PL B1. UNIWERSYTET WARMIŃSKO-MAZURSKI W OLSZTYNIE, Olsztyn, PL BUP 26/15. ANDRZEJ LANGE, Szczytno, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. H02J 3/18 ( ) H02J 3/01 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości wraz z filtracją wyższej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 26/15 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/17 (73) Uprawniony z patentu: UNIWERSYTET WARMIŃSKO-MAZURSKI W OLSZTYNIE, Olsztyn, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ANDRZEJ LANGE, Szczytno, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Izabella Raniszewska

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją wyższej harmonicznej, w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia. Od lat 90-tych coraz częściej w urządzeniach powszechnego użytku (AGD, RTV, oświetlenie, zasilacze) stosowane są odbiorniki zawierające w sobie układy energoelektroniczne stosowane do regulacji i zasilania tych urządzeń. Wszystkie te urządzenia pobierają z sieci nie tylko moc czynną, ale również moc bierną indukcyjną, jak również generują do sieci wyższe harmoniczne prądów. Ze względu na powszechność użytkowania tych urządzeń w sieci średnich i wysokich napięć występuje częsta i gwałtowna zmiana poboru mocy biernej podstawowej harmonicznej. Należy więc w tych sieciach zastosować układy kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej i filtracji wyższych harmonicznych reagujące w sposób nadążny nad tymi zmianami. W zakładach przemysłowych, w których występują odbiorniki o dużych mocach (maszyny wyciągowe w kopalniach oraz piece łukowe w hutach), jak również charakter ich pracy powoduje szybkie zmiany poboru mocy czynnej i biernej podstawowej harmonicznej oraz generację wyższych harmonicznych prądów konieczne jest zastosowanie układu nadążnego kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej i filtrującego wyższe harmoniczne prądów. Znany jest patent PL 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 kompensacji układów szybkozmiennych. Czas reakcji tego układu kompensacyjnego jest ograniczony czasem rozładowania kondensatorów tj. 1 min. Czas taki jest zbyt długi dla kompensacji urządzeń szybkozmiennych. Również w rozwiązaniu PL 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 PL pasywny filtr LC 2-giego rzędu średnich i wysokich napięć, realizowany jako szeregowe połączenie elementu pojemnościowego C i elementu indukcyjnego L, który charakteryzuje się tym, że element pojemnościowy C tworzą baterie kondensatorów niskich napięć, a element indukcyjny L tworzy 1-no lub 3-fazowy transformator. Według wynalazku nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją wyższej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia wyposażony w transformator o jednym uzwojeniu średniego lub wysokiego napięcia i uzwojenia niskiego napięcia, do którego dołączono po stronie uzwojenia niskiego napięcia za pomocą stycznika baterie kondensatorów charakteryzuje się tym, że baterie kondensatorów dołączone po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą łączników tyrystorowych wyposażonych w dwa triaki, połączone są w trójkąt, przy czym triaki podłączone są w dwie dowolne fazy, a trzecia faza jest podłączona bezpośrednio do kondensatora. Zaletą wynalazku jest jego podwójna funkcja występująca jako nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości z czasem regulacji 30 ms oraz układ filtru dostrojonego LC wyższej harmonicznej. Takie rozwiązanie umożliwiło kompensację mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości na poziomie średniego lub wysokiego napięcia przy wykorzystaniu urządzeń niskonapięciowych. Obniżenie napięcia na kondensatorach umożliwia zastosowanie tańszych urządzeń, tj. kondensatorów i tyrystorów niskonapięciowych, mimo kompensacji na średnim lub wysokim napięciu. Kompensacja nadążna na poziomie wysokiego napięcia (tj. 110 kv, 220 kv lub 400 kv) za pomocą łączników tyrystorowych nie jest możliwa ze względu na brak tyrystorów na takie wartości napięć. Problemem jest również stosowanie bardzo kosztownych tyrystorów średnich napięć (dla sieci 15 kv lub 20 kv). Zastosowanie łączników tyrystorowych powoduje ograniczenie prądu udarowego podczas załączania baterii kondensatorów. Przy załączeniu przez stycznik prąd wynosi czterokrotność prądu znamionowego (4 / n ) (fig. 4), a przy załączaniu przez łącznik tyrystorowy półtorej krotną wartość prądu znamionowego (1,5 / n ) (fig. 5). Załączenie baterii kondensatorów sterowanych za pomocą styczników może nastąpić po ich rozładowaniu do napięcia 75 V tj. po czasie 3 min, gdyż w przeciwnym przypadku prądy udarowe będą miały większe wartości niż na fig. 4, jak również może następować uszkodzenie jednostek kondensatorowych. Zastosowanie łączników tyrystorowych umożliwia załączenie baterii kondensatorów nawet po jednym okresie napięcia zasilającego od ich wyłączenia tj. po 20 ms.

3 PL B1 3 Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunkach, na których fig. 1 pokazuje schemat ogólny nadążnego układu kompensacji mocy biernej wraz z kompensacją i filtracją wyższych harmonicznych w sieci elektroenergetycznych, fig. 2 schemat jednokreskowy dla poszczególnych faz, fig. 3 schemat zastępczy dla jednej fazy, fig. 4 przedstawia prąd załączenia kondensatorów za pomocą stycznika, a fig. 5 prąd załączania kondensatorów przez łącznik tyrystorowy. Nadążny 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 filtrującego 2 o jednym uzwojeniu średniego SN lub wysokiego napięcia WN i jednym uzwojeniu niskiego napięcia nn, do którego dołączono po stronie uzwojeń niskich napięć za pomocą łączników tyrystorowych 3 baterie kondensatorów 4 połączonych w trójkąt. Każdy łącznik tyrystorowy składa się z dwóch triaków 5 podłączonych w dwie dowolne fazy. Trzecia faza jest podłączona bezpośrednio do kondensatora. Transformator zasilający 1 obniża napięcie z wysokiego WN, na średnie SN lub wysokie o niższym napięciu, np. transformator w stacji wysokich napięć. Kondensatory 4 są podłączone do wtórnych uzwojeń transformatora filtrującego 2, tak że każdy trójfazowy kondensator 4 jest podłączony do uzwojenia transformatora 2 za pomocą łącznika tyrystorowego. Transformator 2 pełni w tym układzie podwójną rolę. Jego pierwszą rolą jest obniżenie napięcia zasilającego kondensatory 4 trójfazowe, 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. Transformator filtracyjny 2 wraz z trójfazowymi kondensatorami 4 stanowią filtr LC wyższej harmonicznej, najczęściej najniższego rzędu, jaki występuje w sieci elektroenergetycznej średniego napięcia. Kondensatory 4 podłączane są do indukcyjności wtórnego uzwojenia transformatora filtrującego 2 za pomocą łączników tyrystorowych 3, które w nadążny sposób reagują na zmiany zapotrzebowania na moc bierną. Zastrzeżenie patentowe 1. Nadążny układ kompensacji mocy biernej podstawowej harmonicznej o regulowanej wartości, wraz z filtracją wyższej harmonicznej w sieci elektroenergetycznej średniego lub wysokiego napięcia wyposażony w transformator o jednym uzwojeniu średniego lub wysokiego napięcia i uzwojenia niskiego napięcia, do którego dołączono po stronie uzwojenia niskiego napięcia za pomocą stycznika baterie kondensatorów, znamienny tym, że baterie kondensatorów (4) dołączone po stronie uzwojeń niskich napięć (nn) za pomocą łączników tyrystorowych (3) wyposażonych w dwa triaki (5), połączone są w trójkąt, przy czym triaki (5) podłączone są w dwie dowolne fazy, a trzecia faza jest podłączona bezpośrednio do kondensatora (4).

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)