Pierwszenstwo: Opublikowano: 25.VIII.1965 49525 KI. Sfc , n/ao— MKP G 01 r UKD Twórca wynalazku: dr inz. Wiktor Spirydonów Wlasciciel patentu: Politechnika Szczecinska, Szczecin (Polska) Sposób wykrywania wyzszych harmonicznych napiecia i pradu w ukladach energoelektrycznych i sposób zabezpieczenia urzadzen elektrycznych przed szkodliwym wplywem wyzszych harmonicznych oraz uklady pomiarowe do pomiaru wspólczynnika przeciazenia pradowego odbiorów typu pojemnosciowego i uklady zabezpieczajace oparte na zasadzie pomiaru tego wspólczynnika 1 2 Rozwój przemyslu metalurgicznego i chemiczne¬ go oraz rozbudowa sieci trakcyjnej pociaga za soba wzrost mocy urzadzen o charakterze nieliniowym, bedacych przyczyna odksztalcenia napiecia w sy¬ stemie energoelektrycznym. Wyzsze harmoniczne napiecia lub pradu wplywaja szkodliwie na prace urzadzen zainstalowanych w sieci. Do grupy urza¬ dzen najbardziej narazonych na szkodliwe dziala¬ nie wyzszych harmonicznych naleza kondensatory energoelektryczne. Stwierdzono równiez ze wyzsze harmoniczne moga byc przyczyna przedwczesnego starzenia kabli, uszkodzen generatorów przeciazen transformatorów i silników, zaklócen pracy urza¬ dzen radio i telekomunikacji oraz niewlasciwej pracy urzadzen kompensacji ziemnozwarciowej.Stosowane w powszechnej praktyce ruchowej mierniki nie pozwalaja *na wykrycie wyzszych har¬ monicznych. Do wykrywania wyzszych harmonicz¬ nych sluza analizatory wyzszych harmonicznych, które sa urzadzeniami kosztownymi i wymagaja do swej obslugi wysokokwalifikowanego personelu technicznego. Podobnie oscylografy, za pomoca któ¬ rych mozna wykryc wyzsze harmoniczne przy za¬ wartosci powyzej 5 do 10°/o, sa urzadzeniami rzadko stosowanymi w praktyce ruchowej.Podstawa teoretyczna sposobu wykrywania wyz¬ szych harmonicznych, bedacego przedmiotem ni¬ niejszego wynalazku, jest wspólzaleznosc tak zwa¬ nych wspólczynnika przeciazenia napieciowego od¬ biorów typu pojemnosciowego Wu oraz wspólczyn¬ nika przeciazenia pradowego odbiorów typu pojem¬ nosciowego Wi, jaka wystepuje w przypadku prze¬ biegu odksztalconego wyzszymi harmonicznymi.Mianowicie przy napieciu sinusoidalnym Wu = Wi, przy napieciu odksztalconym wyzszymi harmonicz¬ nymi Wu < Wi gdzie Wu 10 15 20 25 80 lfe~-|/fe- }/fe k2n; W.= k, k„ = U„ u, - wspól¬ czynnik udzialu n. harmonicznej; n — rzad harmo¬ nicznych przebiegu odksztalconego, np — najwyzszy rzad harmonicznej wystepujacej w przebiegu od¬ ksztalconym; Un — wartosc skuteczna napiecia n. harmonicznej; Uzn — wartosc skuteczna sinu¬ soidalnego napiecia znamionowego; kf = r~ ; fx — *zn czestotliwosc 1. harmonicznej sieci; fzn — czesto¬ tliwosc znamionowa sieci; wobec zachodzacej w praktyce elektroenergetycznej zaleznosci fx *** fzn —kf^l.Jak wynika z podanych wyzej zaleznosci wspól¬ czynnik przeciazenia napieciowego odbiorów typu pojemnosciowego Wu moze byc okreslony jako sto¬ sunek wartosci skutecznej napiecia odksztalcone¬ go U do wartosci skutecznej sinusoidalnego napie¬ cia znamionowego Uzn. Podobnie wspólczynnik prze- 4952549525 ciazenia pradowego odbiorów typu pojemno¬ sciowego Wi moze byc okreslony stosunkiem wartosci skutecznej pradu pobieranego przez od¬ biornik typu pojemnosciowego — kondensator, — przy napieciu odksztalconym do wartosci skutecz¬ nej pradu pobieranego przez ten odbiornik przy sinusoidalnym napieciu znamionowym. Wspólczyn¬ nik Wi charakteryzujacy cechy napiecia odksztal¬ conego jest wielkoscia zmienna w czasie i moze posiadac w danej chwili inne wartosci dla róznych punktów ukladu elektroenergetycznego. Moze on posiadac rózniace sie wartosci w odniesieniu do napiec fazowych U0 lub miedzyprzewodowych Up.Znajomosc wspólczynnika Wi pozwala stwierdzic, czy odbiorniki typu pojemnosciowego — konden¬ satory, kable, izolacja urzalzen itp. — zainstalowa¬ ne w danym punkcie sieci, sa narazone na szkodli¬ we dzialanie wyzszych harmonicznych.Uklad zabezpieczajacy reagujacy na wartosc Wi moze byc zastosowany do ochrony odbiorów typu pojemnosciowego od przeciazenia pradowego wy¬ wolanego wyzszymi harmonicznymi, podwyzszeniem napiecia oraz zmiana czestotliwosci. Porównanie wartosci wspólczynnika Wi z wartoscia wspólczyn¬ nika Wu daje moznosc wykrycia wyzszych harmo¬ nicznych napiecia, porównanie tych wspólczynni¬ ków odniesionych do spadku napiecia wywolanego przeplywem pradu daje moznosc wykrycia wyz¬ szych harmonicznych pradu.Uklady pomiarowe i zabezpieczajace oparte na zasadzie pomiaru wspólczynnika Wi daja mozliwosc przeprowadzenia w skali technicznej kontroli stop¬ nia odksztalcenia napiecia lub pradu w systemie energoelektrycznym oraz skutecznej ochrony urza¬ dzen od szkodliwego dzialania wyzszych harmonicz¬ nych. Umozliwienie kontroli stopnia odksztalcenia napiecia oraz wprowadzenie ochrony urzadzen elek¬ trycznych od szkodliwego wplywu wyzszych har¬ monicznych ma duze znaczenie nie tylko w odnie¬ sieniu do odbiorów typu pojemnosciowego ale rów¬ niez z punktu widzenia zabezpieczenia prawidlo¬ wosci pracy innych urzadzen: maszyn wirujacych, transformatorów itp. — zmniejszenie strat w ze¬ lazie, zmniejszenie momentów hamujacych, polep¬ szenie komutacji itp.Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na przy¬ kladach wykonania z których: Fig. 1 przedstawia zasade dzialania miernika Wi z pojemnoscia Cp oraz miernika Wu, Fig. 2 — skale przyrzadu, Fig. 3 — uproszczony schemat przyrzadu z mierni¬ kiem termoelektrycznym o zakresie 220 V i 380 V, Fig. 4 — sposób przylaczenia miernika Wi oraz prze¬ kaznika RWi do obwodu wtórnego przekladnika na¬ pieciowego, Fig. 5 — przyklad zabezpieczenia równo¬ leglego baterii kondensatorów niskiego napiecia od przeciazenia pradowego, Fig. 6 — schemat mier¬ nika Wi z oporem indukcyjnym XL, Fig. 7 — sche¬ mat miernika wartosci Wi odniesionego do spadku napiecia wywolanego przeplywem pradu.Miernik Wi, którego zasada dzialania zostala po¬ dana na Fig. 1, sklada sie z kondensatora Cp oraz szeregowo z nim polaczonego miernika wartosci skutecznej pradu A. Przyrzad jest wyskalowany w ten sposób, ze przy sinusoidalnym napieciu zna¬ mionowym U2n o czestotliwosci znamionowej fzn wskazuje wartosc 1 lub 100%. Przy tej samej war¬ tosci skutecznej napiecia odksztalconego, zawiera¬ jacego wyzsze harmoniczne wskazania przyrzadu beda wieksze od 1 — równe wartosci wspólczyn- 5 nika Wi mierzonego napiecia odksztalconego. Na Fig. 1 zostal podany równiez klasyczny uklad wol¬ tomierza z opornoscia czynna Rp. Przy wyskalo- waniu tego woltomierza w jednostkach wzglednych, przy przyjeciu za jednostke podstawowa napiecia 10 znamionowego Uzn, przyrzad bedzie wskazywal wartosc wspólczynnika Wu napiecia sieci. Dla tego przypadku Wu < Wi. Przy stosowaniu tego samego czlonu pomiarowego A do pomiaru wartosci Wu oraz Wi opornosc bierna kondensatora pomiaro- 15 wego Cp przy czestotliwosci znamionowej fzn winna byc równa opornosci czynnej Rp. Sposób wykry¬ wania wyzszych harmonicznych na podstawie po¬ równania wartosci Wu oraz Wi moze byc omówiony na przykladzie Fig. 3, która przedstawia dwuzakre- 20 sowy miernik wartosci Wu oraz Wi na napiecie fazowe U0 = 220 V i miedzyprzewodowe Up = 380 V.Przy doborze elementów tego miernika — przy za¬ chowaniu tej samej skali-obowiazuje warunek _" _ • ik' ^L 25 ¦ * :¦¦. Ri Xci R2 tt ^XC2 Ri — Xcl — R2 u Up Przy polozeniu 1 przelacznika p przyrzad mierzy wartosc wspólczynnika Wu napiecia sieci; przy przelaczeniu przelacznika p w polozenie 2 wskaza- 30 nia jego beda równe wartosci Wi. Przy wystapie¬ niu równosci wskazan przy obu polozeniach prze¬ lacznika Wu = Wi stwierdza sie, ze napiecie mierzo¬ ne jest sinusoidalne; przy wystapieniu nierównosci wskazan Wu < Wi stwierdza sie obecnosc wyzszych 35 harmonicznych. Na Fig. 4 przedstawiono sposób przylaczenia miernika Wi do zacisków wtórnych przekladnika napieciowego. Istnieje mozliwosc przylaczenia w ten sam sposób przekaznika RWi reagujacego na wartosc Wi napiecia sieci. Przeka- 40 znik sklada sie z kondensatora«Cp, elementu wy¬ zwalajacego Rt oraz styku rozwiernego lub zwier- nego, dzialajacych na sygnal lub wylaczenie chro¬ nionego urzadzenia. Na Fig. 7 zostal przedstawiony przyklad zabezpieczenia równoleglego baterii kon- 45 densatorów niskiego napiecia od przeciazenia pra¬ dowego przy zastosowaniu przekaznika RWi. Role pojemnosci Cp moga spelniac kondensatory zain¬ stalowane w ukladach nisko i wysokonapieciowych.W tym przypadku miernik Wi lub czlon wyzwa- 50 lajacy Rt ukladu zabezpieczajacego reagujacy na wartosc Wi napiecia sieci mierzy bezposrednio lub przez przekladnik pradowy prad pobierany przez te kondensatory. Istnieje mozliwosc pomiarów wspól¬ czynnika Wi napiecia sieci w ukladzie z indukcyj- 55 noscia Lp przedstawionym na Fig. 6. Przy zacho¬ waniu w ifkladzie warunku wymuszonego pradu Rs j Xli = 2jc fzn Lp wskazania woltomierza mie¬ rzacego spadek napiecia na indukcyjnosci Lp lub amperomierza A z opornoscia Rp beda proporcjonal- 60 ne do Wi. Odpowiednio ten sam woltomierz lub amperomierz A z opornoscia Rp przylaczony do opornika Rip = 2ji fzn Lp bedzie mierzyl, przy od¬ powiednim wyskalowaniu wartosc Wu. Na Fig. 7 zostaly podane uklady do pomiaru wspólczynników 65 Wi oraz Wu odniesionych do spadku napiecia wy-5 49525 * wolanego przeplywem pradu. Jak wykazano wy¬ zej, porównanie tych wspólczynników w tym przy¬ padku daje mozliwosc wykrycia wyzszych harmo¬ nicznych pradu. Pomiar wspólczynnika Wi moze byc zrealizowany w ukladzie z oporem czynnym Rb i ukladem Wi przylaczonym równolegle do tego oporu lub z indukcyjnoscia Lb i ukladem Wu przy¬ laczonym równolegle do tej indukcyjnosci. Pomiar Wu zrealizowany jest w ukladzie pomiaru spadku napiecia na opornosci czynnej Rb woltomierzem klasycznym. Istnieje mozliwosc pomiaru wspólczyn¬ ników Wi oraz Wu pradu w ukladach przedstawio¬ nych na fig. 7 przy zachowaniu warunku wymu¬ szonego pradu w obu elementach równoleglych Rb i Cp, Lp i Rp lub Rb i RP. PL