Brevet FR2215738A1 — publié le 19740823

L'invention concerne un montage pour la compensation = au moyen de condensateurs de la puissance réactive de réseaux basse tension contenant des harmoniques. Le condensateur est une résistance qui dépend de la fréquence Dans les réseaux basse tension caractérisés par un taux d'harmoniques élevé dans la tension1 le condensateur peut entre surchargé à cause de la puissance absorbée sup plémentaireO La puissance que le condensateur absorbe pour une tension de service contenant des harmoniques, ne peut pas entre déterminée par le produit des valeurs efficaces du courant et de la tension0 Elle ne peut pas non plus entre mesurée à l'aide d'un wattmètre normal, Faute de dispositifs de mesure appropriés, on a en général renoncé complètement à la protection contre les surcharges pour des condensateurs de puissance Dans certains cas particuliers, on a utilise des relais à maximum de courant et à maximum de tension0 Ces dispositifs n'atteignent cependant parfaitement leur but que dans des réseaux sans har modiques, Dans des réseaux contenant des harmoniques, d'autres mesures doivent etre prises pour protéger le condensateur contre la surcharge, flans la technique de traction, on utilise de plus en plus des convertisseurs statiques0 Les convertisseurs statiques sont des générateurs d'harmoniques. Ils prennent au réseau un courant harmonique0 Vu que les convertisseurs statiques commandés par thyristors absorbent également de la puissance réactive, on désire souvent compenser cette puissance réactive directement dans le réseau basse tension en utilisant des condensateurs de puissance0 Les condensateurs forment le surcuit oscillant parallèle désiré non seulement avec le convertisseur statique, ils en forment également.un avec le réseau0 Sous certaines conditions, la fréquence nominale du circuit oscillant parallèle constitué parle réseau et le condensateur peut concorder avec un harmonique produit par le convertisseur statique, Dans ce cas, les harmoniques sont amplifiés dans la tension0 Une surcharge des condensateurs n'est alors pas à exclure, Si on utilise maintenan-t encore pour la com sensation des réseaux basse tension contenant des harmoniques, des circuits filtre à condensateur dont la réactance de bobine se rapportant à la fondamentale, est égale à la réactance effective du condensateur, également se rapportant à la fondamentale, il s' avère, en y regardànt de plus près que de tels circuits filtre impliquent des conditions non réalisables dans des réseaux basse tension0 L'emploi de circuits filtre accordés suppose une connaissance exacte des courants harmoniques présents dans le réseau considéré, Le circuit filtre doit etre di- mensionné de telle manière que tous les courants harmoniques présents dans le réseau puissent entre court-circuités par le circuit filtre sans dugon en arrive à surcharger un circuit filtreOUne extension ou un changement ultérieur des installations électriques ne peut être effectué que si ce changement a déjà été considéré lors de l'établissement du projet de ltins- lallation, Pour des circuits filtres accordés, la puissance du condensateur ne peut pas entre réglée librement Une mise en parallèle des circuits filtre accordés de meme fréquence nominale conduit à une répartition incontrôlable des courants harmoniques sur les différentes branches connectées en parallèle Pour des montages connus du type précité (demande de brevet allemand publiée nO 1.276.257) on est en général parti d'une valeur fixe de compensation et on a prévu des moyens spéciaux pour la surveillance des condensateurs qui réagissent à la somme des carrés des valeurs efficaces du courant et de la tension du condensateur ; cependant1 dans ce cas également on part d'une valeur fondamentale déterminée, fixée une fois pour toutes, Le but de l'invention est de concevoir un mon-- tage du type mentionné au début qui empoche une amplification des harmoniques dus à la résonance parallèle sans limitation de la liberté de parcours lors de la connexion en parallèle des branches de condensateurs, un établissement simple du projet du dispositif de compensation dé puissance réactive étant supposé, Ceci est obtenu, d'une manière simple, pourun montage du type mentionné au début par le fait que les condensateurs sont connectés, ensemble avec des inductances, en des circuits oscillants série désaccordés inductivement De ce fait, il est pos semble d'obtenir dans le réseau, à la place- dtune amplification des harmoniques, un amortissement de ceux-ciO Il- sest avéra qu'on obtient une valeur avantageuse pour le désaccord inductif lorsque le désaccord inductif des circuits oscillants série se trouve entre 5 et 30 % de-la valeur jupon obtient lorsque les circuits de filtre sont accordés, On peut obtenir une adaptation simple à la puissance réactive deun réseau lorsque plusieurs circuits oscillants série désaccordés inductivement de meme fréquence nominale sont connectés en parallèle On peut tenir compte, dtune manière simple, des harmoniques de rang différent lorsque plusieurs circuits oscillants série désaccordés de fréquence nominale différente sont connectés en paral- vièle, Si on a prévu un dispositif de commutation qui met en circuit les circuits oscillants série connectés en parallèle dans l'ordre de fréquence croissante et qui met hors circuit les circuits oscillants- série connectés en parallèle dans l'ordre de fréquence décroissante, le circuit oscillant série désaccordé inductivement n'est tout d'abord chargé que par une fondamentale et plus ou moins par un harmonique.Avant que des circuits filtre de rang supérieur ne soient ajoutés, la puissance totale des circuits filtre de rang inférieur, par exemple du cinquième rang, devrait entre assez grande pour que la partie prépondérante de tous les courants harmoniques de cette fréquence nominale puisse entre prise par les circuits oscillants série, Ce n'est qu'alors que des circuits oscillants série désaccordés inductivement de rang supérieur devraient entre mis en circuit0 De ce fait, on évite le danger de la résonance parallèle avec l'inductance du réseau puisque, car pour des harmoniques de rang supérieur, les circuits oscillants série de rang inférieur sont capacitifs Pour une puissance de condensateur plus petite, il est avantageux de ne dimensionner les circuits- oscillants série désaccordés inductivement que pour l'harmonique 5. Lors de 1' établissement. du projet dtinstalla- tions de réglage de la puissance réactive pour-des réseaux.bas- se tension contenant des harmoniques9=comprenant des circuits filtre désaccordés pour différents harmoniques, on peut éviter des colts importants de projets lorsqu on tient compte du fait que les courants harmoniques pour des convertisseurs statiques non commandés valent approximativement I 1 I n n0 1 Pour des convertisseurs statiques commandés, le taux dharmoniques peut sistre plus élevé, Si aucun autre condensateur (des condensateurs bloqués à 8 % des bobines ne perturbent pas) n'est inséré dans le réseau basse tension en plus des circuits filtre désaccordés inductivement, une amplification des harmoniques par résonances est exclue avec certitude, Pour l'établissement du projet des circuits filtre désaccordés ou de la connexion supplémentaire d'autres circuits oscillants série5 il s'est avéré avantageux de prendre en considération le fait que la puissance sommée des circuits oscillants série pour l'harmonique le plus faible à considérer, est choisie- de telle manière qu'un courant harmonique In 1. o 15 n peut entre pris avant que des circuits oscillants série désac- cordés de fréquences supérieures soient connectés en parallèle. Vu que les différents circuits oscillants série sont subordo-n- nés à des conditions de fonctionnement déterminées, des déclencheurs thermiques à maximum de courant séparés fonctionnant quadratiquement peuvent, conformément à une autre forme deexé- cution de l'objet de l'invention, être connectés en amont des circuits oscillants série, comme ceci est bien connu en soi (demande de brevet allemand publiée nO 1.076.257). Afin d'éviter une surcharge des différents circuits oscillants série, lors d'une défaillance d'un appareil de commutations par exepple lors du déclenchement d'un déclencheur à maximum de courant1 il est avantageux que les appareils de commutation des dircuits oscillants série connectés en parallèle soient verrouillés les uns par-rapport aux autres de telle manière que lors du déclenchement d'un appareil de commutation, en particulier d'un décelez cheur, les circuits oscillants série de fréquence supérieure par rapport au circuit oscillant série adjoint à cet appareil de commutation puisse entre mis hors circuit0 Une utilisation encore meilleure de la bobine en fer utilisée comme inductance est rendue possible, sans que le danger existe que des changements des inductances et donc des changements des fréquences d'accord des différents circuits filtre apparaissent à cause de courants d'enclenchement ou de surcharges momentanées, lorsqu'une connexion transversale entre les points de connexion de l'inductance et du condensateur des circuits filtre peut entre réalisée en meme temps que la mise en parallèle des circuits filtre de méme fréquence -nominale. La formation de résonance parallèle entre circuits filtre de mOme fréquence nominale, qui peut conduire à la surcharge et à la destruction ou au déclenchement permanent de la protection contre les surcharges des différents circuits filtre, est également diminuée de ce fait. On peut réaliser la connexion transversale en prévoyant des moyens de commande peu coûteux si la connexion transversale est commandée par l'appareil de commutation du circuit filtre ajouté. I1 est en outre avantageux de prévoir, pour la commande de la connexion transversale, un montage série de contacts auxiliaires ouverts-ouverts des appareils de commutation des circuits filtre mis en circuit juste avant avec la bobine de commande d'un appareil de commutation pouvant être actionné électromagnetiquement pour la commutation de la connexion transversale. Un exemple d'exécution conforme à l'invention est décrit et illustré à l'aide du dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente un schéma block du montage conforme à l'invention équipé de cinq circuits oscillants série disposés en parallèle la figure 2 représente un montage pour la commande des différents circuits oscillants série connectés en parallèle ; la figure 3 représente un schéma -block pour le montage conforme à l'invention équipé de cinq circuits filtre se trouvant en parallèle, parmi lesquels deux de fréquence nominale différente peuvent chaque fois 8tre reliés entre eux à l'aide d'une connexion transversale la figure 4 représente le schéma de montage pour la commande des circuits filtres conformément à la figure 3;; les figures 5 et 6 représentent un schéma block partiel et la commande pour un montage équipé de cinq- branches, parmi lesquelles trois et respectivement deux circuits filtre ont chaque fois la même fréquence nominale. Le montage pour la compensation de la puissance réactiveillustré sur la figure 1 représente un réseau qui est alimenté par un transformateur 1 et qui alimente les branches 2, 3 et 4, parmi lesquelles les branches 2 et 3 sont des branches de convertisseur statique commandé par thyristors. Les convertisseurs statiques sont désignés par 5 et les disjoncteurs qui commutent les branches par 60 Des moteurs. à courant continu 7 sont alimentés par les convertisseurs statiques 5 et la branche 4 alimente un moteur triphasé 8. les circuits oscillants série 9 à 13 qui se trouvent en parallèle avec les branches 2 à 4 sont constitués des condénsateurs 14 à 18 et des bobines9 à 230 Des résistances de fuite 24 sont connectés sur ces circuits oscillants par l'intermédiaire de contacts 25, Les circuits oscillants série 9 à 13 sont connectés au réseau par l'intermédiaire de contacts 26 à 30 et de coupe-circuits 31. Les contacts 26 à 30 sont des contacts de contacteurs commandés par le régulateur D2 lui-même raccordé à la ligne d'amenée du réseau par l'intermédiaire d'un transformateur de courant 33. Des déclencheurs à maximum de courant 34 protègent les branches 9 à 13 contre les surintensités.Comme on peut le voir sur la figure 2, le régulateur 32 est alimenté par le courant du réseau par l'intermédiaire d'un transformateur 58 et en tension du réseau par l'intermédiaire des coupecircuits 35, d'un interrupteur 36 et d'un contact à circuit de maintien 37 du contacteur 38. Le régulateur 32 actionne les contacts 39 à 43 actionnant à leur tour les contacteurs 44 à 48 Les contacteurs 44 à 48 commutent les contacts 26 à 30 qu' on peut voir à la figure 1 et donc les branches 9 à 13, à quoi il faut encore ajouter que les branches 9 et 10 sont accordées sur l'harmonique 5, les branches 11 et 12 sur l'harmonique 7 et la branche 13 sur l'harmonique 11 eu égard aux circuits oscillants série. Par conséquent, les contacts 39 à 43 du régulateur 32 sont actionnés les uns à la suite des autres et de telle manière que des circuits oscillants série d'ordre supérieur ne sont mis en circuit -que lorsque la puissance totale du circuit oscillant série d'ordre inférieur1 par exemple l'harmonique 5, est si grande que la partie prépondérente de tous les courants harmoniques de cette fréquence nominale peut être absorbée par les circuits oscillants La mise hors circuit des circuits 9 à 13 à la suite des surintensités s'effectue par les contacts 49 à 53 actionnés par les déclencheurs 34 contacts qui sont chaque fois en série avec les contacteurs 44 à 48. Deux autres contacts auxiliaires 54 et 55, le contact 54 étant commandé par le contacteur 44 et le contact 55 par le contacteur 45, sont connectés en série avec le circuit série constitué des contacts 41 et 51 ainsi que du contacteur 46. Des contacts corres pondant 54 et 55 sont intercalés dans le circuit devant commander le contacteur 4?o En outre, de tels contacts se trouvent dans le circuit du contacteur 48, dans ce cas des contacts 56 et 57 sont en plus connectés en série, contacts qui sont ac tionnés par le contacteur 46 ou 47o La fonction de ces montages est maintenant la suivante ç par exemple lors de la défaillance du circuit oscillant série 10, tous les circuits oscillants série pour des fréquences d'ordre plus élevé sont mis hors circuit de la façon suivante, Si le contact 50 s'ouvre, le contacteur 45 at mis au repos et les contacts 55 s'ouvrent de telle manière que les contacteurs 46, 47 et 48 sont poussés dans leur position de repos, Si le circuit oscillant série 12 est mis hors circuit, par exemple également à cause de l'ouverture du contact de surintensité.52, le contacteur 47- se met au repos de telle manière que le contact 57 s'ouvre et donc que le contac -teur 48 est hors tension, de sorte que le circuit 13 est mis hors circuit0 Les contacts 54 à 57 servent ainsi au verrouillage mutuel, Le m8me déroulement des opérations s'effectue lorsqu'un des contacts 39 à 43 est actionné et lorsque les contacts de surintensité restent fermés, Le montage pour la compensation de la puissance réactive repiésenté sur les figures 3 et 4 correspond- largemént au montage conforme aux figures 1 et 2. Dans ce cas, conformément à un autre mode d'exécution de l'objet de 19invention, une connexion transversale peut etre réalisée entre les points de connexion 58-et 59 de 19inductance 19 ou 20 avec- le condensateur 14 ou 15 grâce à un contact ouvert-ouvert 60 qui peut par exemple être un contact ouvert-ouvert du contacteur 45 Les points de connexion 61 et 62 des inductances 21 ou 22 avec-le condensateur 16 ou 17 sont reliés transversalement, d'une manière analogue, par l'intermédiaire d'un contact auxiliaire ouvert ouvert 63 qui peut être un contact du contacteur 47 Comme mentionné plus haut, les circuits filtre 9 et 10 sont accordés sur l'harmonique 5 les circuits filtre 11 et 12 sur l'harmonique 7 et le circuit 13 sur l'harmonique Il Tous les circuits filtre connectés en parallèle qui sont accordés sur l'harmonique 5 sont ainsi reliés transversalement par le contact 60 et tous les circuits filtre connectés en parallèle qui sont accordés sur l'harmonique 7 par le contact 63o Pour garantir que le circuit filtre 10 n'est relié transversalement au circuit filtre 9 que lorsque ce dernier est mis en circuit ou que le circuit filtre 12 n'est connecté transversalement que lorsque le circuit filtre 11 est mis en circuit, la bobine du contacteur 45 est précédée d'un autre contact 64 qui est un contact du contacteur 44, et la bobine du contacteur 47 est précédée d'un contact 65 du contacteur 460 Dans l'exemple exécution conforme aux figures 5 et 6 à la place du circuit filtre 12 conformément à la figure 1, on a prévu un circuit filtre 66 qui est également accordé sur l'harmonique 5 comme les circuits filtre 9 et lOo Le contact destiné à la mise en circuit de ce circuit filtre -est désigné par 67o I1 est associé à l'appareil de commutation 68 dont la bobine est représentée à la figure 6.A la place du circuit filtre 13, conformément à la figure 3,-on trouve, dans l'exemple d'exécution de la figure 5, un circuit filtre 69 qui est accordé sur l'harmonique 7. Ce circuit filtre -est mis en circuit par un contact 70 qui est associé à l'appareil de commutation 71 dont la bobine est dessinée à la figure 6. La mise en circuit des appareils de commutation associés 68 et 71 s'effectue par l'intermédiaire des contacts 72 et -73 du régulateur 32 Comme le montre la figure 6, à chaaue connexion transversale est associé un contacteur séparé qui sont pourvus des chiffres de référence 74, 75 et 76 et dont les bobines sont repré- sentées à la figure 6, le contact 60 qui établit la connexion transversale entre les circuits filtre 9 et 10 est assqcié au contacteur 74, le contact 77 qui établit la connexion transversale entre les circuits filtre 10 et 66 au contacteur 75 et le contact 63 qui établit la connexion transversale entre les circuits filtre 11 et 69 au contacteur76, Des appareils de commutation séparés pour la réalisation de la connexion transversale sont en général nécessaires à cause du fait que les connexions transversales doivent entre réalisées sur les trois p81esO Pour commander le contact 60 et donc le contacteur 74 la bobine de ce contacteur est précédée en série de contacts 78 et 79, le contact auxiliaire ouvert-ouvert 78 étant un contact du contacteur 44 et le contact 79 un contact du contacteur 45o Afin de pouvoir verrouiller, on prévu un contact 80 du contacteur 74 dans le circuit de la bobine pour le contacteur 46 servant de contact auxiliaire ouvert-ouvertO Un contact 81 dépendant du contacteur 46 se trouve dans le circuit de la bobine pour le contacteur 68 qui connecte le troisième circuit filtre 66 accordé sur l'harmonique So La connexion transversale 77 est ega- lement pratiquement simultanée grâce au contacteur 75, dans. le circuit de bobine duquel a été inséré un circuit série constitué des contacts auxiliaires ouvert-ouvert 82 en tant que contact du contacteur 68 et du contact 83, qui dépend de la fonction du contacteur 74 Un autre contact muni du chiffre de référence 84 se trouve , comme contact auxiliaire ouvert-ouvert, dans le circuit de la bobine pour le contacteur 71 et il dépend du contacteur 68o La connexion transversale entre les circuits filtre de lZharmonique 7, circuit filtre 11 et circuit filtre 69, s'effectue à l'aide du contact 63 du contacteur 76, dont la commande est subordonnée aux contacts 85 et 86, le contact 85 étant un contact du contacteur 46 et le contact 86 étant un contact du contacteur 71o Les contacteurs 74 et 75 provoquent ainsi la connexion transversale pour les circuits filtre qui sont accordés sur l'harmonique 5 tandis que le contacteur 76 réalise la connexion transversale pour les circuits filtre 11 et 69 qui sont accordés sur l'harmonique 7 Les points de liaison entre inductances et bobines dans les circuits filtre 66 et 69 sont caractérisés par les chiffres 87 et 88 L'exemple d'exécution des figures 5 et 6 représente un montage avec série mixte, cÇest-à-dire mulon connecte tout d'abord deux circuits filtre du cinquième rangS ensuite un circuit filtre du septième rang, ensuite un circuit filtre du cinquième rang et après de nouveau un circuit filtre du septième rang Les connexions transversales sont cependant prévues de telle manière que les circuits filtre de m8me fréquence nominale sont connectés ensemble uniquement~leun après l'autre Ce type de commutation présente l'avantage que des circuits filtre de fréquence nominale différente sont mis en circuit seulement sous charge partielle. R E V E N D I C A T I O N S 1 Montage pour la compensation de la puissance réactive des réseaux basse tension contenant des harmoniques, au moyen de condensateurs, caractérisé en ce que les condensateurs sont connectés, ensemble avec des inductances, en des circuits oscillants série désaccordés inductivement0 2 Montage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le désaccord inductif des circuîts oscillants série se trouve entre 5 et 30 ffi de la valeur qu'on obtient pour des circuits filtre accordés (XnD = (1,05 à l,3)o XnC)o 3 Montage suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que plusieurs circuits oscillants série désaccordés inductivement de même fréquence nominale sont connectés en parallèle0 4 Montage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que plusieurs circuits oscillants série désaccordés inductivement de fréquence nominale différente sont connectés en parallèle0 50 Montage suivant la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce qu'on a prévu un dispositif de commutation qui met en circuit les circuits oscillants série connectés en parallèle dans l'ordre de fréquence croissante et qui met hors circuit les circuits oscillants série connectés en parallèle dans l'ordre de fréquence décroissante0 6o Montage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la puissance sommée des circuits oscillants série pour l'harmonique le plus petit qu'il faut considérer est choisie de telle manière qu'un courant harmonique 1 In In 1î o ,5 peut eAtre absorbé avant que des circuits oscillants série désaccordés de fréquences supérieures soient connectés en parallèle0 7 Montage suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les circuits oscillants série sont 'pré- cédés de déclencheurs thermiques à maximum de courant séparés agissant quadratiquementO 8o Montage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les appareils de commutation des circuits oscillants série connectés en parallèle sont verrouillés les uns par rapport aux autres de telle manière que, lors du déclenchement~d'un appareil de commutation, en particulier d'un déclencheur , les-circuits oscillants série de fréquence supérieure par rapport au circuit oscillant série -associé à cet appareil de commutation puissent entre mis hors circuit, 90 Montage suivant lune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que en mtme temps que la mise en parallèle des circuits filtre de m8me fréquence nominale, une connexion transversale peut être étab-lie entre les points de jonction de l'inductance et du condensateur des circuits fil tre0 10. Montage suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la connexion transversale est commandée par l'appareil de commutation du circuit filtre mis en circuit. 11. Montage suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'on a prévu pour la commande de la connexion transversale un circuit série constitué de contacts auxili-aires ouvert-ouvert des appareils de commutation des circuits filtre mis en circuit précédemment et de la bobine de commande d'un appareil de commutation pouvant entre actionné électromagnétiquement pour la mise en-circuit de la connexion transversales