трехфазная симметричная конденсаторная установка

Формула изобретения

Трехфазная симметричная конденсаторная установка содержит однофазные силовые конденсаторы, объединенные в многополюсный контур, и трехполюсные выключатели для подключения установки к трехфазной цепи переменного тока, отличающаяся тем, что содержит восемнадцать одинаковых однофазных конденсаторов, по три соединенные в треугольники, и четыре трехполюсных выключателя, при этом треугольники конденсаторов объединены между собой так, что две вершины каждого из шести треугольников соединены каждая соответственно с вершиной одного из двух соседних треугольников, фазные выводы полученного многополюсного контура подключены к трехфазной сети через четыре трехполюсных выключателя так, что одноименные фазные выводы расположены на вершинах ромбов, образующих многополюсный контур, обеспечивающий различную последовательность включения выключателей, исходя из требуемого соотношения ступеней генерируемой реактивной мощности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроэнергетике трехфазного переменного тока и может быть использовано с целью компенсации реактивной мощности и повышения качества электроэнергии в электрической сети.

Конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности известны.

Известна, например, конденсаторная установка (см. авторское свидетельство СССР № 1495903, H02J 3/18, 1989), содержащая три трехфазных конденсаторных секции одинаковой мощности, состоящие из трех трехфазных звеньев, включенных звездой или треугольником. Фазные выводы каждого звена секции предназначены для подключения к фазам сети через соответствующий двухполюсный или однополюсный выключатель. Установка имеет шесть ступеней мощности при трех одинаковых конденсаторных секциях, каждая из которых состоит из трех треугольных звеньев. Недостатками являются: незначительная разница мощностей ступеней регулирования каждой секции при одинаковых однофазных конденсаторах, которая составляет всего 11%; отсутствие унификации в применении элементов регулирования - разнополюсные выключатели; ограниченное количество ступеней регулирования; значительный пусковой ток на первой ступени регулирования.

За прототип нами выбрана трехфазная симметричная силовая конденсаторная батарея (см. патент РФ № 2024152, H02J 3/18, 1994). Сущность изобретения состоит в том, что из нескольких секций одинаковых блоков однофазных конденсаторов, соединенных в треугольник путем последовательного объединения контактов, составлен многополюсный единый контур, фазные выводы которого через несколько трехполюсных выключателей соединены с трехфазной сетью. Недостатком прототипа является его конструктивная сложность (27 однофазных конденсаторов, 5 трехполюсных выключателей), выражающаяся в множественности конструктивных и функциональных связей, снижающих надежность устройства.

Техническим результатом предложенного решения является увеличение возможных соотношений мощностей ступеней регулирования, принцип расширения диапазона регулирования, упрощение конструкции и повышение надежности за счет уменьшения количества трехполюсных выключателей и конденсаторов, уменьшения пусковых токов и номинальной мощности трехполюсных выключателей, обеспечение в устройстве длительной работы конденсаторов при пониженном напряжении на их выводах, стабилизация теплового режима конденсаторов, что важно при работе конденсаторной установки в условиях низких температур.

Для достижения технического результата трехфазная симметричная конденсаторная установка содержит восемнадцать одинаковых однофазных конденсаторов, по три соединенные в треугольники, и четыре трехполюсных выключателя, при этом треугольники конденсаторов объединены между собой так, что две вершины каждого из шести треугольников соединены каждая соответственно с вершиной одного из двух соседних треугольников, фазные выводы полученного многополюсного контура подключены к трехфазной сети через четыре трехполюсных выключателя так, что одноименные фазные выводы расположены на вершинах ромбов, образующих многополюсный контур, обеспечивающий различную последовательность включения выключателей, исходя из требуемого соотношения ступеней генерируемой реактивной мощности.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена принципиальная электрическая схема заявляемой трехфазной симметричной конденсаторной установки.

Трехфазная симметричная конденсаторная установка содержит 18 однофазных конденсаторов одинаковой мощности 1...18, которые в свою очередь объединены в треугольники 19...24. Треугольники конденсаторов объединены в многополюсный контур, который имеет двенадцать фазных выводов 25...36, причем выводы подключаются к трехфазной сети через четыре трехполюсных выключателя (не показаны) так, что одноименные фазные выводы располагаются на вершинах ромбов, образующих многополюсный контур, например: фаза А - выводы 25, 30, 31, 36; фаза В - выводы 26, 28, 33, 35; фаза С - выводы 27, 29, 32, 34. Последовательность включения выключателей выбирается исходя из требуемого соотношения ступеней генерируемой реактивной мощности.

Трехфазная симметричная конденсаторная установка имеет 4 ступени регулирования мощности, подключаемые к сети через трехполюсные выключатели (не показаны). При этом на первой ступени регулирования однофазные конденсаторы находятся в режиме минимальной мощности. Мощность ступеней регулирования обусловлена последовательностью включения трехполюсных выключателей. Различные последовательности включения указаны в таблице 1.

Принцип действия установки рассмотрим на примере последовательности № 1 (см. таблицу № 1), с появлением в сети реактивной мощности регулятором реактивной мощности (не показан) или вручную первым включают трехполюсный выключатель, подающий трехфазное напряжение на фазные выводы 25, 32, 35 (ступень 1). Мощность конденсаторной установки составит 7% номинальной мощности секции (Qnom). При этом 9 конденсаторов 3, 4, 5, 6, 9, 11, 12, 17, 18 находятся под напряжением 7 раз меньше номинального, 6 конденсаторов 1, 2, 10, 13, 14, 16 2,65 раз меньше номинального, три конденсатора 7, 8, 15 под напряжением 3,5 раза меньше номинального. Включение первой ступени происходит без значительных бросков тока за счет схемы соединения, обеспечивающей большее сопротивление. Пусковой ток меньше, что позволяет выбрать трехполюсный выключатель, соответствующий меньшему номинальному значению.

Для увеличения реактивной мощности (ступень 2) включают трехполюсный выключатель, подающий трехфазное напряжение на фазные выводы 26, 29, 36. При этом 12 конденсаторов 1, 2, 3, 5, 6, 9, 10, 13, 14, 16, 17, 18 окажется под напряжением 1,9 раза меньше номинального, а 6 конденсаторов 4, 7, 8, 11, 12, 15 под напряжением в 5 раз меньше номинального. Мощность конденсаторной установки составит 20% Qnom.

Наращивая генерируемую реактивную мощность (ступень 3), включают трехполюсный выключатель, подающий трехфазное напряжение на фазные выводы 27, 31, 33. При этом 6 конденсаторов 2, 5, 6, 10, 16, 18 окажутся под номинальным напряжением, а 12 конденсаторов 1, 3, 4, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 17 под напряжением в 2 раз меньше номинального. Мощность конденсаторной установки составит 50% Qnom.

Номинальное значение генерируемой реактивной мощности конденсаторной установкой (ступень 4) обеспечивается включением трехполюсного выключателя, подающего трехфазное напряжение на фазные выводы 28, 30, 34. При этом все 18 конденсаторов окажутся под номинальным напряжением. Конденсаторная установка будет выдавать номинальную мощность Qnom.

Мощность первой ступени 7% очень важна для покрытия индуктивной мощности холостого хода трансформатора сети. Поэтому первая ступень может находиться постоянно включенной, не обеспечивая тем самым избыток реактивной мощности в питающей сети. Кроме того, постоянно включенная мощность первой ступени обеспечивает стабилизацию теплового режима конденсаторов за счет подачи малого напряжения, что очень важно при работе конденсаторной установки в условиях низких температур.

Диапазон регулирования может быть расширен присоединением аналогичной схемы соединения конденсаторов к внутренним фазным выводам 27, 28, 30, 31, 33, 34 многополюсного контура. Количество ступеней и трехполюсных выключателей, таким образом, станет больше на 2 единицы. Используя этот принцип, можно аналогично набирать требуемую мощность конденсаторной установки с необходимым количеством ступеней регулирования.

Исходя из графика потребления реактивной мощности предприятия, может быть выбрана другая последовательность включения трехполюсных выключателей, обеспечивающая другое соотношение мощностей ступеней регулирования генерируемой реактивной мощности конденсаторной установкой (таблица 1).

Применение предлагаемого устройства на современных промышленных предприятиях позволяет обеспечивать эффективную компенсацию реактивной мощности в распределительных сетях благодаря повышенной надежности трехфазной симметричной конденсаторной установки. Тем самым снизив стоимость годовых эксплутационных издержек, становится возможно получить максимальный экономический эффект от компенсации реактивной мощности в электросетях.

Таблица №1
№	Последовательность переключений	№ ступени	Мощность ступени, % Qnom
1	25, 32, 35	1	7
	26, 29, 36	2	20
	27, 31, 33	3	50
	28, 30, 34	4	100
2	27, 31, 33	1	12,5
	28, 30, 34	2	50
	25, 32, 35	3	75
	26, 29, 36	4	100