das die Last S speist, ist eine Kondensatorbatterie C angeschlossen. 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 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 Blindleistungsbedarf von an das Netz angeschlossenen Verbrauchern zu kompensieren. Die Kondensatorbatterie C erzeugt eine Blindleistung, so daß die dem Netz entnommene Ulindleistung herabgesetzt wird. In der Regel schwankt der Blindleistungsbedarf der Verbraucher, und es besteht daher der Wunsch, die Kompensationsanordnung dem veränderlichen Blindleistungsbedarf 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 gezeigt Es wird angenommen, daß der induktive Blindleistungsbedarf Q der Verbraucher zwischen Null und einem Maximalwert Q_max 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. Qr der Kondensatorbatterie und der Drosselspule als Funktion der von der Kompensationsanordnung erzeugten Gesamtleistung Qt- Die durch den Transformator fließende Blindleistung Qtr ist natürlich gleich Qr, und die Bauleistung des Transformators wird Q_max. Im allgemeinen wird Qt 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 beiden antiparallel geschalteten Thyristoren 2 und 3 und den Transformator TR an das Netz 1 angeschlossen. Erfindungsgemäß ist außer der ans Netz angeschlossenen ersten Kondensatorbatterie to Ci eine zweite Kondensatorbatterie Cj vorgesehen, die an der Niederspannungsseite des Transformators TR angeschlossen ist. Wie bei Erläuterung der F i g. 1 erwähnt, nimmt man an, daß der maximale Bedarf an Kompensationsblindleistung Q_max ist und daß die *5 gesamte erzeugte Blindleistung Qt zwischen Null und Qmax variabel sein soll. Die Nennleistung einer jeden Kondensationsbatterie G und Ci kann dann gleich 0,5 Qmax gewählt werden, und die Nennleistung der Drosselspule R wird mit Q_max gewählt.

F i g. 2b zeigt die durch die Drosselspule (Qr), die Kondensatorbatterien (Qc\ und Qc₂) und den Transformator (Qtr) fließenden Blindleistungen als Funktion der gesamten erzeugten Blindleistung Qt. Wie man aus dem Diagramm ersieht, beträgt Qtr maximal 0,5 Q_max. Die Nennleistung des Transformators braucht daher nur diesen Wert zu haben. Der Transformator braucht also nur für die halbe Nennleistung ausgelegt m werden gegenüber derjenigen des Transformators 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 extremen Werten Null oder Q_max 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 derTransformatorverJuste und damit der Betriebskosten der Anordnung.

Oben wurde angenommen, daß die Kondensatorbatterien Ci und Ci 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 ■ Qt erreicht nur selten und während kurzer Perioden den Wert Qmax- 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 F i g. 2c sind die Leistungsverhältnisse für diesen Fall gezeigt Wie man sieht, wird Qtr^Qq—Qr Null sein, wenn Qr= 0,4 Qm_3x ist Die maximale Leistung über den Transformator wird hier etwas größer (0,6 Qmax) als bei der Dimensionierung gemäß F i g. 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 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 0,3- 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 Ci kann dann z. B. zu 0,3 MVA gewählt werden, was die niedrigstmögliche Nennleistung des Transformators (0,3 MVA) ergibt. Die Nennleistung der Kondensatorbatterie C, wird dann 1 —0,3 = 0,7 MVA.

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 (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Kompensation von induktiver Blindleistung in einem Wechselstromnetz zur s Erzeugung einer steuerbaren kapazitiven Blindleistung, enthaltend eine dauernd unmittelbar parallel ans Netz angeschlossene Kondensatorbatterie (Ci) und eine über einen mit seiner Hochspannungswicklung am Netz (1) liegenden Transformator (TR) ίο angeschlossene Drosselspule (R) mit steuerbarer Blindleistung, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kondensatorbatterie (C₂) über den Transformator (TR) ans Netz angeschlossen ist, deren Nennleistung das 03- bis 0,7fache der maximalen Blindleistung der Drosselspule (R) beträgt

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtnennleistung beider Kondensatorbatterien (C\ und C₂) im wesentlichen 20 genauso groß ist wie die maximale Blindleistung der Drosselspule (R).

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung der zweiten Kondensatorbatterie (C₂) halb 25 so groß ist wie die maximale Blindleistung der Drosselspule (R).

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kondensatorbatterien (Cu C₂) im wesentlichen 30 gleich große Nennleistungen haben.