Трехфазное ступенчато регулируемое, компенсирующее и симметрирующее устройство Советский патент 1992 года по МПК H02J3/18 

Известно устройство, содержащее три трехфазные конденсаторные батареи с соединением конденсаторов между собой в каждой батарее треугольником (силовые конденсаторы напряжением 0,22; 0,39; 0,5 и 0,66 кВ) каждая из батарей подключена к фазным зажимам питающей сети через отдельный трехфазный трехполюсный выключатель.

При таком исполнении устройства на любой из ступеней мощности часть конденсаторов нагружена полным током, что снижает надежность работы устройства. В правильно спроектированной энергетической установке при меньшей мощности должны меньше нагреваться (нагружаться током) все элементы, что является условием увеличения ресурса работы, т.е. повышения экономичности энергетического оборудования. Кроме того, в известном устройстве затруднена реализация симметрирующих режимов или ограничена его функциональная возможность,

Целью изобретения является повышение надежности в работе устройства и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем. что три батареи конденсаторов своими захшма- ми соединены между собой непосредственно (накоротко) в трех точках (т.е. каждая из трех батарей соединена двумя своими вершинами треугольника конденсаторов в общие точки с вершинами треугольников конденсаторов двух других батарей), которые (общие точки батарей) подключены к фазным зажимам питающей сети через контакторы первого выключателя. Свободные (не соединенные между собой) внешние зажимы батарей (по одной в каждой) подключены к фазным зажимам питающей сети через контакты второго трехфазного выключателя.

На нижней ступени мощности (при разомкнутых контактах одного из выключателей) все три батареи частично недогружены, меньше нагреваются и, тем самым повышается надежность и увеличивается ресурс их работы. Учитывая, что максимальная мощность компенсирующих устройств практически используется лишь в ограниченном интервале времени (в максимуме нагрузки потребителей), предлагаемое устройство обеспечивает значительный технико-экономический эффект. Кроме того, упрощается реализация- несимметрирующих режимов, что достигается выполнением первого или второго, или каждого из обоих выключателей в виде трех независимо управляемых реакторов (в зависимости от требований диапазона симметрирования).

Расширение функциональных возможностей симметрирования в предлагаемом устройстве достигается формированием симметрирующих режимов как при замыкании любого одного, так и любых двух из трех независимо управляемых контактов одного трехполюсного выключателя. Этот эффект не достигается при подключении к сети каждой батареи конденсаторов через отдельный трехполюсный выключатель. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно расширить технические и функциональные возможности и область практического применения ступенчато регулируемых компенсирующих и симметрирующих устройств на основе типовых серийно изготовляемых батарей трехфазных конденсаторов с соединением треугольником. . На фиг. 1 приведена принципиальная

схема предлагаемого устройства: на фиг. 2 - вариант при расширении функций симметрирования; на фиг. 3 и 4 - электрические схемы замещения устройства при различных сочетаниях замкнутых независимо управляемых контактов.

Устройство (фиг. 1) содержит конденсаторы 1-9, составляющие три батареи 10{БК1), 11 (БК2) и 12 (БКЗ) и соединенные в каждой из батарей треугольником с внешними зажимами 13-15 в БК1 (10), 16-18 в БК2 и 19-21 в БКЗ (12). Каждая батарея конденсаторов своими двумя внешними зажимами (13 и 15 в БК1.16 и 18 в БК2 и 19, 21 в БКЗ) соединена непосредственно с двумя батареями в общие точки 22, 23 и 24, которые через контакты первого трехфазного (трехполюсного) выключателя 25 подключены к фазным зажимам питающей сети А, В, С. Свободные внешние зажимы батарей конденсаторов (14 в БК1, 17 в БК2. 20 в БКЗ)

подключены к фазным зажимам питающей

сети В, А. С через контакты 26 (К1), 27 (К2) и

28 (КЗ) второго трехполюсного выключателя.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии необходимости формирования симметрирующих режимов второй выключатель (контакты К1, К2, КЗ) целесообразно (более экономично) выполнить в виде

трехфазного выключателя аналогично выключателю 25 (с общей механической связью всех трех контактов 29-31). Пусть реактивная мощность одного конденсатора при его подключении на линейное напряже5 ние равна единице (См 1,0). Тогда при разомкнутых состояниях контактов первого выключателя 25 и контактов К1, К2, КЗ второго выключателя суммарная мощность (ре- активная) QJ, генерируемая в .сеть

устройством, равна нулю (Q 0) так же, как

и реактивные мощности каждой из трех фаз (Од О, QB 0, Qc 0).

При замкнутых контактах К1, К2 и @ схема замещения устройства соответствует фиг. 4,а. Реактивные мощности отдельных 5 фаз QA QB Qc 0.6 и суммарная реактивная мощность, генерируемая устройством питающую сеть Q j 1,8. При замкнутых ; контактах первого выключателя 25схемйза- мещения устройства соответствует фиг. 3. 10 Здесь реактивные мощности фаз QA QB Qc - 1.5 и суммарная мощность устройства QЈ 4,5, В замкнутом состоянии всех контактов 26-31 первого и второго выключателей реактивные мощности фаз QA QB 15 и суммарная мощность устройства Qf 9,0.

Таким образом, устройство обеспечивает три уровня мощности в симметричных режимах: 3ц 1,8, ChЈ 4,5 и ОзЈ 9,0 или его диапазон регулирования мощности 1:2/ 20 5:5.0. что в ряде случаев может оказаться более целесообразным, чем при независимом включении трех батарей конденсаторов, где меньший диапазон регулирования (равный 1:2, 0:3,0) достигается при большем 25 числе коммутирующих аппаратов (трех вместо двух в предлагаемом устройстве), т.е. в предлагаемом расширение диапазона регулирования в 1,67 раза достигается при . уменьшении числа коммутирующих аппара- 30 тов в 1:5 раза. Кроме того, в предлагаемом устройстве регулирования между второй и третьей ступенями различаются меньше, чем в известном.

При необходимости реализаций сим- 35 метрирующих режимов (фиг. 1) второй вы- . ключатель выполнен в виде независимо управляемых контактов К1 (26); К2 (27) и КЗ (28). Контакты 29-31 первого выключателя 25 при этом применяются замкнутыми. Gxe- 40 ма замещения по фиг. За соответствует разомкнутым контактам К1, К2 и КЗ, схема по фиг. 36 - замкнутому состоянию контакта К1, схема по фиг. З.в - замкнутому состоянию контактов К1 и К2. При замкнутом со- 45 стоянии контакта К1 (фиг. З.б) реактивные мощности фаз устройства QA 1,75, QB --.5 и Qc 1.75, суммарная пульсирующая мош ность (мощность несимметрии) N прибли женно равна удвоенной разности между 50 большей Об и меньшей QM реактивными мощностями отдельных фаз:

. М-2(Об-Ом) и в данном случае равна N 1,5.55

П0и замкнутом состоянии контактов К1-К2 (фиг. З.в) реактивные мощности фаз QA ч 2.75, Ов в 2,75 и Qc 2,0. суммарная пульсирующая мощность N - 1,5 или остает ся той же.

Значение реактивных мощностей фаз QI при замкнутых состояниях других контактов (К1, К2, КЗ и КЗ, К2 и КЗ)второго выключателя (при замкнутом состоянии всех контактов первого выключателя) в схеме устройства по фиг. 1 приведены в табл. 1.

Расширение функций симметрирования устройства достигается выполнением в виде независимо управляемых контактов 29 (К1), 30 (К2) и 31 (КЗ) первого выключателя 25 (фиг. 2). Контакты второго выключателя замкнуты (на фиг. 2 не показаны). При замкнутом состоянии контактов К1 (схема замещения устройства по фиг. 4,6) реактивные мощности фаз QA 1,67, QB 0,87 и Qc 1.03, суммарная пульсирующая мощность устройства N 2(1,67 - 0,87) 1.6.

При замкнутом состоянии контактов К1 и К2 (фиг. 46) реактивные мощности фаз QA 2,5, QB 1,0, Qc 2,5, суммарная пульсирующая мощность Q& 3,0 или в два раза больше, чем в схеме по фиг. 1,.что может быть достаточно для подавляющего большинства практических случаев.

Значения QI при замкнутых состояниях других контактов (К2, КЗ. К1 и КЗ, К2 и КЗ) в схеме по фиг. 2 приведены в табл. 2.

Дальнейшее применение функций симметрирования при необходимости может быть обеспечено выполнением в виде отдельно управляемых контактов как первого 25 (контакты 29, 30 и 31), так и второго (контакты 26, 27 и 28) выключателей. В этом случае различные симметрирующие режимы, формируются при различных сочетаниях одновременно замкнутых 2; 3; 4; 5 контактов; частотных режимов, соответствуют зна- чениям реактивных мощностей QI приведенных в табл. 1 и 2.

В предлагаемом устройстве расширяются функциональные возможности как при его работе в режимах симметричной ступенчато регулируемой компенсации (расширение диапазона регулирования, снижение стоимости за счет уменьшения числа коммутирующих агрегатов, повышение надежности и ресурса работы за счет частичной тепловой нагрузки на нижних уровнях мощности), так и при работе в режимах ступенчато регулируемого симметрирования (обеспечения выбора различных диапазонов симметрирования без увеличения схемы и элементной структуры устройства). Одним из основных достоинств предлагаемого устройства является его ориентация на применение типовых серийных узлов соединенных треугольником батарей силовых конденсаторов. Параллельное оключение не более 2, 3 предлагаемых устройств обеспечивает подавляющую часть потребностей

промышленных сетей электроснабжения как по диапазону регулирования реактивной мощности, так и по требованиям симметрирования их режимов.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Трехфазное ступенчато регулируемое компенсирующее и симметрирующее устройство, содержащее три трехфазные батареи конденсаторов с соединением конденсаторов каждой батареи треугольником и выключатели, соединяющие вершины треугольников батарей с фазами питающей сети, отличающееся тем, что, с целью

0

5

повышения надежности в работе и расширения функциональных возможностей, конденсаторы одной стороны треугольника каждой батареи соединены в дополнительный треугольник, вершины которого вместе со свободными вершинами остальных треугольников конденсаторов соединены с фазами питающей сети через два трехфазных выключателя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью расширения симметрирующих функций, по крайней мере один из трехфазных выключателей выполнен с по- фазным независимым управлением.

Т а б л и ц а 1

Изобретение относится к промышленной энергетике и может быть использовано в системах электроснабжения промышленИзобретение относится к промышленной энергетике (распределение энергии в промышленных электрических сетях) жет быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий с переменными и несимметричными нагрузками для компенсации реактивной мощности и/или для симметрирования режимов. Известны трехфазные ступенчато регулируемые компенсирующие и симметрирующие устройства, содержащие несколько (например, три) трехфазных батарей кон - денсаторов. подключенных к фазам питающей Сети через контакты такого же числа ных предприятий. Цель - повышение надежности работы и расширение функциональных возможностей. Для- этого в ступенчато регулируемое компенсирующее устройство, содержащее три батареи конденсаторов, внешними зажимами соединенные между собой в Трех точках, введено два трехфазных выключателя, контакты первого трехфазного выключателя подключены между фазными зажимами питающей сети и общими точками внешних зажимов батарей конденсаторов, а контакты второго трехфазного выключателя - между третьими внешними зажимами батареи конденсаторов и соответствующими фазными зажимами питающей сети. Для расширения диапазона симметрирующих режимов в виде трех независимых управляемых контактов выполнен первый выключатель, подключенный между фазными зажимами питающей сети и общими точками внешних зажимов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 ил. трехфазных выключателей, являющиеся органами ступенчатого управления. При выполнении выключателей таких устройств в виде независимо управляемых контактов они выполняют симметрирующие функции. Недостатком схем трехфазных ступенчато регулируемых компенсирующих и симметрирующих устройств при их использовании в наиболее распространенных низковольтных (напряжением менее 1000 В) в промышленных электрических сетях является снижение надежности работы включаемых треугольником типовых батарей конденсаторов. S4 д 00 W ю ел

Таблица 2

Г

22

L.

11 /5J23 1/0 . #JJ

Tf

/

«т и

;j

tfjJ

12 20 1

I6i&

Фиг. I

II5jj

/5

a

/5 21

Фиг.2

м

9в

7tt

8

и

if-