КОНДЕНСАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике, в частности к электрораспределительному оборудованию, и служит для компенсации в автоматическом режиме реактивной мощности индуктивного характера в условиях переменных нагрузок с целью поддержания уровня реактивной мощности в заданном диапазоне значений, подавления гармонических составляющих напряжения и тока и улучшения качества электроэнергии.
Из уровня техники известна конденсаторная установка для автоматической компенсации реактивной мощности типа УКМ (Руководство по эксплуатации ДИАФ. 673820.015 РЭ, 1990, Установка конденсаторная типа УКМ. 28 с, с. 13, 14), состоящая из трансформатора тока, регулятора реактивной мощности, пускателей электромагнитных, ступеней регулирования, причем первый вход трансформатора тока соединен с линейным проводом фазы А источника питания, а второй вход трансформатора тока соединен с линейным проводом фазы А нагрузки. Известное устройство позволяет автоматически изменять суммарную емкость конденсаторов при изменении величины индуктивной составляющей реактивной мощности нагрузки путем последовательного подключения и отключения отдельных ступеней регулирования при помощи магнитных пускателей.
К его недостаткам относятся: большой уровень коммутационных помех при подключении и отключении отдельных ступеней, повышенный износ контактных групп магнитных пускателей, большие величины зарядно-разрядных токов, протекающих через конденсаторы при подключении и отключении, что приводит к сокращению срока службы последних. Инерционность магнитных пускателей, которые применяются в данном устройстве в качестве коммутационных узлов, не позволяет компенсировать быстрые изменения величины индуктивной составляющей реактивной мощности нагрузки. Кроме того, устройство имеет увеличенные массогабаритные характеристики (по три полупроводниковых переключателя в каждой ступени и дополнительно два трансформатора тока), компенсация реактивной мощности по каждой фазе дает хороший результат, но применяется редко ввиду дороговизны. Все основные индуктивные нагрузки распределены по фазам равномерно и необходимость применения компенсации по фазам отпадает.
Известна конденсаторная установка для автоматической компенсации реактивной мощности (RU 96670 U1, опубликовано 10.08.2010 г.), состоящая из трансформатора тока, регулятора реактивной мощности, пускателей электромагнитных, ступеней регулирования, причем вход трансформатора тока соединен с линейным проводом фазы A источника питания, а другой вход трансформатора тока соединен с линейным проводом фазы A нагрузки.
Недостатками аналога являются: большой уровень коммутационных помех при подключении и отключении отдельных ступеней, повышенный износ контактных групп магнитных пускателей, большие величины зарядно-разрядных токов, протекающих через конденсаторы при подключении и отключении, что приводит к сокращению срока службы последних. Инерционность магнитных пускателей, которые применяются в данном устройстве в качестве коммутационных узлов, не позволяет компенсировать быстрые изменения величины индуктивной составляющей реактивной мощности нагрузки. Кроме того, схемотехнические особенности известного устройства не позволяют эффективно применять его для компенсации величины индуктивной составляющей реактивной мощности при несимметричной нагрузке. Инерционность магнитных пускателей при быстром изменении нагрузки, катушка не успевает среагировать.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели, принятым за прототип является конденсаторная установка для автоматической компенсации реактивной мощности (RU 2467448 C1, опубликовано 20.11.2012 г.), состоящая из трансформатора тока, регулятора реактивной мощности, пускателей электромагнитных, ступеней регулирования, причем первый вход трансформатора тока соединен с линейным проводом фазы A источника питания, а второй вход трансформатора тока соединен с линейным проводом фазы A нагрузки, дополнительно содержит зарядно-разрядное устройство с функцией компенсации токов утечки конденсаторов, два дополнительных трансформатора тока, вместо пускателей электромагнитных применяются двунаправленные управляемые полупроводниковые ключи, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами регулятора реактивной мощности обеспечивая возможность раздельной по фазам коммутации ветвей ступеней регулирования.
Недостатком прототипа является низкий диапазон компенсируемой реактивной мощности, влияющий на качество электроэнергии.
Технический результат полезной модели - увеличение диапазона компенсируемой реактивной мощности и точности компенсации индуктивной реактивной мощности нагрузки.
Технический результат достигается тем, что в конденсаторную установку для автоматической компенсации реактивной мощности, содержащую трансформатор тока, регулятор реактивной мощности, n ступеней регулирования компенсации реактивной мощности, зарядно-разрядное устройство, при этом регулятор реактивной мощности соединен с каждой ступенью регулирования компенсации реактивной мощности, которая соединена с фазами A, B, C источника питания, введены дополнительные зарядно-разрядные устройства, дроссели, полупроводниковые переключатели тока (симисторы), причем каждая ½ n ступень регулирования компенсации реактивной мощности образована полупроводниковым переключателем тока, входы которых соединены с соответствующими фазами А, В, С источника питания и с соответствующими выходами полупроводникового инвертора, при этом выходы полупроводникового переключателя тока соединены через зарядно-разрядное устройство с конденсатором, выполненным трехфазным; а другая каждая ½ n ступень регулирования компенсации реактивной мощности образована дросселями тока соединенными одними выходами с фазами А,В,С источника питания, а другими выходами с входом полупроводникового переключателя, соединенного через зарядно-разрядное устройство с конденсатором трехфазным, образуя схему треугольника.
На фиг. показана блок-схема конденсаторной установки для автоматической компенсации реактивной мощности, где приняты следующие обозначения:
1 - входная трехфазная четырехпроводная шина источника питания;
2 - выходная трехфазная шина нагрузки (полупроводниковый инвертор, двигатель и т.д.);
3 - трансформатор тока;
4 - регулятор реактивной мощности;
5 - ступени регулирования компенсации реактивной мощности;
6 - полупроводниковый переключатель тока (например, симистор);
7 - конденсатор трехфазный;
8 - зарядно-разрядное устройство;
9 - соединитель;
10 - дроссель;
A, B, C - фазы источника питания;
N - нулевой провод источника питания.
Конденсаторная установка для автоматической компенсации реактивной мощности содержит входную трехфазную (A, B, C) четырехпроводную шину (1) для подключения к нулевому проводу источнику питания Ν, выходную трехфазную шину нагрузки (2) (для подключения нагрузки), трансформатор тока (3), регулятор реактивной мощности (4), n ступеней регулирования компенсации реактивной мощности, 1/2 n из которых состоит из дросселя (10), полупроводникового переключателя тока (6) и конденсаторов трехфазных, подключенных по схеме треугольника (7) (применяется во втором прототипе) зарядно-разрядного устройства (8) с функцией компенсации токов утечки конденсаторов трехфазных (7). Другие 1/2 n ступеней регулирования реактивной мощности состоят из полупроводникового переключателя тока (6) и конденсаторов трехфазных (7), зарядно-разрядного устройства (8). Первый вход трансформатора тока (3) подключен к фазе A входной трехфазной четырехпроводной шины 1 источника питания, второй вход трансформатора тока (3) подключен к фазе A выходной трехфазной четырехпроводной шины (2) таким образом, чтобы потребляемый нагрузкой ток полностью проходил через первичные обмотки трансформатора тока (3). Выходы трансформатора тока (3) также подключены к входу регулятора реактивной мощности (4). Управляющие входы n ступеней регулирования компенсации реактивной мощности (5) подключены к выходам регулятора реактивной мощности (4), силовые входы полупроводниковых переключателей тока (6) подключены к дросселям (10), соединенных к фазам A, B и C выходной трехфазной четырехпроводной шины (2). Силовые выходы полупроводникового переключателя тока (6) подключены к входам конденсаторов трехфазных (7) схемы треугольника, причем емкости конденсаторов, принадлежащих к ступени регулирования под номером к, определяются по формуле (1):
где через C1 обозначена емкость конденсаторов первой ступени регулирования, зарядно-разрядное устройство (8) с функцией компенсации токов утечки, таким же образом подключены и ступени регулирования компенсации реактивной мощности (5), за исключением дросселей (10) для фильтрации гармоник.
Управляющие сигналы на включение соответствующих ключей подаются в моменты достижения линейным напряжением, под которое подключается конкретный конденсатор трехфазный (7) амплитудного значения, при этом разность потенциалов на полупроводниковом переключателе тока (6) в момент включения близка к нулю. Отключение конкретного конденсатора трехфазного (7) также происходит в момент достижения линейным напряжением, под которое подключен соответствующий конденсатор трехфазный (7) амплитудного значения, при этом близка к нулю величина протекающего через полупроводниковый переключатель тока (6). Описанный алгоритм коммутации конденсаторов трехфазных (7) полупроводниковыми ключами (6) позволяет свести к минимуму коммутационные скачки токов и напряжений. Выбор типа ступеней регулирования компенсации реактивной мощности (5) происходит автоматически в зависимости от наличия высших гармонических составляющих. При постоянной индуктивной нагрузке работают ступени регулирования компенсации реактивной мощности, включающие полупроводниковые переключатели тока (6), а при появлении гармоник включаются ступени регулирования компенсации реактивной мощности с дросселями (10).
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет увеличить диапазон компенсируемой реактивной мощности и точность компенсации индуктивной реактивной мощности нагрузки, другими словами, свести к минимуму коммутационные скачки токов и напряжений и компенсировать индуктивную реактивную мощность нагрузки симметрично в каждой фазе путем автоматического переключения количества ступеней регулирования реактивной мощности и выбора типа ступеней регулирования реактивной мощности в зависимости от характера реактивной мощности нагрузки. Полупроводниковые переключатели тока быстро реагируют на изменение параметров нагрузки. Точность компенсации реактивной мощности определяется величиной емкости трехфазных конденсаторов первой ступени регулирования, а диапазон регулирования зависит от количества n ступеней регулирования реактивной мощности.
Заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначено для использования в области промышленного электрораспределительного оборудования.