3836

принципа сложнее, чем это показано на схеме. Недостатком такого ИРМ является генерирование значительного уровня высших гармоник в сеть. Содержание высших гармоник в токе компенсации можно уменьшить, включив параллельно две однотипные силовые схемы, каждая из которых содержит последовательно соединенные силовой трансформатор, группу тиристоров и батарею конденсаторов. При этом схемы соединения обмоток силовых трансформаторов должны быть соответственно Y/Т и Y/Y. Однако уровень высших гармоник и в данном случае остается ещё значительным.

Возможно применение мелкоступенчатого регулирования мощности конденсаторных батарей (рис. 4.36,г). Оно обеспечивается с помощью тиристорных ключей V1...Vn, соединенных последовательно с соответствующими конденсаторами (группами конденсаторов) батареи. Если принять, например, нормальный двоичный код подключения конденсаторов к сети, то можно существенно уменьшить число ключей. При этом емкости подключаемых к сети конденсаторов должны относиться в соответствии с геометрической прогрессией: 1:2:4 и т.д. Данный принцип регулирования несомненно перспективен. Однако конкретная реализация его в промышленном масштабе в сетях 6, 10 кВ имеет трудности, связанные с высокой стоимостью и ещё пониженной надежностью указанных групп ключей.

Принципиально, эта проблема может быть реализована специальными аппаратными решениями не только для узлов нагрузки, но и для низковольтных сетей. Что и будет проанализировано в следующем разделе.

151

4.2.3. Аппаратные средства регулирования реактивной мощности в низковольтных сетях электроснабжения на основе

тиристорных конденсаторных установок

Действительно, существуют аппаратные решения (в т.ч. описанные в [106, 107], позволяющие для определенного класса электропотребителей, значительно снизить стоимость статических устройств компенсации реактивной мощности и повысить их надежность.

Учитывая, что в сфере промышленной элекроэнергетики существует множество потребителей реактивной энергии, работающих с резко переменным графиком нагрузки (частые включения и отключения). К таким потребителям относятся прежде всего металлургические заводы, химические предприятия, предприятия электрохимической обработки металлов и драгоценных камней, предприятия, имеющие электродуговую и контактную сварку, обычные предприятия, использующие для освещения газоразрядные лампы, предприятия нефтяной, газовой и угольной отраслей, предприятия, имеющие электродвигатели различного типа.

Например, низковольтная (0,4кВ) компрессорная установка. Она обеспечивает выработку сжатого воздуха для нужд предприятия. На рис. 4.37 представлен типовой график нагрузки компрессорной установки в ночное время суток.

152

потребление реактивной мощности происходит почти постоянно и в разных объемах. Для компенсации реактивной мощности компрессорной установки в режимах, обозначенных выше, подойдет конденсаторная установка без ступенчатого регулирования, то есть с одним типономиналом конденсаторов, с малой частотой включения/отключения.

Другой пример. На рис. 4.38 изображен суточный график электрической нагрузки подъемной установки. Данный тип нагрузки отличается малым количеством коммутаций в течение суток при постоянной потребляемой реактивной мощности. Частота включений не превышает 5-10 раз в сутки, потребляемая реактивная мощность – 300кВАр в номинальном режиме работы. Чтобы компенсировать реактивную мощность подъемной установки применяют конденсаторные установки, рассчитанные на фиксированное значение реактивной мощности, с малой частотой коммутации.

Рис. 4.38. График нагрузки подъемной установки

Можно в качестве примера, рассмотреть насосную станцию водоподготовки и очистки крупного промышленного предприятия.

154

График среднесуточного технологического потребления воды предприятия представлен на рис. 4.39.

Рис. 4.39. График среднесуточного технологического потребления воды промышленного предприятия

В течение рабочего дня насосная станция для обеспечения нужд предприятия согласно графику, представленному на рис. 4.39, включается и отключается несколько раз. Количество коммутаций в среднегодовом выражении равно 100 в день, причем частота коммутаций выше в часы пикового расхода воды: с 5 до 6, с 13 до 14, с 21 до 22. Соответственно, количество коммутаций конденсаторной батареи будет равно 100.

При способе коммутации конденсаторов, описанного в п.4.2.2, используются только тиристоры, включенные встречнопараллельно. На время работы насосной станции тиристоры подключают и оставляют конденсаторную батарею подключенной.

Для заданных условий выберается силовые тиристоры по среднему рабочему току подключаемого конденсатора(КБ).На мощность КБ 100 КВА выбираем тиристоры VS-VSKT320 производства фирмы Vishay со значением максимально допустимого среднего тока 320 А, минимальным значением обратного напряжения 1200 В, значением ударного тока в открытом состоянии в течении времени 10 мс, не более, 9 кА. Стоимость силового блока из двух тиристоров составляет примерно 17350 р.

Второй способ подключения конденсаторной батареи к сети заключается в использовании для этих целей шунтирующего контактора совместно с силовыми тиристорами [106, 107]. При выборе контактора для этих целей необходимо учитывать номинальное напряжение, рабочий ток контактов.

155

По заданным параметрам рассмотрим магнитный пускатель LC1E300M5 фирмы Schneider Electric. Данный пускатель имеет 3 силовых контакта, рассчитан на номинальный ток 300 А и номинальное напряжение 690 В, может выдержать ток перегрузки 2200 А в течение 10 секунд. Механическая износостойкость контактов составляет 3 млн. циклов. Стоимость пускателя 22500 р. Так как пускатель будет работать в облегченных режимах за счет применения при коммутации тиристоров, то можно считать, что он выработает весь срок службы.

Также рассмотрим магнитный пускатель Siemens 3RT10656AP36, имеющий 3 полюса. Номинальный ток пускателя 265А, номинальное напряжение 400В. Заявленный ресурс составляет 5 млн. циклов. Стоимость данного магнитного пускателя 35000р.

Применяя второй способ коммутации конденсаторной батареи, можно значительно снизить требования к тиристорам по току. Благодаря тому, что тиристор кратковременно может работать в режиме перегрузки, есть возможность снизить значение установленной мощности. Рассмотрим силовой тиристор VSVSKT41 производства фирмы Vishay со значением максимально допустимого среднего тока 45 А, минимальным значением обратного напряжения 400 В, значением ударного тока в открытом состоянии в течении времени 10 мс, не более, 850 А. На рисунке 4.40 приведена зависимость величины тока перегрузки от времени воздействия импульса тока перегрузки. В нашем случае переходный процесс будет длиться 100 мс. Исходя из рис. 4.40, максимальный ток перегрузки в течение 100 мс составит около 450 А, что достаточно для наших условий. Стоимость силового блока из двух тиристоров составляет примерно 1400 р.

156

увеличенный срок службы благодаря отсутствию движущихся частей;

выходное сопротивление не меняется во время всего срока

службы;

отсутствие скачка напряжения при переключении;

отсутствие искры, что позволяет использовать устройство на взрыво- и пожароопасных объектах;

меньшая чувствительность к внешним условиям, вроде вибраций и магнитных полей.

К минусам твердотельных реле можно отнести высокую стоимость,

По заданным параметрам рассмотрим трехфазное твердотельное реле фирмы Greegoo SSR модель GDM29048ZD3. Его параметры полностью отвечают предъявляемым требованиям: рабочее напряжение – 480 В, рабочий ток – 290 А, управляющее напряжение – 3-32 В постоянного тока, напряжение включения – 3 В, напряжение отключения – 1,5 В. Его стоимость составляет примерно 6500 р.

Или твердотельное реле NCR HHG1A-1. Оно имеет три силовых контакта для коммутации, а также 2 дополнительных сигнальных контакта. Данное реле рассчитано на рабочее напряжение 440В, рабочий ток – 300А. Управление реле осуществляется подачей сигнала 3-32В постоянного тока на управляющие выводы, причем напряжение включения – 3В, выключения – 1В. Стоимость твердотельного реле составляет 3000 р.

Экономический эффект применения комплексного коммутационного устройства конденсаторной батареи приведен в таблице 4.5.

159

На рис. 4.42 приведена функциональная схема предлагаемого аппаратного решения для подключения трехфазной конденсаторной батареи.

Рис.4.42. Функциональная схема устройства.

При отсутствии сигнала на подключение конденсаторной батареи Uу контакты 3 и 4 разомкнуты, а тиристоры 8 и 9 заперты,

то есть батарея конденсаторов оказывается отключенной от сети. При поступлении сигнала подключения Uу на вход

микроконтроллера, происходит проверка состояния конденсаторной батареи. При отключенной конденсаторной батарее микроконтроллер принимает сигналы с нуль-органов 10 и 11 и в момент нулевого напряжения на тиристорах 8 и 9 подает на входы микросхем-драйверов 12 и 13 управляющие импульсы для открытия тиристоров 8 и 9. Далее происходит задержка на время t1, необходимое для полного отпирания тиристоров и подключения

160