УПРАВЛЯЕМЫЙ ШУНТИРУЮЩИЙ КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована в качестве регулируемого реактивного сопротивления, в частности, статического компенсатора избыточной реактивной мощности в электрических сетях.
Известен управляемый реактор для регулирования потребления избыточной реактивной мощности, обмотка управления которого разделена на ряд секций, управляемых порознь, кроме того за счет большого числа витков усложнена конструкция реактора, при этом требуется большое число изоляционных выводов на крышке бака изолятора (патент РФ 2065654, H 01 F 29/02, 1996).
Наиболее близким к данной полезной модели является известный из уровня техники управляемый шунтирующий компенсатор реактивной мощности, содержащий замкнутый магнитопровод без зазоров, коаксиально расположенные вокруг стержня сетевую обмотку, обмотку управления и компенсационную обмотку, размещенную между ними, ключ управления, выполненный в виде тиристорного блока (WO 97/20328, Н 01 F 37/00, 05.06.1997).
Недостатком известного реактора является высокий уровень высших гармонических в токе реактора.
Задачей создания данной полезной модели является снижение уровня высших гармонических в токе сетевой обмотки компенсатора до допустимых пределов, достижение быстрого затухания колебательного процесса в переходных режимах его работы.
Для этого управляемый шунтирующий компенсатор реактивной мощности содержит замкнутый магнитопровод без зазоров, коаксиально расположенные вокруг стержня сетевую обмотку, обмотку управления и компенсационную обмотку, размещенную между ними и ключ
управления, выполненный в виде тиристорного блока, снабженный фильтрами высших гармонических, состоящими из последовательно соединенных конденсаторов и дросселей, с основными параметрами, выбранными из соотношения: ,
k
k
где L - индуктивность дросселей фильтров k-ой гармоники, а C - их емкости, и подключенными к компенсационной обмотке с возможностью обеспечения емкостного тока через сетевую обмотку при сохранении основных параметров фильтров, при этом торцевые части обмоток прикрыты магнитными шунтами, сечение стержня магнитопровода увеличено пропорционально напряжению на компенсационной обмотке, а компенсатор выполнен с возможностью уменьшения напряжения короткого замыкания со 100% при минимальной емкости фильтров до 89% при равенстве емкостного и индуктивного токов.
1
2
3
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема управляемого шунтирующего компенсатора, где 1 - сетевая обмотка, 2 - компенсационная обмотка, 3 - обмотка управления, 4 - тиристорный блок управления, 5, 6, 7 - конденсаторы фильтров 3-ей, 5-ой и 7-ой гармоник, 8, 9, 10 - дроссели фильтров тех же гармоник, 11 - вакуумный выключатель; на фиг.2. -эквивалентная схема компенсатора для расчета установившихся режимов его работы на промышленной частоте, где X, Х, Х - индуктивные сопротивления трансформатора, 4 - тиристорный блок управления, 5 - эквивалентная емкость фильтров.
1
Устройство работает следующим образом. При использовании в качестве управляющего ключа тиристорного блока 4 (фиг.1) основное изменение тока в сетевой обмотке 1 компенсатора осуществляется путем изменения угла зажигания тиристоров. При полностью запертых тиристорах блока 4 ток в сетевой обмотке 1 емкостный (на фиг.2 -индуктивное сопротивление X), величина которого зависит от
соотношения эквивалентной емкости фильтров и номинального сопротивления компенсатора. При полностью открытых тиристорах через сетевую обмотку компенсатора протекает номинальный индуктивный ток при промежуточных углах зажигания тиристоров. При проводящих тиристорах блока 4 ток в сетевой обмотке 1 максимальный индуктивный. При неполном времени горения тиристорного блока 4 в токе обмотке управления 3 возникают высшие гармонические. Для их гашения используется компенсационная обмотка 2, расположенная между основной обмоткой 1 и обмоткой управления 3. Для компенсации 3-ей, 5-ой, 7-ой гармонических используются фильтры, состоящие из последовательного соединения дросселя с фиксированной индуктивностью и конденсатора. Дроссели 8, 9, 10 и соответственно конденсаторы 5, 6, 7 являются парами, составляющими фильтр соответственно 3-ей, 5-ой, 7-ой гармоник. Параметры всех фильтров, состоящих из конденсаторов 5, 6, 7 и дросселей 8, 9, 10 выбираются из следующего соотношения:
,
k
где 4 - индуктивность дросселей фильтров k-ой гармоники, а C - их емкости.
В этом случае гармонические в токе обмотки управления 3, коммутируемой тиристорным блоком 4, индуктируют в компенсационной обмотке 2, короткозамкнутой для каждой из нечетных гармоник фильтрами, противо-эдс и соответственно ток и магнитный поток противоположного направления. В результате высшие гармонические в магнитном потоке компенсатора отсутствуют. Соответственно отсутствуют высшие гармонические в токе сетевой обмотки 1.
Отношение максимальных сопротивлений емкостей фильтров на промышленной частоте (приведенных к стороне высокого напряжения) к номинальному индуктивному сопротивлению компенсатора приведено в табл.1.
Таблица 1
Номер гармоники, к
3
5
7
(X<sub>с.к.</sub>/X<sub>L.ном</sub>)<sub>мин</sub>
(1/ωС<sub>3</sub>)/X<sub>L.ном</sub>=2,57
(1/ωС<sub>5</sub>)/X<sub>L.ном</sub>=7,22
(1/ωC<sub>7</sub>)/X<sub>L.ном</sub>=15,8
(X<sub>с.к.</sub>/X<sub>L.ном</sub>)<sub>макс</sub>
(1/ωC<sub>3</sub>)/X<sub>L.ном</sub>=12,9
(1/ωС<sub>5</sub>)/X<sub>L.ном</sub>=37,3
(1/ωС<sub>7</sub>)/X<sub>L.ном</sub>=82,5
с.ном
L.ном
с.
L.ном
В этой же таблице приведены те же отношения при равенстве номинальных индуктивного и емкостного токов компенсатора. Они значительно меньше. Любые промежуточные отношения Х/X могут быть получены при промежуточных отношениях X/X.
В замкнутой обмотке управления 3 магнитный поток вытесняется из стержней магнитопровода в пространство между сетевой обмоткой 1 и обмоткой управления 3 и частично в пространство, занимаемое этими обмотками, поскольку напряжение короткого замыкания равно или близко к его рабочему напряжению. При выходе из области расположения обмоток магнитный поток может проникать в конструктивные элементы компенсатора(стяжные балки ярем, обмотки, крышку, днище и стенки бака). Для устранения этого эффекта предусмотрена установка магнитных шунтов, прикрывающих сверху и снизу торцевые части обмоток и межобмоточное пространство(на чертежах не показано).
При замкнутой обмотке управления (при полностью проводящих тиристорах) магнитный поток вытесняется из стержня в межобмоточное пространство. Он улавливается с помощью магнитных шунтов и направляется в ярма. Напротив, при разомкнутой обмотке управления (при непроводящем тиристорном блоке) магнитный поток в стержне магнитопровода увеличивается пропорционально напряжению на компенсационной обмотке, что определяет необходимость соответствующего увеличения сечения стержня магнитопровода. Соответственно необходимо уменьшить напряжение короткого замыкания компенсатора со 100% при минимальной емкости фильтров до 89% при равенстве емкостного и индуктивного токов. При увеличении номинального емкостного тока увеличивается ток через тиристорный блок и напряжение на тиристорах (при непроводящем тиристорным блоке). В результате при равенстве емкостного и индуктивного номинальных токов мощность тиристорного блока вдвое больше, чем при минимальном емкостном токе компенсатора.
Благодаря тому, что необходимый емкостный ток через компенсационную обмотку компенсатора обеспечивается соответствующим увеличением емкости подключенных к обмотке фильтров, достигается технический результат - снижение уровня высших гармонических в токе сетевой обмотки компенсатора до допустимых пределов, быстрое затухание колебательного процесса в переходных режимах работы компенсатора, а за счет того, что сечение стержня магнитопровода увеличивается пропорционально напряжению на компенсационной обмотке предотвращается насыщение стержня магнитопровода магнитным потоком.