Установка фку. Фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ)

Владельцы патента RU 2479088:

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для компенсации реактивной мощности трехфазных потребителей, преимущественно промышленных предприятий. Технический результат заключается в максимальном повышении коэффициента мощности во всех режимах работы нагрузки, включая номинальный, за счет регулирования реактивной мощности фильтрокомпенсирующего устройства с одновременным повышением уровня напряжения на трехфазной нагрузке. Фильтрокомпенсирующее устройство содержит трехфазную нагрузку, соединенную «звездой», блок компенсации из трех LC-цепей с фиксированными параметрами, выключатель, и три датчика тока, трехфазный вольтодобавочный трансформатор, выпрямитель, устройство вычисления реактивной мощности, три автономных инвертора напряжения, трехфазный измерительный трансформатор напряжения, устройство синхронизации, систему управления инверторами, находящихся в определенной взаимосвязи друг с другом. 2 ил.

Фильтрокомпенсирующее устройство относится к электротехнике и предназначено для компенсации реактивной мощности трехфазных потребителей, преимущественно промышленных предприятий.

Компенсация реактивной мощности является эффективным средством повышения коэффициента мощности, значение которого зависит от приближения фазы потребляемого тока к питающему напряжению, а также улучшения формы потребляемого тока.

В настоящее время коэффициент мощности энергоемких предприятий составляет 0,6-0,7. Низкое значение коэффициента мощности приводит к существенным потерям электроэнергии.

Общеизвестно, что повышение коэффициента мощности уменьшает потребление реактивной мощности и улучшает форму потребляемого тока.

При несинусоидальной форме напряжения и тока коэффициент мощности К м потребителя определяется по формуле [Л.А.Бессонов. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Учебник. - 10-е изд. - М.: Гардарики, 2000]:

где φ - угол сдвига (фаза) между потребляемым током и питающим напряжением;

υ - коэффициент искажения формы потребляемого тока.

Последний коэффициент характеризует степень искажения формы тока и определяется отношением первой гармоники потребляемого тока I 1 к его действующему значению I потр

Таким образом, коэффициент мощности К м характеризует степень потребления нагрузкой реактивной мощности. Увеличение К м способствует уменьшению реактивной мощности и улучшению формы потребляемого тока.

При линейной нагрузке потребляемый ток имеет синусоидальную форму, при которой коэффициент υ=1. В этом случае коэффициент мощности рассчитывается по формуле:

Известно фильтрокомпенсирующее устройство (ФКУ), основанное на приближении фазы φ потребляемого тока основной (50 Гц) частоты к питающему напряжению (Бадер М.П. Электромагнитная совместимость / Учебник для вузов железнодорожного транспорта. - М.: УМК МПС. 2002. - 638 с.).

Фильтрокомпенсирующее устройство содержит три LC-цепи, которые объединены в «треугольник». Конденсатор С и реактор L LC-цепи имеют фиксированные параметры.

Фильтрокомпенсирующее устройство подключено параллельно трехфазной сети и трехфазной нагрузке.

Во избежание резонансного усиления гармоник конденсаторы С устройства включены последовательно с реакторами L. Резонансная частота LC-цепи выбрана из расчета настройки на частоту 240 Гц, близкую к частоте наибольшей по величине пятой гармоники (250 Гц) в токе нагрузки. Для основной частоты 50 Гц LC-цепь фильтрокомпенсирующего устройства имеет емкостной характер, а для пятой гармоники тока, потребляемого нагрузкой, оказывает шунтирующее действие.

При индуктивном характере тока нагрузки ток фильтрокомпенсирующего устройства основной частоты 50 Гц имеет емкостной характер и протекает в противофазе с током нагрузки. При сложении этих токов образуется сетевой ток основной частоты, в котором индуктивный ток нагрузки компенсируется емкостным током фильтрокомпенсирующего устройства. В результате этого фаза φ сетевого тока приближается к форме питающего напряжения. Уменьшение угла φ приводит к увеличению Cosφ и, соответственно, коэффициента мощности К м.

Фильтрокомпенсирующее устройство с нерегулируемой величиной тока компенсации повышает коэффициент мощности потребителя только при номинальных токах нагрузки.

Отклонение тока нагрузки от номинального значения вызывает неполную компенсацию реактивной мощности и увеличение фазового сдвига φ между потребляемым током и питающим напряжением, который уменьшает значение коэффициента мощности за счет уменьшения Cosφ.

Достоинство известного фильтрокомпенсирующего устройства с фиксированными параметрами LC-цепи заключается в увеличении коэффициента мощности при номинальном режиме работы нагрузки за счет увеличения Cosφ при номинальных токах нагрузки. Это обусловлено протеканием емкостного тока компенсатора, компенсирующего противоположный по характеру индуктивный ток нагрузки.

Недостаток фильтрокомпенсирующего устройства заключается в ограничении диапазона мощностей нагрузки, при которых полная компенсация реактивной мощности нагрузки происходит лишь при сравнительно постоянной (номинальной) мощности нагрузки. Это обусловлено тем, что в отличных от номинального режима работы нагрузки происходит неполная компенсация ее реактивной мощности вследствие постоянной величины емкостного тока фильтрокомпенсирующего устройства. Таким образом, в отличных от номинального режима работы нагрузки коэффициент мощности не достигает максимального значения и является заниженным, что является недостатком известного устройства.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является фильтрокомпенсирующее устройсто, основанное на приближении фазы потребляемого тока основной (50 Гц) частоты к питающему напряжению [Энергетическая электроника. Справочное пособие. Пер. с нем. под ред. докт.техн. наук В.А.Лабунцова. - М.: Энергоатомиздат, 1987-326 с.].

Фильтрокомпенсирующее устройство содержит три блока компенсации, блок измерения, усилитель, три пороговых элемента с различными напряжениями срабатывания, три формирователя управляющих импульсов, первый и второй датчики тока, первый и второй измерительные трансформаторы напряжения и выключатель.

Каждый из блоков компенсации состоит из трех LC-цепей с фиксированными параметрами, объединенных в «треугольник», и трех тиристорных ключей. Каждый тиристорный ключ включен последовательно с LC-цепью. Тиристорный ключ выполнен из двух встречно-параллельно включенных тиристоров.

Блоки компенсации через выключатель включены параллельно трехфазной сети и трехфазной нагрузке.

Пороговые элементы настроены на различные напряжения срабатывания, которые пропорциональны трем значениям реактивной мощности нагрузки.

Входы первого и второго датчиков тока включены, соответственно, в фазы А и С трехфазной нагрузки, а их выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока измерений. Входы первого и второго измерительного трансформатора напряжения подключены, соответственно, к линейному напряжению U ab и U bc нагрузки, а их выходы связаны, соответственно, с третьим и четвертым входами блока измерений. Выход блока измерений через усилитель подключен к первому входу каждого порогового элемента, выход которого через соответствующий формирователь управляющих импульсов связан с входом тиристорного ключа соответствующего блока компенсации.

Фильтрокомпенсирующее устройство работает следующим образом.

Сигналы токов фаз А и С, сформированные на выходе, соответственно, первого и второго датчиков тока, а также сигналы линейных напряжений, полученные на выходах первого и второго измерительных трансформаторов напряжения, подаются, соответственно, на первый-четвертый входы блока измерений. В блоке измерений по величине этих сигналов формируется напряжение, пропорциональное реактивной мощности трехфазной нагрузки. Это напряжение, повышенное усилителем, поступает на входы первого-третьего пороговых элементов. Пороговые элементы срабатывают при трех различных фиксированных значениях напряжения (ступенях), соответствующих трем значениям реактивной мощности трехфазной нагрузки. Благодаря этому происходит трехступенчатое регулирование реактивной мощности нагрузки. Если на первой ступени выходное напряжение усилителя превышает порог срабатывания первого порогового элемента, происходит включение этого элемента. Выходной сигнал первого порогового элемента включает первый формирователь управляющих импульсов, выходной сигнал которого включает тиристорые ключи первого блока компенсации. Через замкнутые тиристорые ключи LC-цепи подключаются параллельно сети и трехфазной нагрузке. Через LC-цепь протекает емкостной ток, компенсирующий индуктивный ток трехфазной нагрузки.

При дальнейшем увеличении тока нагрузки происходит увеличение реактивной мощности трехфазной нагрузки. В результате этого происходит возрастание сигнала напряжения на выходе блока измерения и входах пороговых элементов. Увеличение этого напряжения приводит к срабатыванию второго порогового элемента, в результате чего происходит дополнительное включение второго блока компенсации, увеличивающего реактивную мощность фильтрокомпенсирующего устройства на второй ступени.

При еще большем увеличении тока нагрузки (реактивной мощности) срабатывает третий пороговый элемент, включающий третий блок компенсации (третья ступень). В результате этого в работе оказываются все три блока компенсации фильтрокомпенсирующего устройства, развивающие наибольшую реактивную мощность. Таким образом, происходит трехступенчатая компенсация реактивной мощности, благодаря которой фаза потребляемого тока φ приближается к питающему напряжению. Уменьшение фазового угла φ приводит к увеличению Cosφ и, соответственно, увеличению коэффициента мощности К м.

Достоинство известного фильтрокомпенсирующего устройства заключается в расширении диапазона мощностей нагрузки, в которых осуществляется полная компенсация реактивной мощности, которая обеспечивается при трех ступенях работы нагрузки. Это обусловлено трехступенчатым регулированием реактивной мощности, при котором на каждой ступени работы нагрузки достигается наибольшее значение Cosφ и увеличение коэффициента мощности, обусловленного приближением фазы потребляемого тока к питающему напряжению. Это приводит к расширению диапазона скомпенсированных мощностей нагрузки.

Однако если величина реактивной мощности нагрузки в промежуточных режимах работы отличается от реактивной мощности трех ступеней фильтрокомпенсирующего устройства, то коэффициент мощности остается заниженным, что является недостатком известного устройства.

Это обусловлено тем, что в промежуточных режимах работы нагрузки, отличных от трех фиксированных значений реактивной мощности фильтрокомпенсирующего устройства, происходит неполная компенсация реактивной мощности нагрузки, поскольку реактивная мощность нагрузки отличается от реактивной мощности фильтрокомпенсирующего устройства.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке фильтрокомпенсирующего устройства, обеспечивающего максимальное повышение коэффициента мощности во всех режимах работы нагрузки, включая номинальный, за счет регулирования реактивной мощности фильтрокомпенсирующего устройства с одновременным повышением уровня напряжения на трехфазной нагрузке.

Для решения поставленной задачи в фильтрокомпенсирующее устройство, содержащее трехфазную нагрузку, соединенную «звездой», блок компенсации из трех LC-цепей с фиксированными параметрами, выключатель и два датчика тока, при этом блок компенсации через выключатель включен параллельно трехфазной сети, первые входы двух датчиков тока подключены к трехфазной сети, вторые их входы включены в две фазы трехфазной нагрузки, введены трехфазный вольтодобавочный трансформатор, выпрямитель, устройство вычисления реактивной мощности, три автономных инвертора напряжения, трехфазный измерительный трансформатор напряжения, устройство синхронизации, система управления инверторами и третий датчика тока, при этом каждая вторичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора включена между конденсатором и индуктивностью смежной LC-цепи, входы трехфазного измерительного трансформатора напряжения подключены параллельно сети, а его выходы - к четвертому, пятому, шестому входам устройства вычисления реактивной мощности и к входам устройства синхронизации, вход выпрямителя подключен к трехфазной сети, каждая первичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора подключена к соответствующему выходу автономных инверторов напряжения, первые входы которых соединены между собой и подключены к выходу выпрямителя, первый вход третьего датчика тока подключен к трехфазной сети, второй его вход включен в третью фазу трехфазной нагрузки, выход каждого датчика тока соединен, соответственно, с первым, вторым и третьим входами устройства вычисления реактивной мощности, первый, второй и третий выходы которого соединены, соответственно, с четвертым-шестым входами системы управления инверторами, выходы устройства синхронизации соединены с первым, вторым и третьим входами системы управления инверторами, выходы которой соединены с вторыми входами автономных инверторов напряжения.

Заявляемое решение отличается от прототипа введением новых элементов - трехфазного вольтодобавочного трансформатора, выпрямителя, устройства вычисления реактивной мощности, трех автономных инверторов напряжения, трехфазного измерительного трансформатора напряжения, устройства синхронизации, системы управления инверторами и третьего датчика тока, а также новыми взаимосвязями между элементами фильтрокомпенсирующего устройства.

Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Введение трехфазного вольтодобавочного трансформатора, выпрямителя, устройства вычисления реактивной мощности, трех автономных инверторов напряжения, трехфазного измерительного трансформатора напряжения, устройства синхронизации, системы управления инверторами и третьего датчика тока и изменение взаимосвязей между элементами устройства обеспечивает повышение коэффициента мощности во всех режимах работы трехфазной нагрузки, включая номинальный. Это обусловлено возможностью регулирования реактивной мощности фильтрокомпенсирующего устройства в зависимости от изменения реактивной мощности трехфазной нагрузки. При регулировании реактивная мощность фильтрокомпенсирующего устройства становится равной реактивной мощности нагрузки во всех режимах ее работы. При равенстве этих мощностей во всем диапазоне изменения тока трехфазной нагрузки происходит полная компенсация ее реактивной мощности. При этом сетевой ток совпадает с питающим напряжением, благодаря чему коэффициент мощности достигает максимального значения.

Одновременно с повышением коэффициента мощности во всех режимах работы трехфазной нагрузки обеспечивается повышение уровня напряжения на трехфазной нагрузке. Это обусловлено тем, что при компенсации реактивной мощности трехфазной нагрузки уменьшается реактивная составляющая сетевого тока и, как следствие, снижаются потери напряжения в сети от протекания реактивного тока. Снижение потерь напряжения в сети приводит к увеличению уровня напряжения на трехфазной нагрузке.

Причинно-следственная связь «Введение трехфазного вольтодобавочного трансформатора, выпрямителя, устройства вычисления реактивной мощности, трех автономных инверторов напряжения, трехфазного измерительного трансформатора напряжения, устройства синхронизации, системы управления инверторами и третьего датчика тока и изменение взаимосвязей между элементами устройства приводит к максимальному повышению коэффициента мощности во всех режимах работы нагрузки, включая номинальный, с одновременным повышением уровня напряжения на трехфазной нагрузке» не обнаружена в уровне техники, явным образом не следует из него и является новой. Наличие новой причинно-следственной связи свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

На фиг.1 показана схема фильтрокомпенсирующего устройства, подтверждающая его работоспособность и «промышленную применимость».

На фиг.2 представлены результаты математического моделирования одной фазы фильтрокомпенсирующего устройства при работе с индуктивной нагрузкой.

Фильтрокомпенсирующее устройство содержит трехфазную нагрузку 1, блок компенсации 2, трехфазный вольтодобавочный трансформатор 3, выключатель 4, выпрямитель 5, устройство вычисления реактивной мощности 6, три автономных инвертора напряжения 7, 8, 9, трехфазный измерительный трансформатор напряжения 10, устройство синхронизации 11, систему управления инверторами 12 и три датчика тока 13, 14, 15.

Трехфазная нагрузка 1 соединена «звездой» и подключена к вторым входам соответствующих датчиков тока 13, 14 и 15, первые входы которых соединены, соответственно, с фазами А, В и С трехфазной сети.

Блок компенсации 2 состоит из трех LC-цепей с фиксированными параметрами, объединенных в «треугольник», и трех вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора 3. Каждая вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора 3 включена последовательно с LC-цепью, состоящей из последовательно включенных индуктивности 16 и конденсатора 17.

Трехфазный вольтодобавочный трансформатор 3 выполнен с тремя первичными и тремя вторичными обмотками (на фиг.1 не обозначены).

Выпрямитель 5 выполнен, например, по схеме мостового трехфазного выпрямителя и подключен параллельно сети.

Блок компенсации 2 через выключатель 4 включен параллельно трехфазной сети.

Каждая первичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора 3 подключена к соответствующему выходу каждого автономного инвертора напряжения 7, 8, 9. Первые входы автономных инверторов напряжения 7, 8, 9 соединены между собой и подключены к выходу выпрямителя 5.

Выход каждого первого 13, второго 14 и третьего 15 датчиков тока соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами устройства вычисления реактивной мощности 6.

Первый-третий выход устройства вычисления реактивной мощности 6 соединен, соответственно, с четвертым-шестым входами системы управления инверторами 12.

Входы трехфазного измерительного трансформатора напряжения 10 подключены параллельно сети, а выходы трехфазного измерительного трансформатора напряжения 10 подключены, соответственно, к четвертому, пятому и шестому входам устройства вычисления реактивной мощности 6 и к входам устройства синхронизации 11. Выходы устройства синхронизации 11 соединены с первым, вторым и третьим входами системы управления инверторами 12. Выходы системы управления инверторами 12 соединены с вторыми входами автономных инверторов напряжения 7, 8 и 9.

Устройство работает следующим образом.

При индуктивном характере трехфазной нагрузки 1 из сети потребляется реактивная мощность. Для измерения реактивной мощности с выхода датчиков тока 13, 14, 15 на первый, второй, третий входы устройства вычисления реактивной мощности 6 поступают сигналы фазных токов, а с выхода трехфазного измерительного трансформатора напряжения 10 на четвертый, пятый, шестой входы устройства вычисления реактивной мощности 6 поступают сигналы фазных напряжений. В устройстве вычисления реактивной мощности 6 по величине этих сигналов формируется напряжение, пропорциональное реактивной мощности трехфазной нагрузки 1, которое поступает на четвертый, пятый и шестой входы системы управления инверторами 12.

На входы устройства синхронизации 11 подается сигналы фазных напряжений, по величине которых в нем формируется «единичная» синусоида, которая поступает на первый, второй, третий входы системы управления инверторами 12. При этом фаза «единичной» синусоиды опережает на 90° сетевое напряжение и совпадает с фазой напряжения на конденсаторе блока компенсации 2.

В системе управления инверторами 12 из сигналов, поступивших на ее первый- шестой входы, формируются управляющие сигналы. Система управления инверторами 12 формирует управляющий сигнал для автономных инверторов напряжения 7, 8, 9, с помощью которых обеспечивается приближение фазы φ потребляемого тока к питающему напряжению. Соответствующий управляющий сигнал с выхода системы управления инверторами 12 подается на вторые входы автономных инверторов напряжения 7, 8, 9. При формировании этого сигнала использована «единичная» синусоида, при умножении которой на сигнал, пропорциональный реактивной мощности трехфазной нагрузки 1, получается модулирующий сигнал для управления автономными инверторами напряжения 7, 8, 9.

Постоянное напряжение с выхода выпрямителя 5, преобразованное им из переменного сетевого напряжения, подается на первые входы автономных инверторов напряжения 7, 8, 9.

В автономных инверторах напряжения 7, 8, 9 из сигналов, поступивших на их входы, формируются напряжения первичных и, соответственно, вторичных обмоток трехфазного вольтодобавочного трансформатора 3.

Сетевое напряжение через ключ 4 подается на конденсаторы 17 блока компенсации 2. Кроме этого, в блок компенсации 2 поступает напряжение с вторичных обмоток трехфазного вольтодобавочного трансформатора 3. При этом поступившие напряжения формируют результирующее напряжение на обкладках конденсатора 17 блока компенсации 2. Напряжение на обкладках конденсатора 17 изменяется в зависимости от реактивной мощности трехфазной нагрузки 1, т.е становится регулируемым. При этом реактивная мощность фильтрокомпенсирующего устройства равна реактивной мощности трехфазной нагрузки 1 во всех режимах ее работы, включая номинальный. Если реактивная мощность трехфазной нагрузки Q н соответствует реактивной мощности Q ист фильтрокомпенсирующего устройства, то происходит полная компенсация реактивной мощности трехфазной нагрузки и максимальное повышение коэффициента мощности.

Мощность блока компенсации 2 становится регулируемой за счет изменения напряжения вторичных обмоток трехфазного вольтодобавочного трансформатора 3, что позволяет полностью компенсировать реактивную мощность нагрузки 1 во всех режимах ее работы.

В номинальном режиме мощность блока компенсации 2 Q ист выбирается из условия работы трехфазной нагрузки 1 в этом режиме. Величина Q ист равна реактивной мощности Q н, потребляемой трехфазной нагрузкой 1 в номинальном режиме, т.е. Q ист =Q н. Реактивная мощность трехфазной нагрузки 1 Q н определяется реактивной мощностью основной частоты f=50 Гц, т.е. степенью приближения фазы потребляемого тока к питающему напряжению.

При постоянной величине емкости конденсатора С реактивная мощность одной фазы блока компенсации 2 устройства определяется как:

где ω=2πf - круговая частота переменного тока;

С - емкость конденсатора блока компенсации 2;

U C - напряжение на обкладках конденсатора С.

В номинальном режиме работы трехфазной нагрузки напряжение на обкладках конденсатора определяется линейным напряжением сети, т.е. U C =U л.

При постоянной величине сетевого напряжения емкость конденсатора 17 выбирается из расчета полной компенсации реактивной мощности при работе трехфазной нагрузки 1 в номинальном режиме. В этом случае емкостной ток конденсатора 17 блока компенсации 2 равен индуктивной составляющей тока трехфазной нагрузки 1. Ток конденсатора 17 протекает в противофазе с индуктивным током трехфазной нагрузки 1, что приводит к компенсации реактивной мощности трехфазной нагрузки 1 на основной частоте 50 Гц. Благодаря этому фаза сетевого тока φ приближается к форме сетевого напряжения, повышая значение коэффициента Cosφ и, соответственно, коэффициента мощности.

В отличных от номинального режима работы трехфазной нагрузки 1 полная компенсация ее реактивной мощности достигается путем изменения реактивной мощности блока компенсации 2 Q ист в зависимости от реактивной мощности Q н трехфазной нагрузки 1. При этом выполняется то же условие: Q ист =Q н. В соответствии с выражением (4), изменение реактивной мощности блока компенсации 2 Q ucm можно осуществлять за счет регулирования напряжения U C на обкладках конденсатора 17.

В замкнутом контуре электрической цепи, включающей LC-цепь блока компенсации 2, вторичную обмотку трехфазного вольтодобавочного трансформатора 3 и напряжения сети U л в соответствии со вторым законом Кирхгофа для напряжения на конденсаторе 17 блока компенсации 2 можно записать:

где U ВДТ-2 - напряжение на вторичной обмотке трехфазного вольтодобавочного трансформатора 3.

В этом случае, в соответствии с выражением (4), реактивная мощность блока компенсации 2 устройства определяется как:

Из последнего соотношения следует, что изменение реактивной мощности Q ucm блока компенсации 2 осуществляется за счет изменения напряжения на вторичных обмотках трехфазного вольтодобавочного трансформатора 3.

Величина напряжения U ВДТ-2 вторичных обмоток трехфазного вольтодобавочного трансформатора 3 выбирается из условия компенсации реактивной мощности нагрузки на основной частоте и максимального приближения фазы потребляемого тока к сетевому напряжению, при котором фаза φ имеет наименьшее значение, соответственно, значение коэффициента Cosφ - наибольшее.

Для этого при увеличении реактивной мощности трехфазной нагрузки 1 свыше номинальной увеличивается напряжение С ВДТ-2 (знак «+» в формуле 6). При снижении реактивной мощности трехфазной нагрузки 1 снижается мощность Q ист за счет уменьшения напряжения U ВДТ-2 (знак «-» в формуле 6).

Таким образом, полная компенсация реактивной мощности нагрузки происходит при регулировании напряжения на обкладках конденсатора 17, благодаря которому обеспечивается повышение коэффициента мощности во всех режимах работы трехфазной нагрузки 1, включая номинальный.

Кроме того, повышенное значение коэффициента Cosφ влияет также на электромагнитные процессы, протекающие в сети, а именно обеспечивает уменьшение реактивной составляющей тока сети, т.е. уменьшает нагруженность сети реактивным током. В свою очередь уменьшение реактивной составляющей тока сети приводит к снижению потерь напряжения от протекания этого тока, т.е. уменьшаются потери напряжения между источником электрической энергии и фильтрокомпенсирующим устройством. Благодаря этому уровень напряжения на входе фильтрокомпенсирующего устройства и, соответственно, на трехфазной нагрузке возрастает, что позволяет реализовать большую мощность на нагрузке при той же мощности источника электрической энергии.

Проверка работоспособности фильтрокомпенсирующего устройства (ФКУ) с достижением вышеуказанного технического результата осуществлялась методом математического моделирования.

Моделирование работы ФКУ осуществлялась во всех режимах работы нагрузки, включая номинальный.

При моделировании за расчетную схему принята трехфазная нагрузка 1 с параметрами R н =0,2 Ом; L Н =2,5 мГн, подключенная к трехфазной сети с напряжением 445 В. В цепи блока компенсации 2 включены индуктивность 16 и конденсатор 17 с параметрами L=100 мГн, С=3,8 мкФ. Выпрямитель 5 обеспечивал напряжение 50 В на входе автономных инверторов напряжения 7, 8, 9.

Из диаграммы токов и напряжений на фиг 2 видно, что при отключенном ФКУ индуктивный ток i н нагрузки 1 отстает от сетевого напряжения U сети на 75,7°.

Включение ФКУ формирует ток i к блока компенсации 2, опережающий напряжение сети U сети на 89,9°, т.е. имеет емкостной характер, что отражено на диаграмме токов и напряжений. В результате сложения токов i н и i к на входе ФКУ из сети потребляется ток i, совпадающий (φ=0) по фазе с напряжением С сети. При φ=0 коэффициент мощности ФКУ равен единице, К м =Cosφ=1, т.е. включение ФКУ максимально увеличивает значение К м.

Отклонение формы тока i от синусоидальной формы связано с высокочастотными пульсациями в форме потребляемого тока, что снижает коэффициент мощности К м. С учетом этого расчетное значение коэффициента мощности составляет 0,997.

В результате моделирования работы ФКУ во всех режимах работы нагрузки были получены диаграммы, аналогичные диаграммам, приведенным на фиг.2.

В результате моделирования установлено, что совпадение сетевого тока и питающего напряжения происходит во всех режимах работы нагрузки, включая номинальный, что подтверждает возможность повышения коэффициента мощности во всех режимах работы нагрузки, включая номинальный.

Фильтрокомпенсирующее устройство, содержащее трехфазную нагрузку, соединенную «звездой», блок компенсации из трех LC-цепей с фиксированными параметрами, выключатель и два датчика тока, при этом блок компенсации через выключатель включен параллельно трехфазной сети, первые входы двух датчиков тока подключены к трехфазной сети, вторые их входы включены в две фазы трехфазной нагрузки, отличающееся тем, что в него введены трехфазный вольтодобавочный трансформатор, выпрямитель, устройство вычисления реактивной мощности, три автономных инвертора напряжения, трехфазный измерительный трансформатор напряжения, устройство синхронизации, систему управления инверторами и третий датчика тока, при этом каждая вторичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора включена между конденсатором и индуктивностью смежной LC-цепи, входы трехфазного измерительного трансформатора напряжения подключены параллельно сети, а его выходы - к четвертому, пятому, шестому входам устройства вычисления реактивной мощности и к входам устройства синхронизации, вход выпрямителя подключен к трехфазной сети, каждая первичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора подключена к соответствующему выходу автономных инверторов напряжения, первые входы которых соединены между собой и подключены к выходу выпрямителя, первый вход третьего датчика подключен к трехфазной сети, второй его вход включен в третью фазу трехфазной нагрузки, выход каждого датчика тока соединен, соответственно, с первым, вторым и третьим входами устройства вычисления реактивной мощности, первый, второй и третий выходы которого соединены, соответственно, с четвертым-шестым входами системы управления инверторами, выходы устройства синхронизации соединены с первым, вторым и третьим входами системы управления инверторами, выходы которой соединены с вторыми входами автономных инверторов напряжения.

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электроснабжения, и может быть использовано при создании трансформаторных подстанций с высокой эффективностью потребления и использования электроэнергии и стабильным напряжением у потребителей.

Изобретение относится к устройству для оказания влияния на передачу электроэнергии к имеющей несколько фаз линии переменного тока с фазовыми модулями, которые содержат, соответственно, контактный вывод переменного напряжения для соединения с одной фазой линии переменного тока и два соединительных вывода, причем между каждым соединительным выводом и каждым контактным выводом переменного напряжения проходит ветвь фазового модуля, состоящая из последовательного соединения подмодулей, которые содержат, соответственно, схему на силовых полупроводниковых приборах и накопитель энергии, параллельно подключенный к схеме на силовых полупроводниковых приборах, причем соединительные выводы соединены друг с другом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в серийно выпускаемых асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, используемых в качестве генераторов энергетических установок для преобразования механической энергии в электрическую.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока высокого напряжения, и может быть использовано на подстанциях воздушных линий передач с установленными на них шунтирующими реакторами и батареями статических конденсаторов

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении качества электрической энергии за счет исключения в сетевом токе гармонических составляющих, генерируемых нелинейной нагрузкой без применения дополнительных силовых фильтрующих LC-цепей. Согласно способу измеряют мгновенные значения трехфазного тока сети, выделяют выбранные гармонические составляющие этого тока, производят пофазное сложение данных гармонических составляющих, формируют токи коррекции для каждой фазы сетевого тока, содержащие выделенные гармонические составляющие и имеющие фазовый сдвиг 180 электрических градусов, и, выдавая в каждую фазу соответствующие токи, добиваются компенсации гармонических составляющих сетевого тока. 1 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам фильтрации и компенсации (УФК) в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ. Устройство фильтрации и компенсации системы тягового электроснабжения содержит последовательно соединенные главный выключатель с замыкающим блок-контактом и пультом управления на его включение, первый реактор и первую секцию конденсаторов, вторую секцию конденсаторов с параллельно включенным вторым реактором, и третью секцию конденсаторов с третьим реактором и демпфирующим резистором, подключенным между точкой соединения второй и третьей секцией конденсаторов и рельсом. В схему устройства введен контактор с приводом, включенный между третьим реактором и рельсом, а цепь включения контактора соединяет пульт управления с его приводом через замыкающий блок-контакт главного выключателя. Технический результат - повышение эффективности снижения бросков тока и напряжения при одновременном упрощении устройства. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам с использованием полупроводниковых приборов для передачи по кабелю на подводный объект электрической энергии, которая, в частности, применяется для зарядки электрической аккумуляторной батареи, установленной на этом подводном объекте. Технический результат заключается в улучшении технико-экономических показателей, увеличении коэффициента связи между обмотками трансформатора повышенной частоты, улучшении электромагнитной совместимости трансформатора повышенной частоты и других элементов устройства, снижении пульсации выходного напряжения устройства до допустимого уровня, а также повышении качества электроэнергии, получаемой от устройства потребителями электроэнергии подводного объекта. Для этого заявленное устройство (варианты) содержит следующие основные элементы, установленные на судне-носителе в блоке инвертора: однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты, блок управления этим инвертором, входной конденсатор и первичную обмотку трансформатора повышенной частоты, а также расположенные на подводном объекте в блоке выпрямителя вторичную обмотку трансформатора, однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель, сглаживающий реактор и выходной конденсатор, при этом обмотки трансформатора повышенной частоты снабжены в первом варианте плоскими магнитными экранами, а во втором - чашечными сердечниками и центральными стержнями. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электрическим сетям и предназначено для повышения коэффициента полезного действия воздушной линии электропередачи, а также качества электроэнергии, отпускаемой сельскохозяйственным потребителям. Технический результат заключается в снижении потерь активной мощности, электроэнергии и потерь напряжения в воздушной электрической сети, что повысит коэффициент полезного действия воздушной линии электропередачи, а также качество электроэнергии, отпускаемой сельскохозяйственным потребителям. Мачтовая электростанция-компенсатор содержит синхронный генератор, присоединяемый к воздушной линии электропередач через управляемый разъединитель, и газовый двигатель внутреннего сгорания, установленные на АП-образной опоре виброустойчивого исполнения. Разъединитель выполнен с индивидуальным ручным приводом. Электростанция снабжена устройствами управления и контроля параметров воздушной линии электропередачи, а также выключателем синхронного генератора, клапаном подачи газа и фрикционной муфтой сцепления, имеющими индивидуальные электромагнитные приводы, активизируемые устройством управления. Фрикционная муфта сцепления связывает или разъединяет валы синхронного генератора и газового двигателя внутреннего сгорания. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение на электрических подстанциях, требующих компенсации реактивной энергии и плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи. Техническим эффектом изобретения является минимизация количества выключателей, необходимых для перехода из режима компенсации в режим управляемой плавки гололеда и обратно. Устройство содержит двунаправленные высоковольтные тиристорные вентили (1, 2, 3), последовательно с которыми соединены реактивные элементы (дроссели или конденсаторы) (4, 5, 6). Переключение с режима компенсации реактивной мощности на режим плавки гололеда производится с помощью двух выключателей (7, 8). Для этого точки соединения реактивных элементов (4, 5, 6) и тиристорных вентилей (1, 2, 3) подсоединены к трехфазной питающей сети А, В, С, свободные выводы указанных вентилей (1, 2, 3) через контакты первого выключателя (7) соединены по схеме «треугольник» со свободными выводами реактивных элементов (4, 5, 6), а через контакты второго выключателя (8) - с проводами воздушной линии для плавки гололеда. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение на электрических подстанциях, требующих плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи и компенсации реактивной мощности. Техническим эффектом изобретения является упрощение организации и сокращение продолжительности процесса плавки с одновременным уменьшением количества дополнительного коммутационного оборудования. Комбинированная установка содержит два трехфазных мостовых преобразователя на полностью управляемых полупроводниковых вентилях, шунтированных встречно включенными диодами, конденсаторную батарею на стороне постоянного тока преобразователей, первый трехполюсный выключатель и два последовательно соединенных трехфазных дросселя, параллельно одному из которых подсоединен второй трехполюсный выключатель - на стороне переменного тока. При плавке гололеда первый преобразователь работает в режиме управляемого выпрямителя, а второй в режиме автономного инвертора напряжения, к выходу которого через третий трехполюсный выключатель подсоединены провода воздушной линии, замкнутые на противоположном конце, для одновременной плавки гололеда на них переменным током низкой частоты, при которой индуктивная составляющая сопротивления проводов практически не оказывает влияния на эффективную величину тока плавки. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение на электрических подстанциях, требующих компенсации реактивной мощности и плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи. Технический результат - сокращение продолжительности процесса плавки с одновременным уменьшением количества дополнительного коммутационного оборудования. Установка содержит трехфазный мостовой преобразователь на полностью управляемых полупроводниковых вентилях, шунтированных встречно включенными диодами, конденсаторную батарею на стороне постоянного тока, первый трехполюсный выключатель и два последовательно соединенных трехфазных дросселя, параллельно одному из которых подсоединен второй трехполюсный выключатель, - на стороне переменного тока. По первому варианту конденсаторная батарея в режиме компенсации реактивной мощности соединена контактами третьего трехполюсного выключателя, разомкнутыми в режиме плавки гололеда, с эмиттерными (коллекторными) выводами вентилей преобразователя, которые в этом режиме посредством четвертого трехполюсного выключателя соединены с проводами воздушной линии для управляемой плавки гололеда переменным током. По второму варианту конденсаторная батарея в режиме компенсации реактивной мощности контактами третьего и четвертого трехполюсных выключателей, разомкнутыми в режиме плавки гололеда, соединена с эмиттерными и коллекторными выводами вентилей преобразователя, которые в этом режиме посредством пятого и шестого трехполюсных выключателей соединены с проводами двух воздушной линии для одновременной управляемой плавки на них гололеда переменным током. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для компенсации реактивной мощности трехфазных потребителей, преимущественно промышленных предприятий

В настоящее время большая часть промышленной и коммерческой нагрузки является нелинейной, что увеличивает уровень высших гармоник тока в низковольтных распределительных сетях и во всей системе электроснабжения. Это выражается в перегрузке трансформаторов, увеличении потерь мощности, ускоренном старении оборудования, ложных срабатываниях устройств защиты и т.д. Соответственно устройства сглаживания или компенсации гармонических составляющих тока приобретают все большую значимость как для производителей и поставщиков электроэнергии, так и для их потребителей.

В сетях с повышенным содержанием высших гармоник, генерируемых нелинейными нагрузками, применение обычных средств компенсации реактивной мощности, рассчитанных на синусоидальные токи и напряжения, связано с техническими трудностями.

При необходимости компенсации нагрузок с быстроизменяющейся реактивной мощностью применяемое повсеместно регулирование мощности конденсаторной батареи путем подключения или отключения ее секций с помощью механических выключателей оказывается затруднительным, а часто и невозможным в связи с высокой стоимостью, малым быстродействием и низкой механической прочностью выключателей, а также ступенчатым характером регулирования мощности батареи. Возможно, кроме того, возникновение ударных коммутационных сверхтоков, зависящих от момента подключения батареи конденсаторов к питающей сети, а также неблагоприятное воздействие на конденсаторы токовых перегрузок при частоте высших гармоник, генерируемых нелинейными нагрузками.

Практика работы промышленных предприятий свидетельствует о том, что батареи конденсаторов, работающие при несинусоидальном напряжении, в ряде случаев быстро выходят из строя в результате вспучиваний и взрывов. Причиной разрушения конденсаторов является перегрузка их токами высших гармоник, которая возникает, как правило, из-за того, что конденсаторные батареи изменяют частотные характеристики систем и способствуют возникновению резонанса токов. При подключении батареи конденсаторов к шинам подстанции, питающей мощную вентильную нагрузку, какое бы ни было значение емкости батареи, всегда найдется такая группа гармоник, при которых конденсаторы вступают в режим резонанса токов (или близкий к нему) с индуктивностью сети.

Токи резонансной группы гармоник, генерируемые вентильным преобразователем в сеть, приложены к батарее конденсаторов непосредственно. В то же время емкостное сопротивление батареи конденсаторов уменьшается с увеличением номера гармоники. Это приводит к тому, что через БК протекают значительные токи резонирующих гармоник, соизмеримые, а иногда и значительно превосходящие ток первой гармоники. Перегрузки по току на конденсаторы допускают до 30%, по напряжению – до 10% от номинальных значений. На самом деле за счет появления резонансных явлений перегрузка по току может достигать 400–500%, т.к. токи резонансных частот могут значительно превышать ток первой гармоники.

Для приведения в соответствие с ГОСТ параметров электроэнергии в сетях любых объектов служат динамические фильтрокомпенсирующие установки – ДФКУ, другие названия:

• активные фильтры гармоник - АФГ;
• в англоязычной литературе – AHC;
• динамические компенсаторы реактивной мощности с функцией фильтра высших гармоник – ДКРф;
• регулируемый источник реактивной мощности - ИРМ).

Эти устройства предназначены для подавления гармоник до 25 включительно. Выборочно либо одновременно, на усмотрение пользователя - компенсации реактивной мощности и контроля коэффициента мощности.

Принцип действия ДФКУ

Электронная измерительная система контролирует активную и реактивную составляющую мощности путем измерения мгновенных значений напряжения и тока в силовой сети. Данные анализируются процессорной системой для определения картины спектра гармоник и фазового угла сдвига тока. Эта информация используется генератором импульсов, поступающих на мост широтно-импульсной модуляции преобразователя на основе IGBT для производства и выдачи в цепь именно такого гармонического тока (по амплитуде, форме и фазе), который необходим для компенсации искажений нагрузки и реактивной составляющей, выходящей за установленные пределы в следующем цикле основной кривой тока (синусоиды).

Особенности и достоинства

• ДФКУ - это единственные устройства повышения качества электроэнергии, которые способны автоматически менять свои собственные характеристики при изменении параметров сети и динамически адаптироваться к изменениям в гармониках нагрузки и реактивной составляющей по каждой фазе;
• отсутствует риск резонанса с какой-либо гармонической частотой;
• устройство легко программируется на компенсацию только отдельных гармоник с целью обеспечения максимального КПД в пределах характеристик устройства;
• на практике величина гармонического тока уменьшается приблизительно на 90%;
• компенсация реактивной мощности сверх заданной величины может осуществляться с точностью до десятых долей процента с миллисекундным быстродействием, что исключает возможность перекомпенсации, присущей статическим батареям конденсаторов;
• изделие автоматически ограничивает ток компенсации по своему максимальному номинальному значению, поэтому ДФКУ не может перегружаться и будет продолжать постоянно работать в таком состоянии без повреждений;
• ДФКУ имеют компактные габариты по сравнению с пассивными фильтрами гармоник;
• для оптимизации компенсации гармоник несколько ДФКУ могут быть соединены в различных конфигурациях, а также в комплексной схеме с пассивными фильтрами и другими устройствами компенсации реактивной мощности;

Результат применения ДФКУ

• поддержка требуемого коэффициента мощности установок нагрузки в строго заданных пределах;
• одновременное устранение несимметрии напряжения по фазам;
• устранение тока гармоник нулевой последовательности;
• подавление всего (либо заданного) спектра высших гармоник;
• компенсация просадок и скачков напряжения, уменьшение фликкер-эффекта;
• уменьшение потерь мощности;
• устранение ложных срабатываний устройств релейной защиты;
• снижение общих расходов на электроэнергию за счёт снижение потерь электроэнергии в питающей и распределительной сети;
• уменьшение потерь активной мощности при максимуме нагрузки энергосистемы; снижение потерь реактивной мощности в питающей и распределительной сетях вследствие уменьшения токовых нагрузок средствами компенсации;
• подключение дополнительной активной нагрузки за счет частичной токовой разгрузки силовых трансформаторов и питающих кабелей;
• уменьшение нагрузки элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продление их срока службы;
• снижение стоимости оборудования вновь вводимых трансформаторных подстанций и стоимости сооружения питающей и распределительной сети, обусловленное уменьшением токовых нагрузок;
• максимальное использование мощности автономных дизель-генераторов (судовые установки, электроснабжение геологических партий, стройплощадок, установок разведочного бурения и т.д.);
• устранение глубокой "просадки" напряжения на линиях электроснабжения удаленных потребителей и исключение генерации реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки;
• обеспечение оперативной коррекции коэффициента мощности для устройств с сильнопеременной нагрузкой и стабилизацию питающего напряжения.

Конструкция

ДФКУ изготавливаются в металлических 19-дюймовых шкафах (IP 21), внутри которых расположены специальные IGBT – модули, модуль индикации и управления и блок коммутации установки к сети. Модули снабжены системой принудительной вентиляции, что допускает работу в помещениях с температурой окружающей среды от +5 до +30 С.

Рис 1. Блок-схема ДФКУ

Технические характеристики

Фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ) предназначены для снижения гармонических искажений напряжения и компенсации реактивной мощности нагрузок потребителей в сетях электроснабжения промышленных предприятий и в электрических сетях.

При эксплуатации ряда спортивных дорожек, важно правильно обеспечить защиту внутренним механизмам. для этого Можно со скидкой купить силиконовую смазку для беговых дорожек у нас в магазине. Создавая дополнительную формулу парильной эксплуатации для современного спортивного оснащения.

Силовые фильтры высших гармоник имеет важное значение для оптимизации издержек предприятий промышленности, а также повышения стабильности их работы и снижения рисков. Использование силовых фильтров даёт возможность добиться более высоких промышленных показателей, а также использовать дополнительную нагрузку на сеть, что может оказаться достаточно важным при расширении. Силовые фильтры для предприятий в большинстве ситуаций имеют срок окупаемости менее года, что делает их использование экономически обоснованным и необходимым.

Структура условного обозначения типономинала фильтрокомпенсирующего устройства расшифровывается следующим образом:

Пример записи обозначения ФКУ 13-й гармоники напряжением 10 кВ, мощностью 3000 квар климатическое исполнение и категория размещения - У3: «Фильтрокомпенсирующее устройство ФКУ-13-10-3000 УЗ ГОСТ 13109-97».

Фильтры гармоник проектируются индивидуально для каждого отдельного случая их применения. Это гарантирует возможность достижения наивысших параметров по фильтрации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности ФКУ.

ДАННЫЕ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФИЛЬТРОВ ВЫСШИХ ГАРМОНИК (ФКУ).

1. Номинальное напряжение.
2. Требуемая компенсация реактивной мощности на основной частоте.
3. Значения токов гармонических составляющих нелинейной нагрузки, подлежащих фильтрации или информация по генерирующим гармоники нагрузкам.
4. Мощность короткого замыкания сети.
5. Требуемые параметры качества электроэнергии на шинах питания нелинейной нагрузки (или в другой точке примыкания).
6. Условия окружающей среды (внутренней или наружной установки, диапазон температур).
7. Дополнительные требования (габариты, защита и т.п.)

Фильтры высших гармоник состоят из конденсаторов, включенных последовательно с индуктивностью. Индуктивность выбирается такой величины, чтобы фильтр представлял собой низкоимпедансный последовательный резонансный контур на частоте гармоники. Таким образом, обеспечивается прохождение основной части гармонической составляющей тока через фильтр. Конденсаторы создают реактивную мощность на основной частоте.

ООО НПЦ «ЭНЕРКОМ-СЕРВИС» имеет опыт изготовления фильтров высших гармоник на напряжение 0,4; 6,3; 10 и 35 кВ для предприятий металлургической, электрохимической промышленности и для электросетей стран ближнего и дальнего зарубежья. Квалифицированные специалисты могут произвести обследование сети для выявления гармонического состава ее режимных параметров и составления технического задания на проектирование оборудования.

ПРИМЕРЫ ФКУ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ООО НПЦ «ЭНЕРКОМ-СЕРВИС»
ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СЛУЧАЕВ ПРИМЕНЕНИЯ И НА РАЗНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ.

1. Основные технические данные и характеристики

примечание: на виде сверху ошиновка не показана

Общий вид ФКУ-13-10-3000 У3

Конденсаторная батарея

Сухой фильтровый реактор

Трансформатор тока

Общий вид ФКУ-2-35-43000 У1

Статические компенсирующие устройства для промышленных предприятий.

Широкое применение тиристорных электроприводов, выпрямительных электролизных установок, мощных электродуговых печей, прокатных станов и других потребителей электроэнергии с резкопеременной нагрузкой и несинусоидальным током сопровождается значительным потреблением реактивной мощности и искажением питающего напряжения, что может привести к росту потерь электроэнергии и ухудшению и нарушению нормального функционирования потребителя электроэнергии. К таким потребителям относятся прежде всего металлургические заводы, химические предприятия, предприятия цветной металлургии, целлюлозно-бумажные предприятия, предприятия электрохимической обработки металлов и драгоценных камней, предприятия, имеющие электродуговую и контактную сварку, обычные предприятия, использующие для освещения газоразрядные лампы, предприятия нефтяной, газовой и угольной отраслей, ирригационные предприятия, имеющие электродвигатели различного типа, и другие предприятия.

Для компенсации реактивной мощности и повышения коэффициента мощности, фильтрации высших гармоник тока, снижения колебаний напряжения и улучшения параметров качества электроэнергии применяются статические компенсирующие устройства:

• конденсаторные установки (повышение коэффициента мощности);
• фильтрокомпенсирующие установки (повышение коэффициента мощности и фильтрация высших гармоник тока);
• статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности (повышение коэффициента мощности, фильтрация высших гармоник тока, снижение несимметрии напряжения и стабилизация напряжения).

Применение статических компенсирующих устройств позволяет:

• существенно снизить нагрузку по реактивной мощности и высшим гармоникам тока трансформаторов, питающих потребители, что дает возможность подключить дополнительную нагрузку;
• улучшить показатели качества напряжения и, тем самым, повысить качество выпускаемой продукции и производительность технологического процесса потребителя электроэнергии.

Например, применение SVC на металлургическом заводе увеличило коэффициент мощности нагрузки с 0,7 до 0,97, снизило колебания напряжения питающей сети в 3 раза, снизило время одной плавки металла со 150 мин. до 130 мин. и удельный расход электроэнергии на тонну выплавленной стали на 4 %, а также сократило расход графитовых материалов. В целом срок окупаемости затрат на статические компенсирующие устройства составляет в среднем от 0,5 до 1 года.

При необходимости ООО НПЦ "enercomserv» может провести комплекс работ по внедрению СТК, начиная с обследования электрических сетей, выполнения необходимых измерений с целью определения типа, мощности и мест подключения СТК, выбора схем и параметров оборудования, их законов регулирования, и поставкой оборудования СТК «под ключ», его монтажом, наладкой, пусковыми испытаниями, а также обучением персонала и в дальнейшем сервисным обслуживанием оборудования.

Обозначения выпускаемой продукции:

• Фильтро-компенсирующее устройство ФКУ-5-10-5400 У3 ЮПИН.673842.014
• Фильтро-компенсирующее устройство ФКУ-5-10-5400 У3 ЮПИН.673842.014-01
• Фильтро-компенсирующее устройство ФКУ-5-10-7200 УХЛ1 ЮПИН.673842.015
• Фильтро-компенсирующее устройство ФКУ-10-18000 У3
• Устройство силовых фильтров УСФМ 0,4-5/7-450 У3
• Система управления, регулирования и защиты компенсирующего устройства СУРЗА КУ

Дополнительная информация

Для того чтобы органично соответствовать данным требованиям, система электроснабжения должна быть бесперебойной и максимально надежной. Установка силовых фильтров является одним из наиболее эффективных и качественных способов по снижению влияния на сеть дуговых сталеплавильных печей, сварочного производства, вентильных преобразователей , широко внедряемых в промышленном электроснабжении для технической эффективности производства.

Если Вас интересует фильтрация гармоник гармоник на напряжении 0,4 кВ , то Вам сюда

НАЗНАЧЕНИЕ

ФКУ или Силовые фильтры гармоник, также известные как пассивные фильтры гармоник,представляют собой особый тип конденсаторных установок , задачей которых является фильтрация гармоник совместно с компенсацией реактивной мощности. Фильтрокомпенсирующие устройства необходимы на предприятиях тяжелого машиностроения либо перерабатывающих производствах, где широко применяются дуговые плавильные печи, электролитические ванны высокого напряжения 6(10) кВ, а также другое энергоемкое оборудование с нелинейным характером потребления электроэнергии. Работа такого рода оборудования ЗАПРЕЩАЕТСЯ без наличия силовых фильтров гармоник.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ФКУ

Целью внедрения ФКУ является уменьшение реактивного сопротивления LC-цепочек до значений, близких к нулю, и шунтирование главной электрической сети (на частоте заданной гармоники). Фильтрокомпенсирующие установки представляют собой LC либо RLC цепочки, настроенные на резонанс с определенной гармоникой, порядок которой определяется заказчиком либо по результатам замеров . В стандартном исполнении фильтрокомпенсирующее устройство состоит из вводной ячейки, современных однофазных реакторов и нескольких батарей конденсаторов, устанавливаемых на металлических оцинкованных конструкциях. ФКУ огораживается сеткой для безопасности персонала, либо размещается в специализированном контейнере .

Различают нес колько типов применяемых LC-фильтров . Узкополосные, одноконтурные фильтры (1) применяют и настраивают на резко выраженные гармоники, как правило низких порядков 3, 5, 7. На высоких частотах применяют режекторные фильтры (2) меньшей добротности, при этом используют шунтирующее реактор сопротивление R. Применение режекторных фильтров позволяет нивелировать присутствие гармоник в широком спектре высоких частот. Комплексное применение узкополосных и широкополосных фильтровых цепочек в составе силовых фильтров гармоник (ФКУ) позволяет в полной мере очистить электрическую сеть от гармонических искажений, вызванных потребителем.

Экономически целесообразно применение Фильтрокомпенсирующих установок на напряжение 6(10) кВ в связи с тем, что высоковольтные потребители создают меньший спектр гармонических искажений (где сильно выражены 3, 5, 7 гармоники и в меньшей степени гармоники более высших порядков) по сравнению с низковольтными потребителями. Поэтому технически и экономически выгоднее реализовать схему Фильтрокомпенсирующего устройства, настроенную на одну (две, три) гармоники, чем на широкий спектр гармоник потребителей 0,4 кВ.

Помимо фильтрации гармоник , Фильтрокомпенсирующие устройства выполняют компенсацию реактивной мощности потребителей на основной частоте (50 Гц). Поэтому силовые фильтры гармоник (Фильтрокомпенсирющие устройства) различают по реактивной мощности. Самое простое Фильтрокомпенсирующее устройство имеет статическую величину реактивной мощности, которую оно передает в главную электрическую сеть и настроено на подавление одной из гармоник (по требованию заказчика).

КОМПОНОВКА И КОМПЛЕКТАЦИЯ

Компоновка элементов Фильтрокомпенсирующего устройства представлена справа. Вводная ячейка выполнена из листовой стали и имеет антикоррозионное покрытие. Внутри нее размещается вводной аппарат, управляющая, светосигнальная и защитная аппаратура. Блоки конденсаторов располагаются друг над другом и устанавливаются на опорные полимерные изоляторы. В состав блока входят косинусные высоковольтные конденсаторы (трех - или однофазные), закрепленные на стальной раме и соединенные сборными шинами. Все конденсаторы допускают длительную работу при повышении номинального напряжения на 10%. Однофазные реакторы с воздушным сердечником установлены на полимерных изоляторах и соединены с вводной ячейкой и конденсаторными блоками медными шинами. Индуктивность реактора варьируется от нескольких мГн до нескольких десятков мГн.

ПК «СлавЭнерго» при изготовлении фильтрокомпенсирующих устройств применяет трехфазные конденсаторы для ФКУ устройств небольшой мощности и однофазные для составления блоков большой мощности (параллельные и последовательные соединения). В отдельных случаях, силовые фильтры гармоник (Фильтрокомпенсирующие устройства) большой мощности могут комплектоваться специальной схемой для сигнализации выхода из строя отдельных конденсаторов (пробой, потеря емкости) и отключения ФКУ - так называемой схемой небалансной защиты.

Имеют высокую линейность индуктивности (L), зависящую от его геометрии и количества витков. Необходимость их использования в конструировании силовых фильтров гармоник была обусловлена потребностью в стабильности частоты фильтра для всех режимов работы Фильтрокомпенсирующего устройства.

Воздушные фильтровые электрические реакторы представляют собой катушки многожильного провода, намотанные на армирующий каркас. Параметры проводников подбираются для каждого типономинала реактора. Основание реактора имеет высокую механическую прочность и антикоррозийную обработку, что позволяет размещать его на открытом воздухе. Конструкцией реактора гарантирована его безотказная работа в условия загрязненных сред и низких температур. Для каждого реактора предусмотрена возможность регулировки индуктивности (схоже с трансформаторам) с помощью регулировочных отпаек в его обмотке.

При современном развитии техники многие промышленные предприятия используют много различных преобразователей. Эти преобразователи при работе создают в цепи пульсации тока и напряжения, это приводит к возникновению в сети высших гармоник тока.

Наличие их в сети ухудшают ее качество и оказывают плохое влияние на работу всего оборудования, и могут приводить к сбоям в различных системах. Это может приводить к аварийным отключениям потребителей, ложным срабатыванием различных электронных приборов и устройств. Также наличие гармоник вызывает нагрев в электродвигателях, кабелях и т.д. Необходимо свести к минимуму их влияния на цепь. Для этого используют фильтро-компенсирующее устройство (ФКУ).

Фильтро-компенсирующее устройство состоит из L-C фильтра, настраиваемого на определенную гармонику сети. Обычно это 5, 7, 11 гармоники, как наиболее выраженные. Также часто на предприятиях могут устанавливаться фильтро-компенсирующее устройства настроенные на различные гармоники. Ниже показана схема ФКУ.

Для правильного выбора фильтро-компенсирующего устройства нужно исследовать какие гармоники наиболее влияют на качественный состав сети и ее мощность. Исходя из этих данных проводится расчет и выбор фильтра.

Главным их достоинством есть то, что они не только выполняют роль фильтра, но и компенсируют реактивную мощность. Как и могут быть автоматическими и в автоматическом режиме регулировать реактивную мощность.

При преобладании статической нагрузки (бумагоделательная машина, вентиляторная нагрузка) используют нерегулируемые ФКУ, которые подключаются к цепи и работают в статическом режиме.

Если преобладает динамическая нагрузка (прокатные станы, подъемные машины и т.д.) используют регулируемые При изменении завершении цикла работы какого-либо устройства баланс реактивной мощности изменяется. Так как ФКУ не только компенсирует реактивную составляющую, но и выполняет роль фильтра в цепи, соответственно отключение его от сети не имеет смысла. Для этого подключают декомпенсатор, который поддерживают баланс мощности в цепи.

Наиболее целесообразно устанавливать фильтро-компенсирующее устройство на напряжения 6 кВ, 10 кВ. Так как при работе низковольтных потребителей на стороне низкого напряжения возникают различный спектр гармоник. Компенсировать их на стороне низкого напряжения экономически не целесообразно, потому установка фильтра к каждому потребителю дорого стоит. Высоковольтные потребители создают меньший спектр искажений (3, 5, 7, 11 гармоники), поэтому как с технической так и с экономической стороны проще компенсировать данный спектр на стороне 6 кВ, 10 кВ, чем гораздо более широкий спектр на стороне 0,4 кВ, 0,6 кВ.

Они могут устанавливаться как в помещении так и снаружи. Устанавливаются обычно на ГПП и подключаются к шинам через индивидуальный выключатель. Ниже показаны способы размещения: в помещении и наружное исполнение:

Размещенным в помещении компенсаторам требуется вентиляция. В определенных случаях (в зависимости от вида производства и размещения помещения) для вентиляции требуются фильтры воздуха. Определенный температурный режим должен соблюдаться в помещении, что приводит к дополнительным финансовым затратам.

ФКУ должно быть ограждено и доступ может осуществляться только после разрядки конденсаторов. Они должны снабжаться датчиками напряжения конденсаторов, для безопасности обслуживающего персонала. Если конденсаторы не разрядились до допустимого значения работы по ремонту или обслуживание запрещены.