ПРЕОДНИ ПРОЦЕСИ ПРИ ВКЛУЧУВАЊЕ НА КОНДЕНЗАТОРСКИТЕ БАТЕРИИ КАЈ ЕЛЕКТРОЛАЧНАТА ПЕЧКА

Transcript

1 8. СОВЕТУВАЊЕ Охрид, 4 септември Бранко Наџински Илија Хаџидаовски Макстил АД ПРЕОДНИ ПРОЦЕСИ ПРИ ВКЛУЧУВАЊЕ НА КОНДЕНЗАТОРСКИТЕ БАТЕРИИ КАЈ ЕЛЕКТРОЛАЧНАТА ПЕЧКА КУСА СОДРЖИНА Во овој труд е разгледан случајот на преодниот процес при вклучување на филтрите односно кондензаторските батерии за компензација на реактивна електрична енергија кај електроенергетскиот систем за електролачната печка. Често пати кондензаторските батерии во комбинација со индуктивитети, поред тоа што се коректори на факторот на моќност се и филтри за вишите хармоници. Во овој систем постојат два филтри за филтрирање на вишите хармоници и тоа за третиот и четвртиот хармоник. Во случајов се разгледува работата на системот како едностепена кондензаторска батерија. При тоа се разгледани и анализирани струите и напоните при вклучување и исклучување. Ова е неопходно да се направи за вакви системи за подобро димензионирање на опремата и заштитните елементи во системот. Клучни зборови: преодни процеси, кондензаторски батерии 1 ВОВЕД Присуството на кондензаторите во мрежата предизвикуваат одредени режими, од кои меѓу најважните спаѓа вклучувањето на кондензаторот што е пратено со струи на вклучување кои се повеќе од десетина пати поголеми од номиналните вредности па мораат посебно да се проучуваат и анализираат. Овие струи на вклучување се карактеризираат со многу висока амплитуда, голема стрмнина на пораст, голема фреквенција и како такви предизвикуваат значително напрегање на кондензаторските батерии. Со стандард е утврдено максималната струја при вклучување да биде Iax 1 I cn. Проверката на исполнувањето на овој услов е неопходна за да се утврди потребата од вградување на пригушница или да се превземат други мерки за ограничување на струјата на дозволено ниво. ПРОЦЕСИ ПРИ ВКЛУЧУВАЊЕ НА КОНДЕНЗАТОРСКИ БАТЕРИИ.1 Општи поими Се разгледува едноставната шема од сликата 1 која се состои од синусоидален извор на напон, активен отпор индуктивитет и капацитет на кондензаторската батерија. Нека напонот на мрежата биде: u t) = U cos ω t + λ).1) Каде е: U =. Ul и U l - линиски напон за трофазен систем и λ е агол на вклучување 3 C4-7R 1/1

2

3 MAKO CIGRE 13 C4-7R 3/1 Бидејки секогаш се чека подолго време во случај за 3 kv повеке од 15мин.) за батериите да бидат испразнети пред да се вклучат повторно, односно кога е Uco, втората преодна компоненета практично не постои. Вкупната струја при вклучување на батериите би била: i t ) = i t ) i 1 t ).7) i t) = s + p Односно според.4), 3.5): U αt e ω sinω t ω sinωt L ω ω ) Ако се земе дека ω/ ω о) е многу мало се добива: ) U i t).sinωt.9) ω L Од релациите.4),.5) и.6) произлегува дека најголемо влијание врз струјата на вклучување има преодната компонента на струјата. Оваа констатација вреди толку повеке затоа што анализата е направена за најнеповолна ситуација односно за λ =. Но со оглед дека се работи за трофазен систем, секогаш ке има барем една фаза чие вклучување ке биде блиску до λ =. Ако се споредат темените вредности на струјата од наведените релации ќе се констатира дека односот на амплитудата на преодната.5) и стационарната.4) компонента на струјата изнесува ω / ω од што следува дека максималната вредност на струјата на вклучување на кондензаторската батерија е приближно за ω / ω поголема од максималната вредност на струјата во стационарна состојба..3 Пресметка на напоните Да ги разгледаме сега напонските прилики при вклучување на батериите. При вклучување на кондензаторските батерии напонот што се јавува на батериите е важен за анализа, бидејки и тој во одредени моменти може да се третира како пренапон затоа што ги надминува номиналните вредности. Напонот на кондензаторската батерија према сликата и релациите.) и.3) е: ω p.cos λ ω.sin λ) p + α U c p) = U + u c.1) p + ω ). p + αp + ω ) p + αp + ω Со решавање и упростување на релацијата 1.) во временска област се добива решение кое во општ облик е: u c cs cp1 + cp t t) = u t) + u t) u ).11) Ако се направи истата анализа како и за првата преодна компонента на струјата произлегува дека најголемата вредност на амплитудата U p1 се јавува кога и најголемата вредност на I p1 односно за λ =. Со оглед на тоа што активниот отпор е мал, тогаш и ω е мало, па со понатамошно упростување се добива: u За стационарната компонента: ω t) = U cosωt.13) ω ω cs За првата преодна компонента:.8)

4

5

6 MAKO CIGRE 13 C4-7R 6/1 Табела 1 Таблични и пресметани вредности III ХАРМОНИК IV ХАРМОНИК L 13.3 H L 16.4 H C 87.3 μf C 39.7 μf R. Ω R. Ω ω 98.4 Hz ω Hz α.75 α.61 U 4.45 kv U 4.45 kv Q 8. MVAr Q 1. MVAr I 54. A I 31. A Карактеристиките на една батерија се следните: Q=7 kvar; I n =75A; C=3.8μF; U n =9 67V 3. Струјни прилики Врз основа на сите претходни изрази и податоците од табелата 1 може да се добијат конкретни вредности на струите и напоните при вклучување на нашиот систем. Вредноста на струјата што системот ја зема од мрежата ке биде: i v t) = i t) + i ) 3.1) t каде е: i ) струја за III хармоник ; i ) струја за IV хармоник 3 t Користејки го ова и.8) за третиот хармоник добиваме: 75t i t) =.41 e 98sin98 t) 314sin314 t)) 4 t Струја на III хармоник Ist) A -1,,144,88,43,576,7,864 1,8 1,15 1,96 1,44 1,584 1,78 1,87,16,16,34,448,59,736,88 3,4 3,168 3,31 3, Слика 5 Текот на струјата за III хармоник За да може да се одреди максималниот пик на струјата од графикот јасно е дека треба да се разгледа графикот во првите 5. Максималниот пик на амплитудата на струјата на вклучување за третиот хармоник би била за t=.153сек со вредност: 3 75t i t) =.41 e 98sin98*.153) 314sin314*.153 t)) = 961A За четвртиот хармоник аналитичкиот израз за струјата би бил:

7 MAKO CIGRE 13 C4-7R 7/1 4 61t i t) = 1.4 e 139sin139 t) 314sin314 t)) I ,,1,4,36,48 6,7,84,96,18,1,13,144,156,168,18,19,4,16,8,4,5 Слика 6 Текот на струјата за III хармоник во првите 5 s Струја на IV хармоник I4t) A -5,,18,16,34,43,54,648,756,864,97 1,8 1,188 1,96 1,44 1,51 1,6 1,78 1,836 1,944,5,16,68,376,484,59,7,88,916 3,4 3,13 3,4 3,348 3, Слика 7 Текот на струјата за IV хармоник Од графиците на сликите 7 и 8 за текот на струјата по претходниот израз, се добива за која вредност на t се јавува максималната амплитуда и колку таа изнесува. Максималниот пик на амплитудата на струјата на вклучување за четвртиот хармоник би била за t=.14 s со вредност: 61t i4 t) = 1.4 e 139sin139*.14) 314sin314*.14) ) = 1581A Ако ја разгледуваме вкупната или збирна струја нејзиниот графички приказ ќе биде како на слика 9 и слика 1. Од графиците се гледа текот на струјата во поодделните батериски групи како и вкупната струја. Со оглед на тоа што во конкретниот случај имаме едновремено вклучување на двете батериски групи од интерес е да се разгледа вкупната струја која е меродавна за димензионирање и избор на прекинувачот.

8 MAKO CIGRE 13 C4-7R 8/1 I ,,11,,33,44,55,66,77,88,99,11,11,13,143,154,165,176,187,198,9,,31,4, Слика 8 Текот на струјата за IV хармоник во првите 5 s I V =I 3 +I A -1,,14,8,31,416,5,64,78,83,936 1,4 1,144 1,48 1,35 1,456 1,56 1,664 1,768 1,87 1,976,8,184,88,39,496,6,74,88,91 3,16 3,1 3,4 3,38 3, Слика 9 Текот на вкупната струја Вкупната струја низ прекинувачот е збир од двете струи на хармониците. Максималниот пик на амплитудата на вкупната струјата на вклучување би била за t=.44 s со вредност: I =381A. Разгледувајки ги струите може да се констатира дека пикот на струјата повеќекратно ја надминува стационарната вредност, но тие пикови се само неколку и нивното траење е многу кратко <1s) и исчезнуваат после.5сек. Ако го разгледаме изразот.8) од него ке произлезе дека после време: ln.1) t = 3.) α Максималната вредност на струјата ке биде поголема само за помалку од 1% од нејзината стационарна вредност која и понатаму ке се намалува со текот на времето. За третиот хармоник важи t1% = 3.1 s, а за четвртиот хармоник важи t1% = 3.8 s.

9 MAKO CIGRE 13 C4-7R 9/1 Iv A -1,,14,8,4,56,7,84,98,11,16,14,154,168,18,196,1,4,38,5,66,8,94,38,3,336,35, ,39, Слика 1 Текот на збирната струја во првите 5 s Опаѓање на преодната компонента на струјата ,,3,6,9 1, 1,5 1,8,1,4,7 3, 3,3 3,6 3,9 4, 4,5 % P4%) P3%) Слика 11 Амплитудата на преодната компонента 3. Напонски прилики Сега ги разгледуваме напоните што се јавуваат при вклучување на батериите,чиј општ облик е даден со 3.3): ω u t U t αt c ) =.cosωt e α cosωt) + uce cos ωt 3.3) ω ω Заменувајки ги вредностите за III и IV хармоник во изразот 3.3) ги добиваме графиците на напоните на сликите: 1, 13, 14,15 и 16.

10 MAKO CIGRE 13 C4-7R 1/1 Текот на напонот на батериите C3 6 4 V , -4-6 Слика 1 Напонот на C3 Од сликата 1 се гледа дека: U 3 = 5991V U за t=. s. Напонот се стабилизира заедно со струјата што е и разбирливо. Напон на батериите UС3 6 4 V U Uc3; Uco= -4-6 Слика 13 Напонот на C3 во стационарна состојба

11 MAKO CIGRE 13 C4-7R 11/1 Напон на батериите UC3 6 4 V ,44,,44,88,13,176,,64,38,35,396,44,484,58,57,616,66,74,748 U Uc3; Uco= -4-6 Слика 14 Напонот на C3 во преоден период Tekot na naponot na bat er i i t e С V -,,34, ,9 3, Од сл.15 се гледа дека Слика 15 Напонот на C 4 U = U за t=.18 s. Пренапоните што се јавуваат V при вклучување на разгледуваните батерии не се поголеми од U. Извршените пресметки прикажани табеларно: Табела Таблични и пресметани вредности III харм IV харм Ефект. Стационарна струја 54. A 31. A Максимална темена струја 961. A A Време кога се јавува макс тем. стр Максимален темен напон на батер V V Време кога се јавува макс напон..18 Вкупна макс. почетна струја III + IV A

12 MAKO CIGRE 13 C4-7R 1/1 Напон на батериите U c4 6 4 V -,88 -,58 -,8,,3 6,9,1 15,18,1 4,7,3,33,36,39,4,45,48,51 54,57,6,63 66,69 7,75,78 Uc4; Uco= U -4-6 Сл.16. Напонот на C 4 во преодниот период 4 ЗАКЛУЧОК Во разгледуваниот конкретен случај се добиени приближно точни вредности за струјата и напонот на батериите при нивното вклучување. Се гледа дека врвната струја при уклучување ја надминува стационарната вредност повекекратно, но нејзиното времетраење е мало. Пренапонот на батериите за третиот хармоник е околу 51 kv и се јавува после., а на батериите за четвртиот е нешто помал и е околу 5 kv и се јавува после.18. Важно е да се забележи дека осцилациите се резултат на сопствената фреквенцфија на системот ω и L ). Нивното исчезнување претставува експоненцијална функција и зависи од односот α = R. L Сите овие вредности се добиени, како што е и нагласено, за најлош случај на вклучување на батериите. За сите останати случаи резултатите ке бидат поповолни во поглед на големината на почетната струја и напон. Во нашиот случај батериите можат да се уклучуваат само едновремено. Во случај да се овозможи степенасто уклучување тогаш ке се добијат поповолни резултати, што ке биде предмет за понатамошна анализа. 5 ЛИТЕРАТУРА [1] M. Šodan. Kopenzacija jalove snage, ETF-ZVNE Zagreb, [] DUCATI Energija, Low voltage power factor correction capacitors and equipent, catalog, [3] Ivan Sarajčev. Kopenzacija reže kondenzatoria u prijelazno stanju, agistarski rad, Zagreb, 198. [4] Ljuboir Božiković. Industrijsko postrojenje kao izvor viših haronika, agistarski rad, Zagreb, [5] Ivo Uglešić. Tehnika visokog napona, predavanja, FER-ZVNE Zagreb,. [6] Milan Savic. Visokonaponski rasklopni aparati, ETF Beograd, 4. [7] Љубомир Николоски. Хармоници и други повратни влијанија во електроенергетскиот систем, Скопје, 8. [8] Ivo Uglešić, Viktor Milardić. Prenaponi u rezaa [9] Branka Dobraš. Prijelazne pojave, Tehnicki fakultet, Sveuciliste u Rijeci.