КОНДЕНСАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к электроэнергетике трехфазного переменного тока и может быть использована с целью компенсации реактивной мощности и повышения качества электроэнергии в электрической сети.
Конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности известны.
Известна, например, трехфазная симметричная силовая конденсаторная батарея по патенту РФ №2024152 [1]. Сущность изобретения состоит в том, что из нескольких секций одинаковых блоков однофазных конденсаторов, соединенных в треугольник путем последовательного объединения контактов, составлен многополюсный единый контур, из контактных точек которого через несколько трехполюсных выключателей выполнены соединения с трехфазной сетью. Недостатком аналога является его конструктивная сложность, выражающаяся в множественности конструктивных и функциональных связей, снижающих надежность устройства.
Известна конденсаторная установка по авторскому свидетельству СССР №1495903 [2], содержащая три трехфазных конденсаторных секции одинаковой мощности, состоящих из трех трехфазных звеньев, включенных звездой или треугольником. Фазные выводы каждого звена секции предназначены для подключения к фазам сети через соответствующий двухполюсный или однополюсный ключ. Установка имеет шесть ступеней мощности при трех одинаковых конденсаторных секциях, каждая из которых состоит из трех треугольных звеньев.
Недостатками являются: незначительная разница мощностей ступеней регулирования каждой секции при одинаковых однофазных конденсаторах, которая составляет всего 11%; отсутствие унификации в применении элементов регулирования - разнополюсные ключи; ограниченное количество ступеней регулирования; значительный пусковой ток на первой ступени регулирования и отсутствие постоянного подогрева всех конденсаторов при работе на первой ступени, что необходимо для работы в условиях Крайнего Севера.
Указанные недостатки устраняются конденсаторной установкой по патенту на изобретение №2302068, содержащей трехфазные конденсаторные секции одинаковой мощности, состоящие из нескольких трехфазных звеньев, каждое из которых содержит три одинаковых силовых однофазных конденсатора, соединенных в треугольник, и трехполюсные трехфазные ключи для подключения секции к трехфазной сети переменного тока [3]. Однако в известной конденсаторной установке не предусмотрено уменьшение пускового тока в момент включения второй ступени звена установки. Возникающие при пусковом режиме броски тока могут вызвать нарушения в работе конденсаторов, что приведет к сбою в работе всей конденсаторной установки.
Конденсаторная установка по патенту РФ №2302068 [3] является наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели.
Техническим результатом предложенного решения является защита конденсатора от бросков пусковых токов в момент включения не только первой, но и второй ступени каждого звена.
Для достижения технического результата конденсаторная установка содержит трехфазные конденсаторные секции одинаковой мощности, содержащие большое треугольное звено, составленное из трех одинаковых трехфазных малых треугольных звеньев, каждое из которых содержит три одинаковых силовых однофазных конденсатора, соединенных в малый треугольник, и трехполюсные трехфазные ключи для подключения секции к трехфазной сети переменного тока, отличающаяся тем, что в плечи большого треугольника между малыми треугольными звеньями включены катушки индуктивности, при этом первая вершина каждого треугольного звена подключена к соответствующей фазе сети через первый трехполюсный трехфазный выключатель (ТТВ), при этом вторая вершина первого малого треугольного звена через первую катушку индуктивности соединена с третьей вершиной второго треугольного звена, вторая вершина второго треугольного звена через вторую катушку индуктивности соединена с третьей вершиной третьего треугольного звена, вторая вершина третьего треугольного звена через третью катушку индуктивности соединена с третьей вершиной первого треугольного звена, причем средние точки катушек индуктивности соединены через второй ТТВ с фазами секции таким образом, чтобы средняя точка первой катушки индуктивности была через второй ТТВ подключена к той фазе сети, к которой не подключены первые вершины первого и второго малых треугольных звеньев, а средняя точка второй катушки индуктивности была подключена через второй ТТВ к той фазе сети, к которой не подключены первые вершины второго и третьего малых треугольных звеньев, а средняя точка третьей катушки индуктивности была подключена через второй ТТВ к той фазе сети, к которой не подключены первые вершины третьего и первого малых треугольных звеньев.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлена принципиальная электрическая схема заявляемой конденсаторной установки. Устройство содержит одинаковые конденсаторные секции 1, 2…,N одинаковой мощности. Основной структурный элемент заявляемой конденсаторной установки - секция (поз.1) - содержит большое треугольное звено 35, составленное из трех одинаковых трехфазных малых треугольных звеньев 3, 4, 5. Каждое из них в свою очередь состоит из трех одинаковых силовых однофазных конденсаторов: малое треугольное звено 3 состоит из конденсаторов 6, 7, 8; звено 4 состоит из конденсаторов 9, 10, 11; звено 5 - из конденсаторов 12, 13, 14.
При этом в плечи большого треугольника 35 между малыми треугольными звеньями 3, 4, 5 включены катушки индуктивности 32, 33, 34 соответственно, средние точки 29, 30, 31 которых выведены на второй ТТВ19. Выводы каждого из конденсаторов 6-14 предназначены для подключения к фазам сети 15, 16, 17 через первый ТТВ 18.
Структура и работа секции 1 как модульного элемента заявляемой конденсаторной установки тождественна каждой секции 2,…,N.
В режиме минимальной мощности, 20% от номинальной, первая вершина 20, 21, 22 каждого треугольного звена 3, 4, 5 соответственно подключена к соответствующей фазе сети: 20 - к 15; 21 - к 16; 22 - к 17 через первый ТТВ 18. При этом вторая вершина 23 первого малого треугольного звена 3 через первую катушку индуктивности 32 соединена с третьей вершиной 24 второго треугольного звена 4. Вторая вершина 25 второго треугольного звена 4 через вторую катушку индуктивности 33 соединена с третьей вершиной 26 третьего треугольного звена 5. Вторая вершина 27 третьего треугольного звена 5 через третью катушку индуктивности 34 соединена с третьей вершиной 28 первого треугольного звена 3.
Средние точки 29, 30, 31 катушек индуктивности 32, 33, 34 соответственно, соединены с вторым ТТВ 19 таким образом, чтобы средняя точка 29 катушки индуктивности 32 была подключена к той фазе сети, к которой не подключены первые вершины 20 и 21 малых треугольных звеньев 3 и 4, соответственно, а средняя точка 30 второй катушки индуктивности 33 была подключена к той фазе сети, к которой не подключены первые вершины 21 и 22 малых треугольных звеньев 4 и 5, а средняя точка 31 третьей катушка индуктивности 34 была подключена к той фазе сети, к которой не подключены первые вершины 22 и 23 малых треугольных звеньев 5 и 3.
пуск
Этим достигается исключение бросков пусковых токов (I) конденсаторов малых треугольных звеньев при включении выключателей и первого ТТВ 18, и второго ТТВ19, что и является техническим результатом полезной модели.
с
с
С появлением в сети реактивной мощности нагрузки регулятором установки (не показан) или вручную первым включают трехполюсный трехфазный ключ 18. После этого все звенья секции получают напряжение. Мощность всей секции составит 20% номинальной мощности секции (Qном). Шесть конденсаторов 7-9, 10-12, 13-6 получают напряжение более чем в два раза меньше, а три конденсатора 8, 11, 14 - в пять раз меньше номинального, поэтому выдаваемая реактивная мощность достигает 20% от номинальной мощности конденсаторной секции Qном.
В режиме номинальной мощности средние точки 29, 30, 31 катушек индуктивности 32, 33, 34 соответственно, соединены с трехполюсным трехфазным ключом 19 второй ступени с возможностью подключения к третьей фазе сети 15, 16, 17, относительно других фаз своих звеньев: точка 29 подключена к фазе 17, точка 31 - к фазе 16, точка 30 к фазе 15, чтобы образовались три независимых емкостных треугольных звена, подключенных к сети большим треугольником 35. При этом конденсаторы включаются параллельно по три: 12, 11, 7; 13, 9, 8; 14, 10, 6. За счет этого суммарная мощность всей секции достигает номинальной величины
с
к1
Qном=100%, где Qном - номинальная мощность одного конденсатора.
Поскольку реактивное сопротивление однофазных конденсаторов 6-14 во много раз превышает реактивное сопротивление катушек индуктивности 32, 33, 34 (более, чем в 10 раз), то их влиянием на расчет общей мощности установки можно пренебречь.
Более того, при включении второго ТТВ 19 каждая катушка индуктивности 32, 33, 34 работает в режиме «сдвоенного реактора», что снижает на них падающее напряжение и незначительно повышает напряжения на конденсаторах, и при этом катушки 32, 33, 34 обтекаются током меньше фазного в √3 раз.
Таким образом, на номинальный режим работы реактивное сопротивление катушек не влияет, но при пусковом режиме резко снижаются пусковые токи всех конденсаторов при включении обоих ТТВ (18 и 19).
Применение предлагаемого устройства на современных промышленных предприятиях, особенно в условиях Крайнего Севера, увеличивает срок службы силовых конденсаторов за счет их предварительного подогрева в постоянном режиме и уменьшения бросков тока всех конденсаторов при коммутации ступеней в автоматическом или ручном режимах.
Источники информации
1. Патент РФ №2024152. Трехфазная симметричная силовая конденсаторная батарея. Дата публикации: 30.11.1994.
2. Авторское свидетельство СССР №1495903. Конденсаторная установка. Бюл. №27, 23.07.89.
3. Патент РФ №2302068. Конденсаторная установка. Дата публикации: 10.01.2007 (прототип).