Ako znížiť nesínusové napätie

Množstvo odberateľov elektriny má nelineárnu závislosť odberu prúdu od použitého napätia, vďaka čomu spotrebúvajú zo siete nesínusový prúd... Tento prúd tečúci zo sústavy cez prvky siete spôsobuje -sínusový pokles napätia v nich, ktorý "prekrýva" aplikované napätie a skresľuje. Sínusové skreslenie napätia sa vyskytuje vo všetkých uzloch od napájacieho zdroja po nelineárny elektrický prijímač.

Zdroje harmonického skreslenia sú:

• oblúkové pece na výrobu ocele,

• ventilové meniče,

• transformátory s nelineárnymi voltampérovými charakteristikami,

• frekvenčné meniče,

• indukčné pece,

• točivé elektrické stroje,

• poháňané ventilovými meničmi,

• televízne prijímače,

• žiarivky,

• ortuťové výbojky.

Posledné tri skupiny sa vyznačujú nízkou úrovňou harmonického skreslenia jednotlivých prijímačov, no veľký počet z nich určuje značnú úroveň harmonických aj vo vysokonapäťových sieťach.

Pozri tiež: Zdroje harmonických v elektrických sieťach a Dôvody pre výskyt vyšších harmonických v moderných energetických systémoch

Spôsoby zníženia nesínusového napätia možno rozdeliť do troch skupín:

a) reťazové riešenia: rozloženie nelineárnych záťaží na samostatnom zbernicovom systéme, rozloženie záťaže v rôznych jednotkách SES s paralelným zapojením elektromotorov, zoskupenie meničov podľa schémy násobenia fáz, zapojenie zaťaženie na systém s vyšším výkonom,

b) použitie filtračných zariadení, paralelné zahrnutie záťaže úzkopásmových rezonančných filtrov, zahrnutie filtračných kompenzačných zariadení (FCD);

c) používanie špeciálnych zariadení charakterizovaných zníženou úrovňou generovania vyšších harmonických, používanie „nenasýtených“ transformátorov, používanie viacfázových meničov so zlepšenými energetickými charakteristikami.

rozvoj elementárny základ výkonovej elektroniky a nové metódy vysokofrekvenčnej modulácie viedli v 70. rokoch k vytvoreniu novej triedy zariadení, zlepšenie kvality elektrickej energie – aktívne filtre (AF)... Okamžite vznikla klasifikácia aktívnych filtrov na sériové a paralelné, ako aj prúdové a napäťové zdroje, ktoré viedli k štyrom hlavným okruhom.

Každá zo štyroch štruktúr (obr. 1. 6) určuje obvod filtra pri pracovnej frekvencii: spínače v prevodníku a samotný typ spínačov (dvojcestný alebo jednosmerný spínač). Ako zásobník energie v meniči, ktorý slúži ako zdroj prúdu (obr. 1.a, d), sa používa indukčnosťa v meniči, ktorý slúži ako zdroj napätia (obr. 1.b, c), je využitá kapacita.

Postava 1.Hlavné typy aktívnych filtrov: a — paralelný zdroj prúdu; b — paralelný zdroj napätia; c — sériový zdroj napätia; d — sériový zdroj prúdu

Je známe, že odpor filtra Z pri frekvencii w je rovný

Keď ХL = ХC alebo wL = (1 / wC) pri frekvencii w, napäťová rezonancia, čo znamená, že odpor filtra pre harmonickú a napäťovú zložku s frekvenciou w je rovný nule.V tomto prípade budú harmonické zložky s frekvenciou w absorbované filtrom a nepreniknú do siete. Na tomto jave je založený princíp navrhovania rezonančných filtrov.

V sieťach s nelineárnym zaťažením spravidla vznikajú harmonické kanonické série, ktorých poradové číslo je ν 3, 5, 7,. … ..

Obrázok 2. Ekvivalentný obvod výkonového rezonančného filtra

Ak vezmeme do úvahy, že XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), kde XL a Xc sú odpory reaktora a banky kondenzátorov pri základnej frekvencii, získame:

Filter, ktorý okrem filtrovania harmonických bude generovať jalový výkona kompenzuje stratu sieťového napájania a napätia, sa nazýva kompenzačný filter (PKU).

Ak zariadenie okrem filtrovania vyšších harmonických plní funkcie vyrovnávania napätia, potom sa takémuto zariadeniu hovorí vyvažovanie filtrov (FSU)... Konštrukčne sú FSU asymetrický filter pripojený k sieťovému napätiu siete. Výber sieťového napätia, ku ktorému sú pripojené filtračné obvody FSU, ako aj pomery výkonu kondenzátorov zahrnutých vo fázach filtra, sú určené podmienkami vyváženia napätia.

Z uvedeného vyplýva, že zariadenia ako PKU a FSU pôsobia súčasne na viacero indikátory kvality napájania (nesínusový, asymetria, odchýlka napätia). Takéto zariadenia na zlepšenie kvality elektrickej energie sa nazývajú multifunkčné optimalizačné zariadenia (MOU).

Účelnosť vývoja takýchto zariadení vznikla v dôsledku náhleho premenlivého zaťaženia tohto typu oblúkové oceľové pece spôsobiť súčasné skreslenie napätia pre množstvo indikátorov. Využitie MOU poskytuje možnosť komplexne riešiť problém zabezpečenia kvality elektrickej energie, t.j. súčasne pre niekoľko ukazovateľov.

Do kategórie takýchto zariadení patria vysokorýchlostné zdroje statického jalového výkonu (IRM).

Podľa princípu regulácie jalového výkonu možno IRM rozdeliť do dvoch skupín: vysokorýchlostné statické zdroje jalového výkonu priamej kompenzácie, vysokorýchlostné zdroje statického jalového výkonu nepriamej kompenzácie... Štruktúry IRM sú znázornené na obrázku 3 , a, b, v tomto poradí. Takéto zariadenia, ktoré majú vysokú rýchlosť odozvy, môžu znížiť kolísanie napätia. Postupné nastavenie a prítomnosť filtrov poskytujú vyváženie a zníženie vyšších harmonických úrovní.

Na obr. 3 je znázornený obvod priamej kompenzácie, v ktorom sa spína "riadený" zdroj jalového výkonu pomocou tyristory kondenzátorová banka. Batéria má niekoľko sekcií a umožňuje vám diskrétne meniť generovaný jalový výkon. Na obr. 3b, výkon IRM sa mení nastavením reaktora. Pri tomto spôsobe riadenia reaktor spotrebúva prebytočný jalový výkon generovaný filtrami.Preto sa metóda nazýva nepriama kompenzácia.

Obrázok 3. Blokové schémy multifunkčného IRM s priamou (a) a nepriamou (b) kompenzáciou

Nepriama kompenzácia má dve hlavné nevýhody: absorbovanie prebytočného výkonu spôsobuje dodatočné straty a zmena výkonu reaktora pomocou riadiaceho uhla ventilu vedie k dodatočnej tvorbe vyšších harmonických.