Jak snížit nesinusové napětí

Řada odběratelů elektřiny má nelineární závislost odběru proudu na přivedeném napětí, díky čemuž spotřebovává ze sítě nesinusový proud... Tento proud tekoucí ze systému přes prvky sítě způsobuje ne -sinusový úbytek napětí v nich, který "překrývá" přiložené napětí a zkresluje. Sinusové napěťové zkreslení se vyskytuje na všech uzlech od napájení k nelineárnímu elektrickému přijímači.

Zdroje harmonického zkreslení jsou:

• obloukové pece na výrobu oceli,

• ventilové měniče,

• transformátory s nelineární voltampérovou charakteristikou,

• frekvenční měniče,

• indukční pece,

• točivé elektrické stroje,

• poháněno ventilovými měniči,

• televizní přijímače,

• zářivky,

• rtuťové výbojky.

Poslední tři skupiny se vyznačují nízkou úrovní harmonického zkreslení jednotlivých přijímačů, ale velký počet z nich určuje významnou úroveň harmonických i ve vysokonapěťových sítích.

Viz také: Zdroje harmonických v elektrických sítích a Důvody pro výskyt vyšších harmonických v moderních energetických systémech

Způsoby snížení nesinusového napětí lze rozdělit do tří skupin:

a) řetězová řešení: rozložení nelineárních zátěží na samostatný sběrnicový systém, rozložení zátěží v různých jednotkách SES s paralelním zapojením elektromotorů, seskupení měničů podle schématu násobení fází, zapojení el. zatížení na systém s vyšším výkonem,

b) použití filtračních zařízení, paralelní zahrnutí zátěže úzkopásmových rezonančních filtrů, zahrnutí filtr-kompenzačních zařízení (FCD);

c) použití speciálních zařízení vyznačujících se sníženou úrovní generování vyšších harmonických, použití „nenasycených“ transformátorů, použití vícefázových měničů se zlepšenými energetickými charakteristikami.

Rozvoj elementární základ výkonové elektroniky a nové metody vysokofrekvenční modulace vedly v 70. letech k vytvoření nové třídy zařízení, zlepšení kvality elektřiny – aktivní filtry (AF)... Okamžitě vzniklo třídění aktivních filtrů na sériové a paralelní, dále proudové a napěťové zdroje, které vedlo ke čtyřem hlavním obvodům.

Každá ze čtyř struktur (obr. 1. 6) určuje obvod filtru na pracovní frekvenci: spínače v převodníku a samotný typ spínačů (dvoucestný nebo jednosměrný spínač). Jako zásobník energie v měniči, který slouží jako zdroj proudu (obr. 1.a, d), se používá indukčnosta v měniči, který slouží jako zdroj napětí (obr. 1.b, c), je využita kapacita.

Obrázek 1.Hlavní typy aktivních filtrů: a — paralelní zdroj proudu; b — paralelní zdroj napětí; c — sériový zdroj napětí; d — sériový zdroj proudu

Je známo, že odpor filtru Z při frekvenci w je roven

Když ХL = ХC nebo wL = (1 / wC) při frekvenci w, napěťová rezonance, což znamená, že odpor filtru pro harmonickou a napěťovou složku s frekvencí w je roven nule.V tomto případě budou harmonické složky s frekvencí w absorbovány filtrem a neproniknou do sítě. Na tomto jevu je založen princip navrhování rezonančních filtrů.

V sítích s nelineárním zatížením zpravidla vznikají harmonické kanonické řady, jejichž pořadové číslo je ν 3, 5, 7,. … ..

Obrázek 2. Ekvivalentní obvod výkonového rezonančního filtru

Vezmeme-li v úvahu, že XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), kde XL a Xc jsou odpory reaktoru a kondenzátorové banky při základní frekvenci, získáme:

Filtr, který kromě filtrování harmonických bude generovat reaktivní sílaa kompenzuje ztrátu síťového výkonu a napětí, se nazývá kompenzační filtr (PKU).

Pokud zařízení kromě filtrování vyšších harmonických plní funkce vyrovnávání napětí, pak se takové zařízení nazývá vyrovnávání filtrů (FSU)... Konstrukčně jsou FSU asymetrický filtr připojený k síťovému napětí sítě. Volba síťového napětí, ke kterému jsou připojeny filtrační obvody FSU, stejně jako výkonové poměry kondenzátorů obsažených ve fázích filtru, jsou určeny podmínkami vyrovnávání napětí.

Z výše uvedeného vyplývá, že zařízení jako PKU a FSU působí současně na několik indikátory kvality napájení (nesinusový, asymetrie, odchylka napětí). Taková zařízení pro zlepšení kvality elektrické energie se nazývají multifunkční optimalizační zařízení (MOU).

Účelnost ve vývoji takových zařízení vznikla v důsledku skutečnosti, že náhle proměnná zatížení typu obloukové ocelové pece způsobit současné zkreslení napětí pro řadu indikátorů. Využití MOU poskytuje možnost komplexně řešit problém zajištění kvality elektrické energie, tzn. současně pro několik ukazatelů.

Kategorie takových zařízení zahrnuje vysokorychlostní zdroje statického jalového výkonu (IRM).

Podle principu regulace jalového výkonu lze IRM rozdělit do dvou skupin: vysokorychlostní statické zdroje jalového výkonu přímé kompenzace, vysokorychlostní zdroje statického jalového výkonu nepřímé kompenzace... Struktury IRM jsou znázorněny na obrázku 3 , a, b, v tomto pořadí. Taková zařízení, která mají vysokou rychlost odezvy, mohou snížit kolísání napětí. Postupné nastavení a přítomnost filtrů zajišťuje vyvážení a snížení vyšších harmonických úrovní.

Na Obr. Na obr. 3 je znázorněn obvod přímé kompenzace, kde se spíná "řízený" zdroj jalového výkonu tyristory kondenzátorová banka. Baterie má několik sekcí a umožňuje diskrétně měnit generovaný jalový výkon. Na Obr. 3b, výkon IRM se mění nastavením reaktoru. Při tomto způsobu řízení reaktor spotřebovává přebytečný jalový výkon generovaný filtry.Proto se metoda nazývá nepřímá kompenzace.

Obrázek 3. Bloková schémata multifunkčního IRM s přímou (a) a nepřímou (b) kompenzací

Nepřímá kompenzace má dvě hlavní nevýhody: absorpce přebytečného výkonu způsobuje dodatečné ztráty a změna výkonu reaktoru pomocí ovládacího úhlu ventilu vede k dodatečnému generování vyšších harmonických.