Возрастание удельного веса нелинейных нагрузок, имеющих низкий коэффициент мощности, привело к необходимости применять в составе фильтров батареи конденсаторов весьма большой мощности (Кр >0,015), что позволило значительно снизить требования к точности настройки фильтров. Следует также отметить, что ущерб, обусловленный высшими гармониками тока и напряжения в сети максимален при значительных величинах напряжения гармоник и уменьшается в квадратичной зависимости. Поэтому необходимость полного снижения уровней гармоник на основе экономических соображений, практически отсутствует; достаточно снизить их до предела, определяемого техническими требованиями, например, до значения коэффициента несинусоидальности 5%, допустимого согласно ГОСТ 13109-67. При таком подходе в рассматриваемом случае (Кр>0,015 ) отпадает необходимость устанавливать большое число фильтров.
Действующее значение основной и высших гармоник
;
где n - порядковый номер гармоники
;
;
;
;
Реактивная мощность преобразователя подлежащая компенсации
Q=7,43/2=3,715МВАр;
По табл.16-19 [6] выбираем конденсатор:
тип КС2-6,3-100-2УЗ
емкость С=8,03мкФ; цена Ц=2,15у.е./кВАр.
Вариант распределения реактивной мощности между фильтрами
Ф11 Q=1,5МВАр – 5 параллельно включенных конденсаторов в каждой фазе
Ф13 Q=1,5МВАр – 5 параллельно включенных конденсаторов в каждой фазе
Ф23 Q=0,9МВАр – 3 параллельно включенных конденсаторов в каждой фазе
Фильтр 25 гармоники не устанавливаем, т.к. имеем перекомпенсацию реактивной мощности.
Рассмотрим необходимость установки Ф23 гармоники с точки зрения обоснования точности настройки СРФ.
Ф11 ;
Ф13 ;
Ф23 ;
Т.к. , то снижать требования к точности настройки СРФ нельзя и необходимо использовать все 3 СРФ.
;
6.9. Анормальные гармоники, генерируемые вентильными преобразователями
При симметрии управляющих импульсов систем импульсно-фазового управления вентильные преобразователи являются источниками нечетных высших гармоник тока, которые могут быть найдены по соответствующим формулам или кривым. При гармоническом анализе кривых линейных токов управляемых преобразователей в ряде случаев имеет место асимметрия управляющих импульсов; углы управления a по отдельным каналам системы управления могут отличаться друг от друга и от установочного значения a на величину ошибки.
Наличие ошибок углов управления в статическом режиме работы преобразователя обусловливается разбросом параметров элементов, из которых собраны устройства импульсно-фазового управления, а также несовершенством частотных фильтров на входе этих устройств; последнее существенно при питании их от сети с несинусоидальным напряжением. Появление значительных ошибок возможно также при некачественной настройке систем импульсно-фазового управления. При 6-фаз-ной схеме в спектре тока преобразователя содержатся как гармоники канонических порядков (n=5; 7; 11;13 ), так и неканонические, или анормальные гармоники (n=2; 3; 4; 6; 8; 9; 10...).
Распределение ошибок углов зажигания управляемых вентилей подчиняется нормальному закону. Это объясняется в первую очередь тем, что на величину ошибки влияет большое число независимых случайных факторов.
Величины анормальных гармоник тока, генерируемых вентильными преобразователями, очень малы; они не могут создать значительных гармоник напряжения в питающей сети.
6.10. Параметры силовых фильтров
Цепи фильтров включаются в звезду с изолированной нейтралью, соединение в треугольник не применяется из опасения, что перекрытие изоляции одной фазы конденсаторов, приводящее к междуфазному замыканию, может вызвать большие повреждения фильтров. К нулевой точке в большинстве случаев подключаются реакторы; при этом корпусная изоляция конденсаторов имеет напряжение относительно земли на несколько процентов меньше, чем в случае, когда к нулевой точке подключены, конденсаторы; это соображение считается существенным и такое включение является рекомендуемым.
В соответствии с техническими условиями эксплуатации батарей конденсаторов, принятыми в большинстве европейских стран, длительно допустимые превышения напряжения и тока сверх номинальных значений лимитируются некоторыми величинами соответственно Си и Ci (в долях от номинальных значений). Согласно ГОСТ1282-68 Си ==1,1 и Сi ==1,3; длительные перегрузки конденсаторов приводят к сокращению срока службы их.
Для конденсаторов, работающих в схемах силовых фильтров, стремятся не допускать превышения напряжения в сравнении с номинальным значением (Сu=1) Фазное напряжение промышленной частоты на зажимах батареи конденсаторов фильтра определяется по формуле
, (6.5)
где Un—фазное напряжение промышленной частоты на шинах подстанции.
, (6.6)
Коэффициент характеризует степень увеличения напряжения на батарее, в сравнении с напряжением на шинах за счет последовательного включения реактора.
;
;
;
Напряжение n-й гармоники на конденсаторах при соединении в звезду
, (6.7)
где Inб — ток n-й гармоники, протекающий в батарее конденсаторов; — емкостное сопротивление ее при промышленной частоте.
;
;
;
Номинальный ток батареи конденсаторов:
, (6.8)
Ф11 ;
Ф13 ;
Ф23 ;
Проверка выбранных батарей конденсаторов производиться по условию допустимой перегрузки по напряжению:
, (6.9)
где ;
Ф11 ;
Ф13 ;
Ф23 ;
Проверка выбранных батарей конденсаторов по условию допустимой перегрузки по току:
, (6.10)
Учитывая возможность проникновения в фильтр других гармоник помимо той, на которую он настроен, целесообразно выбрать коэффициент Сi с некоторым запасом; окончательно второе условие для выбора батарей фильтров представим в виде
, (6.11)
Ф11 , - условие не выполняется.
В реальных условиях необходимо принимать во внимание отклонения емкости от номинальных значений. Данное отклонение рассмотрим ниже.
Ф13 , - условие выполняется;
Ф23 , - условие выполняется;
Выбор реактора производим по уравнению идеального резонанса. При идеальной настройке в резонанс и номинальных значениях индуктивности Lном и емкости Сном справедливо следующее соотношение:
, (6.12)
, (6.13)
Ф11 ;
Ф13 ;
Ф23 ;
По табл.4-30 [3] выбираем:
Ф11 тип РБА-6-200-4
;
DР=5,1кВт на фазу, Ц=1720у.е.
По табл.16-38 [6] выбираем:
Ф13 тип РБАС-6-2х1000-4
;
DР=8,5кВт на фазу
По табл.16-38 [6] выбираем:
Ф23 тип РБАС-6-2х600-4
- одной ветви
DР=7,5кВт на фазу
Отклонения индуктивности и емкости от номинальных значений.
Индуктивность L имеет отклонение, обусловленное несовершенством технологии изготовления реакторов:
; (6.14)
где относительное отклонение индуктивности от номинального значения .
Согласно ГОСТ 1479-69 допускается относительное отклонение индуктивности в пределах 0—15%.
В реальных условиях вследствие изменения геометрических размеров реактора в зависимости от температуры нагрева индуктивность его несколько возрастает с температурой; однако это изменение незначительно и им можно пренебречь.
Емкость батарей конденсаторов С также имеет отклонение DС от номинального значения, обусловленное в первую очередь разной толщиной бумаги, пропитываемой синтетическими жидкостями:
, (6.15)
где относительное отклонение емкости от номинального значения .
Согласно ГОСТ 1282-68 допускается относительное отклонение емкости конденсаторов в пределах -5 +10%.
Зависимость емкости батареи конденсаторов Сt от температуры нагрева определяется известным соотношением
, (6.16)
Здесь Со - величина емкости при температуре 20 °С;
Dt = t °-20°; —температурный коэффициент емкости;
для конденсаторов с пропиткой синтетическими жидкостями он равен -4—8•10-4 1/°С.
Таким образом, выражение для емкости конденсаторов одной фазы фильтра можно представить в виде
, (6.17)
С учетом выше изложенного, сделаем перерасчет для фильтра 11 гармоники по допустимой перегрузки по току.
;
;
Ф11 , 1,14>1,12 – превышение допустимого тока на 1,7%.
Индуктивное и емкостное сопротивления фильтра изменяются с изменением частоты питающей сети. Обозначив через Dw отклонение частоты от номинального значения , можем записать:
, (6.18)
где относительное отклонение частот от номинального значения .
Абсолютная величина реактивного сопротивления фильтра гармоники DXфn при расстройке резонансного контура вследствие отклонений индуктивности и емкости от номинальных значений представляется выражением
, (6.19)
Реальные значения и пределы изменения величин, входящих в формулу, следующие:
Dt=0—60°С; = -0,02 -0,01.
Ф11 ;
=
= -83Ом – отклонение носит емкостной характер.
Ф13 ;
=
= -70Ом – отклонение носит емкостной характер.
Ф23 ,
=
= -12Ом – отклонение носит емкостной характер.
Относительное отклонение реактивного сопротивления фильтра от величины емкостного сопротивления при идеальной резонансной настройке выражается формулой
, (6.20)
Ф11 ;
Ф13 ;
Ф23 ;
a—это коэффициент, характеризующий расстройку фильтра в зависимости от возможных отклонений индуктивности и емкости, обусловленных технологическими и эксплуатационными условиями. Требуется, чтобы çaï<0,1, таким образом, возможная расстройка может достигать двух порядков.
Оценим величину относительного отклонения реактивного сопротивления фильтра на нерезонансных частотах в частности на частоте n=13. Реактивное сопротивление фильтра на частоте гармоники порядка :
, (6.21)
;
- отклонение реактивного сопротивления фильтра на нерезонансных частотах можно не учитывать.
6.11. Особенности работы силового фильтра при отклонениях от резонансной настройки
Идеальный фильтр гармоники полностью потребляет ток этой гармоники In, генерируемый нелинейными нагрузками в питающую сеть. При конечных значениях активного и реактивного сопротивлений фильтра потребляемый им ток может быть больше или меньше тока гармоники, генерируемого всеми источниками.
Обозначим коэффициентом загрузки фильтра n-й гармоники током этой гармоники или, для краткости, коэффициентом загрузки по току.
, (6.22)
где , (6.23)
Qr – условная добротность фильтра, определяемая отношением реактивного сопротивления реактора и активного сопротивления цепи фильтра при промышленной частоте; принимаем Qr>10,
b - относительное отклонение полного сопротивления фильтра от величины индуктивного (емкостного) сопротивления при резонансе
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18
