PL223320B1 - Układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości wraz z filtracją wyższej harmonicznej 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 wyższej harmonicznej, w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia w zastosowaniu do sieci elektroenergetycznych średnich napięć, zasilających małe miejscowości z przewagą odbiorców indywidualnych, budynków biurowych oraz dużych obiektów mieszkalnych nasyconych sprzętem elektronicznym i oświetleniowym.

Odbiorcy indywidualni nie mają obowiązku kompensacji mocy biernej i filtracji wyższych harmonicznych. Dystrybutorzy energii elektrycznej muszą sami kompensować i filtrować wyższe harmoniczne. 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.

W ostatnim czasie coraz istotniejszym problemem w sieciach zasilających budynki biurowe stają się: kompensacja mocy biernej oraz rozprzestrzenianie się harmonicznych. Znaczącym źródłem harmonicznych są zasilacze komputerowe oraz oświetleniowe lampy wyładowcze. Są to odbiorniki nieliniowe 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 dławikami zwarciowymi. Mechanizacja i automatyzacja górnictwa nr 2/2006 s. 31:42.], gdzie dławik zwarciowy może być traktowany, jako transformator.

Również w rozwiązaniu 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 z opisu patentowego nr PL207658 układ kompensacji mocy biernej, który charakteryzuje się tym, że składaj się z transformatora o jednym uzwojeniu średniego lub wysokiego napięcia i uzwojenia niskiego napięcia, do którego dołączono po stronie uzwojenia niskiego napięcia za pomocą stycznika baterie kondensatorów.

Według wynalazku układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją wyższej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia charakteryzuje się tym, że układ wyposażony jest w transformator kilkuuzwojeniowy minimum trzyuzwojeniowy o kilku takich samych uzwojeniach niskiego napięcia.

Zaletą wynalazku jest jego podwójna funkcja występująca jako układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości oraz układ filtru dostrojonego LC wyższej harm onicznej. Takie rozwiązanie umożliwiło kompensację mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości na poziomie średniego napięcia przy wykorzystaniu urządzeń niskonapięciowych. Dzięki zastosowaniu kilku uzwojeń niskonapięciowych uzyskuje się stałość filtracji wyższych harm onicznych poprzez niewielką zmienność rzędu częstotliwości rezonansowej własnej filtru.

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,

PL 223 320 B1 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 z jednakowymi kondensatorami obniżono zmienność rzędu częstotliwości rezonansowej i własnej układu kompensacyjnego z 16:4.5 do 4,7:3,5.. Dlatego układ ten nadaje się nie tylko do kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej, ale i również do filtracji wyższej harmonicznej, 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 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 wyższej harmonicznej 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 nn, do którego dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą styczników 3 baterie kondensatorów 4.

Transformator zasilający 1 obniżał napięcie z wysokiego WN, na średnie SN. Kondensatory 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 jednej wyższej harmonicznej za pomocą filtra LC. Wszystkie uzwojenia wtórne transformatora czterouzwojeniowego 2 posiadają taką samą indukcyjność L, również pojemności C dołączane do każdego z uzwojeń mają stałą wartość. Stanowią one filtry LC wyższej harmonicznej, najczęściej najniższego rzędu, jaki występuje w sieci elektroenergetycznej średniego napięcia. Kondensatory 4 podłączane są do indukcyjności wtórnego uzwojenia transformatora czterouzwojeniowego 2 za pomocą styczników 3.

Każde z pojedynczych uzwojeń wtórnych transformatora 4 składa się na jeden filtr. 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 jedną wyższą harmoniczną. Poglądowy schemat połączeń dla jednej fazy przedstawiono w formie schematu jednokreskowego na fig. 2. Schemat zastępczy dla jednej fazy został przedstawiony na fig. 3.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją wyższej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia, składający się z transformatora zasilającego, transformatora o jednym uzwojeniu średniego lub wysokiego napięcia i uzwojenia niskiego napięcia, do którego dołączono po stronie uzwojenia niskiego napięcia za pomocą styczników baterie kondensatorów, znamienny tym, że układ wyposażony jest w transformator kilkuuzwojeniowy minimum trzyuzwojeniowy (2) o kilku takich samych uzwojeniach niskiego napięcia (nn).