Расчет фильтрокомпенсирующих устройств

Назначение и принцип работы фильтрокомпенсирующих устройств

Фильтрокомпенсирующее устройство является особым типом конденсаторной установки, задача которого заключается в фильтрации гармоник и компенсации реактивной мощности. Данные устройства широко распространены на перерабатывающих предприятиях и предприятиях тяжелого машиностроения, так как на таких объектах применяется энергоемкое оборудование, например, электролитические ванны высокого напряжения и дуговые плавильные печи.

Основная цель внедрения фильтрокомпенсирующих устройств уменьшение реактивного сопротивления LC-цепочек до значений, которые близки к нулю. Они представляют собой LC и RLC цепочки, настраиваемые на резонанс с определенной гармоникой, определяемой по результатам замеров. Стандартные фильтрокомпенсирующие устройства состоят из нескольких конденсаторных батарей, которые устанавливаются на металлических конструкциях, вводной ячейки, однофазных реакторов. На предприятиях фильтрокомпенсирующее устройство ограждается сеткой, целью защиты сотрудников. Различают два основных вида фильтрокомпенсирующих устройств:

1. Узкополосные одноконтурные.
2. Широкополосные режекторные.

Узкополосные устройства применяются и настраиваются на резко выраженные гармоники, обычно низкого порядка. На высоких частотах применяются режекторные устройства, обладающие меньшей добротностью, в данном случае используются шунтирующее реактор сопротивление. Применение режекторных фильтрокомпенсирующих устройств позволяет нивелировать наличие гармоник в широком спектре высоких частот. Если использовать узкополосные одноконтурные и широкополосные режекторные фильтрокомпенсирующие устройства в комплексе в составе фильтров гармоник, то это позволит полностью очистить электрическую сеть от гармонических искажений, вызванных потребителями.

С экономической точки зрения, выгодно применять фильтрокомпенсирующие устройства на напряжение 6(10) киловольт, так как высоковольтные потребители энергии создают небольшой спектр гармонических искажений по сравнению с низковольтными. Кроме фильтрации гармоники данные устройства компенсируют реактивную мощность потребителей на основной частоте (50 герц), поэтому они различаются по реактивной мощности. Простейшее фильтрокомпенсирующее устройство обладает статической величиной реактивной мощности, передаваемой в главную электросеть.

Пример расчета фильтрокомпенсирующего устройства

Рассмотрим упрощенную схему силовых цепей двухзонного регулирования для выпрямительной установки, которая представлена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь выпрямитель является нагрузкой, поэтому фильтрокомпенсирующее устройство должно носить емкостный характер. Выбор его параметров для данной схемы осуществляется методом основной гармоники с использованием кривых мощностей на входе выпрямительной установки. Для начала рассчитывается активная мощность на выходе выпрямителя по следующей формуле:

$Ра = 2*Ud*Iдв$

где: Ud - напряжение выпрямительной установки; Iдв - электрический ток нагрузки выпрямительной установки.

Так как выпрямитель представляет собой реактивную нагрузку, то угол сдвига между напряжением и током можно выразить следующим образом:

$фU = 2*Uдв$

Активная мощность на выходе выпрямительной установки может быть определена из следующего неравенства:

$Р = Uкс*I*cosф$

где: Uкс - напряжение контактной сети; I - действующее значение электрического тока на выходе выпрямительной установки.

Реактивная мощность на входе выпрямительной установки определяется следующим образом:

$Q = Uкс*I*sinф$

Электрический ток конденсатора рассчитывается по формуле:

$Ic = Ukc/Xc = Ukc*w*C$

Из выше представленного выражения возможно определить эквивалентное сопротивление батареи конденсаторов, а если известна частота напряжения питающей сети - эквивалентную емкость батареи конденсаторов. Основное назначение фильтрокомпенсирующего устройства - полное устранение или снижение до минимума фазового сдвига между напряжением и электрическим током в контактной сети, который можно определить из равенства активных мощностей:

$Ukc*I1*cosg = Ukc*I*cosф$

где: g - угол сдвига между напряжением и током в контактной сети; I1 - электрический ток на входе выпрямительной установки при частоте 50 герц.

Затем рассчитываются емкостное и индуктивное сопротивление батареи конденсаторов.

Для второй зоны регулирования параметры фильтрокомпенсирующего устройства определяются точно также.

По имеющимся зависимостям входе выпрямительной установки можно получить реактивную и активную составляющие полного тока.