PL223190B1 - Układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości wraz z filtracją kilku wyższych harmonicznych w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją kilku wyższych harmonicznych, w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia w zastosowaniu do sieci elektroenergetycznych średnich napięć, zasilających odbiorców, którzy generują do sieci elektroenergetycznej wyższe harmoniczne prądów pochodzące od falowników, prostowników, sprzętu elektronicznego i oświetlenia.

Odbiorcy indywidualni nie mają obowiązku kompensacji mocy biernej i filtracji wyższych harmonicznych. Dystrybutorzy energii elektrycznej muszą sami kompensować i filtrować wyższe harmonic zne. Realizują to najczęściej w stacjach 110/15 kV (wysokiego na średnie napięcie). Kompensacja mocy biernej podstawowej harmonicznej przy braku dławików ochronnych, w sieci, w której występują wyższe harmoniczne, może doprowadzić do wystąpienia rezonansu prądowego. Rezonans może doprowadzić do wzmocnienia wyższych harmonicznych i w konsekwencji do uszkodzenia służących do kompensacji kondensatorów i innych urządzeń.

W ostatnim czasie coraz istotniejszym problemem w sieciach zasilających budynki mieszkalne stają się: kompensacja mocy biernej oraz rozprzestrzenianie się wyższych harmonicznych. Znaczącym źródłem harmonicznych są zasilacze komputerowe oraz oświetleniowe lampy wyładowcze. Są to odbiorniki nieliniowe i małej mocy, ale ich znaczna liczba powoduje, że suma składowych wyższych harmonicznych prądu pobieranego z sieci jest względnie duża.

W aglomeracjach miejskich zwiększone odkształcenie napięcia zasilającego obserwuje się już nie tylko w godzinach pracy zakładów przemysłowych, ale również w godzinach wieczornych. Przyczyną tego zjawiska jest drobny sprzęt gospodarstwa domowego, zasilany najczęściej przez prosto wniki diodowe z filtrem pojemnościowym, oraz coraz częściej używane tzw. żarówki energooszczędne, które często mają wbudowany prostownik diodowy z filtrem pojemnościowym.

Znany jest również patent PL 168833 „Układ kompensacji mocy biernej w przemysłowych sieciach elektroenergetycznych średnich napięć”. Bateria kondensatorów o regulowanej pojemności w tym rozwiązaniu podłączana jest poprzez styczniki próżniowe po stronie niskiego napięcia. W tym rozwiązaniu nie opisano i nie rozwiązano problemu zmiany rzędu częstotliwości rezonansowej własnej po dołączaniu kolejnych członów baterii kondensatorów. Dołączenie kolejnych członów kondensatorowych powoduje zmniejszenie rzędu częstotliwości rezonansowej własnej transformator-bateria. Skutkiem tego może być wystąpienie rezonansu prądowego między układem kompensacyjnym (transformator-bateria) a siecią zasilająco-rozdzielczą. Przykładem takim może być układ kompensacji z dławikiem zwarciowym i regulowaną baterią kondensatorów [Lange A.: Problemy kompensacji mocy biernej w przemysłowych układach zasilająco-rozdzielczych z i dławikami zwarciowymi. Mechanizacja i automatyzacja górnictwa nr 2/2006 s. 31-42.], gdzie dławik zwarciowy może być traktowany jako transformator.

W patencie PL 156614 „Układ nadążnej kompensacji mocy biernej” zastosowano układ komutacyjny tyrystorowy po stronie niskiego napięcia, jednak układ ten nie stanowi układu filtracyjnego dla danej wyższej harmonicznej.

Znany jest również ze zgłoszenia wynalazku P.399694 „Układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości wraz z filtracją wyższej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia”.

Rozwiązanie to charakteryzuje się tym, że układ wyposażony jest w transformator zasilający, transformator kilkuuzwojeniowy minimum trzyuzwojeniowy, o jednym uzwojeniu średniego lub wysokiego napięcia i kilku takich samych uzwojeniach niskiego napięcia, do których dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą styczników baterie kondensatorów.

Według wynalazku układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją kilku wyższych harmonicznych w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia charakteryzuje się tym, że uzwojenia niskiego napięcia są o różnych wartościach napięć i indukcyjności, a dołączone po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą styczników baterie kondensatorów są o różnej pojemności.

Zaletą wynalazku jest jego podwójna funkcja występująca jako układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości oraz układu kilku filtrów dostrojonych LC wyższych harmonicznych. Takie rozwiązanie umożliwiło kompensację mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości na poziomie średniego napięcia przy wykorzystaniu urządzeń niskonapięciowych. Dzięki zastosowaniu kilku uzwojeń niskonapięciowych o różnych wartościach napięć uzyskuje

PL 223 190 B1 się możliwość filtracji nie jednej, ale kilku wyższych harmonicznych poprzez uzyskanie dla każdego uzwojenia niskiego napięcia oddzielnego rzędu częstotliwości rezonansowej własnej.

Obniżenie napięcia na kondensatorach umożliwia zastosowanie tańszych urządzeń, tj. kondensatorów i styczników niskonapięciowych, mimo kompensacji na średnim napięciu. Dodatkową zaletą proponowanej konfiguracji jest krótszy czas rozładowania kondensatorów tj. do 1 min, a nie do 5 min, jak to jest w przypadku średnich napięć. Powoduje to szybszą reakcję układu kompensacyjnego na zmianę zapotrzebowania na moc bierną w układzie. W wyniku zastosowania kilku uzwojeń wtórnych transformatora o różnych wartościach napięć połączonych z kondensatorami o innymi wartościami pojemności osiągnięto za pomocą jednego urządzenia układ kilku filtrów (kilku urządzeń). Każde z uzwojeń niskiego napięcia, poprzez różną indukcyjność oraz pojemność jest dostrojone do swojej filtrowanej harmonicznej. Ma więc inny rząd częstotliwości rezonansowej własnej np. 2,5 dla trzeciej harmonicznej; 4,5 dla piątej harmonicznej; 6,5 dla siódmej harmonicznej itd. Dlatego układ ten nadaje się nie tylko do kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej, ale i również do filtracji kilku wyższych harmonicznych, ze względu na możliwość dostrojenia układu LC.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunkach, na których fig. 1 pokazuje schemat ogólny układu kompensacji mocy biernej wraz z kompensacją i filtracją kilku wyższych harmonicznych w sieci elektroenergetycznych, fig. 2 schemat jednokreskowy - dla jednej fazy, fig. 3 schemat zastępczy - dla jednej fazy.

Układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją kilku wyższych harmonicznych w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia składa się z transformatora zasilającego 1 transformatora czterouzwojeniowego 2 o jednym uzwojeniu średniego SN lub wysokiego napięcia WN i kilku uzwojeń niskiego napięcia (L1, L2, L3) nn o różnej wartości napięcia nn(1)=600V, nn(2)=400V, nn(3)=200V, do którego dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą styczników 3 baterie kondensatorów 4, o różnych wartościach pojemności (C1, C2, C3). Transformator zasilający 1 obniża napięcie z wysokiego WN, na średnie SN. Kondensatory o różnych wartościach pojemności 4 są podłączone do wtórnych uzwojeń transformatora czterouzwojeniowego 2, tak, że każdy kondensator 4 jest podłączony do innego uzwojenia transformatora 2. Transformator 2 pełni w tym układzie podwójną rolę. Jego pierwszą rolą jest obniżenie napięcia zasilającego kondensatory 4, drugą stanowi funkcja reaktancji indukcyjnej, analogicznej do funkcji dławika ochronnego w układzie filtra LC. Zadaniem całego układu kompensacyjnego, widzianego ze strony średniego napięcia SN, jest kompensacja mocy biernej podstawowej harmonicznej oraz filtracja kilku wyższych harmonicznych za pomocą filtrów LC. Wszystkie uzwojenia wtórne transformatora czterouzwojeniowego 2 posiadają inną indukcyjność L (L1, L2, L3), również pojemności C dołączane do każdego z uzwojeń mają inną wartość (C1, C2, C3). Stanowią one filtry LC kilku wyższych harmonicznych, najczęściej niższych rzędów, jakie występują w sieci elektroenergetycznej średniego napięcia tj. trzeciej, piątej siódmej itd. Kondensatory 4 podłączane są do indukcyjności wtórnych uzwojenia transformatora czterouzwojeniowego 2 za pomocą styczników 3. Każde z pojedynczych uzwojeń wtórnych transformatora 4 składa się na jeden filtr danej harmonicznej. W skład filtru wchodzi uzwojenie średniego napięcia transformatora 2, jedno uzwojenie niskiego napięcia transformatora 2 oraz kondensator 4 załączany stycznikiem 3. Załączając kolejne styczniki uzyskujemy układ kilku filtrów połączonych równolegle i dostrojonych na kilka wyższych harmonicznych.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją kilku wyższych harmonicznych w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia składający się z transformatora zasilającego, transformatora kilkuuzwojeniowego, minimum trzyuzwojeniowego, o jednym uzwojeniu średniego lub wysokiego napięcia i kilku uzwojeń niskiego napięcia, do których dołączono za pomocą styczników baterie kondensatorów, znamienny tym, że uzwojenia niskiego napięcia /nn/ są o różnych wartościach napięć /nn(1)/, /nn(2)/, /nn(3)/, i indukcyjności /L1/, /L2/, /L3/, a dołączone po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą styczników /3/ baterie kondensatorów /4/ są o różnej pojemności /C1/, /C2/, /C3/.