4 Procesy przejściowe w kompensowanych układach przemysłowych
4.1.5 Topologia układu kompensacyjno-filtrującego
1 (h Q U L ⋅ ⋅ − = ω (4.1) 2 n F 2 r 2 r 1 U Q h h C ⋅ ⋅ − = ω (4.2) 2 1 1 1 1 C C C = + (4.3) L LLC = (4.4)
Rysunek 4.4: Porównanie parametrów
pojedynczo strojowego filtru LC z filtrem pasywnym typu C
Podczas wyznaczania parametrów projektowych układu FC uwzględnia się dopuszczalne normatywnie tolerancje pojemności kondensatorów i indukcyjności dławików filtrujących występujące warunków środowiskowych i niedokładności technologicznych [82], [146], [147] np.: utrata pojemności, przebicia międzyzwojowe. Wyznaczając wartość indukcyjności dławików filtrujących zakłada się odchyłkę technologiczną w zakresie ±3%. Stąd możliwy zakres odchylenia punktu rezonansowego od wyznaczanej wartości w przedziale między: 0,93⋅h ≤ hr ≤ 1,05⋅h [81], [131].
4.1.5. Topologia układu kompensacyjno-filtrującego
Celem badań symulacyjnych było wyznaczenie maksymalnych wartości amplitud, napięć i prądów przejściowych w obwodach filtrów, pracujących w różnych konfiguracjach i układach zasilania. Dla analizowanego systemu przemysłowego przebadano wpływ możliwych konfiguracji układu FC, mocy zwarciowej układu zasilania oraz zmian strojenia filtrów na charakter przejściowych napięć oraz prądów. Przykładowe konfiguracje układów kompensatorów bocznikowych z grupy SVC zaprojektowanych w oparciu o człon filtro-kompensacyjny TCR-FC przestawiono w literaturze [148].
Podczas pracy układu kompensacyjnego możliwa jest różna topologia połączeń jednostek filtrujących, dlatego wpływ konfiguracji filtrów wyższych harmonicznych oraz dokładności strojenia na zmianę charakteru przejściowych napięć i prądów każdego z elementów układu FC podczas włączania transformatora piecowego oraz filtrów przebadano dla dwóch skrajnych topologii zgodnie z tabelą 4.6.
100
Tabela 4.6: Topologia połączeń układu FC
Oznaczenie układu Konfiguracja układu
Układ I Podłączono pojedynczy filtr – F2, lub F3, lub F5 Układ II Podłączono wszystkie filtry – F2 + F3 + F5
Dodatkowo w przypadku włączania filtru lub grupy filtrów dodatkowo przebadano Układ III w którym włączenie pojedynczego filtru odbywało się z chwilą, gdy pozostałe jednostki układu FC zostały podłączone do szyn zasilających. Wyszczególniono poszczególne warianty komutacyjne pracy:
Wariant 1: włączenie filtru F-2, podczas gdy F3 i F5 pracują;
Wariant 2: włączenie filtru F-3, podczas gdy F2 i F5 pracują;
Wariant 3: włączenie filtru F-5, podczas gdy F2 i F3 pracują.
Badanie procesów przejściowych podczas wyłączania baterii kondensatorów w środowisku wyższych harmonicznych, przeprowadzono deklarując zawartość odkształceń prądowych wszystkich harmonicznych parzystych (h2) oraz nieparzystych (h5, h7) na poziomie 50%, tabela 4.7. Z kolei w przypadku modelowania procesów przejściowych występujących podczas wyłączania filtrów układu FC w środowisku wyższych harmonicznych, badania symulacyjne przeprowadzono deklarując zawartość odkształceń prądowych h2 oraz h5 na poziomie: 0%, 25%, 50% oraz 100%. W obu przypadkach deklarowana wartość odkształcenia wynika z charakteru widma wyższych harmonicznych prądu obciążenia generowanego podczas różnych reżimów pracy przemysłowych odbiorników niespokojnych dużych mocy pracujących podczas pełnego, nominalnego obciążenia a także z natury procesów technologicznych.
Tabela 4.7: Parametry poszczególnych wyłączeń baterii kondensatorów Rodzaj badania Zawartość harmonicznych, Ih % Wyłączenie 0 I1 = 100 Wyłączenie 1 I1 = 100, I2 = 50 Wyłączenie 2 I1 = 100, I5 = 50 Wyłączenie 3 I1 = 100, I7 = 50
Dla porównania procesów wyłączania, jako model kondensatora energetycznego przyjęto kondensator o pojemności C - jak w przypadku jednostki filtrującej F-2 oraz mocy Q, tabela 4.8.
Tabela 4.8: Parametry baterii kondensatorów Bateria kondensatorów
energetycznych
C In Q
µF A MVAr
28,30 143,77 3,55
W obu przypadkach kompensatora układ ekwiwalentny dla modelu zrealizowano w oparciu o pojemności oraz rezystancje upływu, których parametry przedstawiono w tabeli 4.9
Tabela 4.9: Parametry układu ekwiwalentnego modelu baterii kondensatorów Punkt neutralny badanego
obwodu
RS CS
Ω µF
101
Charakterystyki częstotliwościowe układu zasilania
Podczas badań modelowych wyznaczono charakterystyki częstotliwościowe badanego układu zasilania pieca łukowego AC-EAF dla obu systemów filtrujących A i B. Zbadano wpływ mocy znamionowej transformatora systemowego TS oraz rodzaju strojenia elementów układów FC na charakter zmian charakterystyk widmowych, rysunek 4.5.
Prezentowane charakterystyki informują, jak zmienia się wartość sumarycznej impedancji układu zasilania przy zmianach częstotliwości prądu przepływającego w systemie. W poliharmonicznych warunkach mogą one być użyte do oceny tendencji zmian napięć poszczególnych harmonicznych, w czasie oddziaływania analizowanego widma harmonicznych.
System filtrów: A System filtrów: B
a.\
b.\
Rysunek 4.5: Charakterystyki częstotliwościowe modelowanego układu zasilania pieca łukowego AC-EAF , a.\ strojenie projektowe, b.\ strojenie w oparciu o dokładną wartość częstotliwości rezonansowej filtrów układu FC
W przypadku systemu zasilania podczas, gdy elementami układu FC jest filtr 2-go rzędu typu C w połączeniu z filtrami pasywnymi obserwuje się nieco wyższą amplitudę impedancji pierwszego równoległego rezonansu, w porównaniu do układu, którego elementami są wszystkie filtry typu LC. Wynika to wskutek wewnętrznej struktury filtru typu C. W konsekwencji może to skutkować wzrostem wrażliwości układu elektroenergetycznego na zachodzące, przy bliskich rezonansowej częstotliwości procesach przejściowych.
102
4.2 Włączanie transformatora
4.2.1 Prąd rozruchowy transformatora
Bezpośrednie włączenie nieobciążonej jednostki piecowej, zasilającej elektryczny piec łukowy zrealizowano w układzie zasilania z rysunku 4.1. Oszacowania wartości prądów rozruchowych transformatora piecowego, zasilanego z transformatorów systemowych różnych mocy obserwowano podczas nasycenia rdzenia magnetycznego. Przyjęto, że w chwili włączania nie uczestniczy układ kompensatora TCR-FC, a zadeklarowany model charakteryzuje resztkowa wartość namagnesowania na poziomie 0,6⋅Ψn , co odpowiada wysokiej wartości nasycenia rdzenia układu magnetycznego w chwili komutacji. Uzyskane wartości amplitud prądów włączania jednostki przemysłowej umieszczono w tabeli 4.10.
Tabela 4.10: Resztkowe wartości namagnesowania transformatora piecowego
faza rdzenia A B C
Φr j. w 0,6 0 - 0,6
Wartości uzyskanych maksymalnych amplitud prądów rozruchowych transformatora piecowego, zasilanego z transformatorów systemowych różnych mocy umieszczono w tabeli 4.11.
Tabela 4.11: Maksymalne amplitudy prądów rozruchowych
Moc znamionowa transformatora układu zasilania TS MVA 80 160 Amplituda prądu transformatora piecowego TP kA 5,78 6,82
Z punktu widzenia prądów łączeniowych badanej topologii zasilania AC-EAF, maksymalne amplitudy prądu początkowego obserwujemy w przypadku układu z transformatorem systemowym o mniejszej reaktancji [79]. Mniejsza wartość indukcyjności wypadkowej toru zasilania, w połączeniu z głębokim nasyceniem rdzenia transformatora przemysłowego, prowadzi do wzrostu wartości prądu w chwili komutacji.
Amplitudy prądów włączania transformatora piecowego zależne są od mocy zwarciowej na szynie przyłączenia jednostki piecowej. Na moc zwarciową układu przemysłowego w największym stopniu ma wpływ moc transformatora zasilającego TS [6], [81].
Na rysunku 4.6 zamieszczono oscylogram prądu fazy A uzwojeń pierwotnych transformatora piecowego zasilanego z jednostki systemowej o mocy 160 MVA. Amplituda prądu włączenia na pierwszych okresach procesu przewyższa wartości znamionowe amplitudy 4,74 raza, a w 29 okresie - 1,28 raza.
Rysunek 4.6: Prąd włączenia transformatora piecowego o mocy 50 MVA otrzymany podczas modelowania
Prąd włączania cechują wyższe harmoniczne typu ciągłego których zmiana, utrzymuje się aż do chwili osiągnięcia przez prąd magnesujący stanu ustalonego [149]. Zmianę amplitud kluczowych
103 wyższych harmonicznych na podstawie analizy Fouriera dla prądu rozruchowego fazy A przedstawia rysunek 4.7.
Rysunek 4.7: Zmiana wyższych harmonicznych prądu podczas włączania jednostki piecowej o mocy 50 MVA
4.2.2 Prądy oraz napięcia przejściowe układu filtrującego
Wartości maksymalnych amplitud prądów układu filtrującego oraz napięć przejściowych baterii kondensatorów oraz dławików filtrujących wraz z obliczoną krotnością, uzyskane wskutek włączania transformatora przemysłowego podano odpowiednio w tabelach 4.12, 4.13, 4.14.
Tabela 4.12: Maksymalne amplitudy prądów przejściowych układu FC podczas włączania transformatora, układ A Dokładność strojenia Strojenie projektowe Strojenie dokładne Moc TS, MVA 80 160 80 160 Układ połączeń FC I II I II I II I II Amplituda prądu F-2 kA 0,49 1,22 0,48 1,05 0,96 1,75 1,04 1,82 j. w (*) 2,41 5,99 2,36 5,15 4,72 8,61 5,11 8,95 Amplituda prądu F-3 kA 2,11 2,13 1,80 2,16 1,69 2,39 1,72 2,54 j. w (*) 2,37 2,38 2,02 2,42 1,90 2,68 1,93 2,85 Amplituda prądu F-5 kA 1,95 1,97 1,44 1,89 1,63 2,48 1,31 2,21 j. w (*) 3,19 3,22 2,35 3,09 2,67 4,06 2,14 3,62 (*) Wartość bazowa - amplituda prądu znamionowego
Wyniki symulacji pokazują, że impedancja systemu wpływa w pewnym stopniu na krotność prądów włączania zarówno w uzwojeniach transformatorów: piecowego i systemowego [6] układu zasilania jak i w gałęziach filtrów. W chwili zasilania układu z transformatora TS o mniejszej mocy znamionowej, uzyskujemy stosunkowo mniejsze maksymalne amplitudy prądów przejściowych w porównaniu z systemem zasilanym z jednostki trójfazowej o mniejszej reaktancji. Dodatkowo, w chwili normalnej konfiguracji układu filtrująco-kompensacyjnego, tj. gdy w obwodzie FC są podłączane wszystkie zainstalowane filtry LC, stan przejściowy charakteryzują znacznie większe wartości maksymalne oraz dłuższy czas utrzymywania się stanu nieustalonego. Sytuacja tego typu jest charakterystyczna w obu przypadkach, jednak w chwili strojenia w oparciu o dokładną wartość częstotliwości rezonansowej hr, uzyskujemy odpowiednio większe wartości amplitud prądów przejściowych niż dla parametrów układu, które wyznaczono dla projektowego punktu strojenia. Przykładowe oscylogramy prądów przejściowych filtru F-2 pracującego w obu skrajnych konfiguracjach w układzie FC i zasilanego z transformatora o mocy 80 MVA przedstawiono na rysunku 4.8.
104
Układ I Układ II
a.\
b.\
Rysunek 4.8: Oscylogramy prądów przejściowych filtru F-2 zasilanego z transformatora 80 MVA w przypadku strojenia: a.\ projektowego, dla hr = 1,86, b.\ dokładnego, dla hr = 2,00
Dla wszystkich przebadanych filtrów układu kompensacyjnego obserwujemy występowanie maksymalnych wartości prądu przejściowego, po pewnym czasie od chwili włączenia transformatora piecowego TP. Uzyskane dane tabelaryczne informują, że „ocena statyczna” na podstawie charakterystyk częstotliwościowych i wartości harmonicznych składowych prądów włączenia transformatora, nie może być brana pod uwagę podczas analizy liczbowej amplitud prądów przejściowych w obwodach filtrujących [6], [81], [140].
Jak można zaobserwować z oscylogramów badanego systemu zasilania, odchylenia parametrów filtrów powodują duże zmiany amplitud prądów przejściowych a także zmianę charakteru i wydłużenie czasu trwania stanu nieustalonego w obwodzie FC. Strojenie wszystkich zainstalowanych jednostek układu kompensacyjnego do częstotliwości rezonansowej powoduje znaczny wzrost wartości amplitud prądów przejściowych obwodu filtrującego nie powodując przy tym zmian wartości prądów rozruchowych transformatorów zainstalowanych w systemie.
Tabela 4.13: Maksymalne amplitudy napięć przejściowych kondensatorów podczas włączania transformatora, układ A Dokładność strojenia Strojenie projektowe Strojenie dokładne Moc TS, MVA 80 160 80 160 Układ połączeń FC I II I II I II I II Amplituda napięcia F-2 kV 40,83 85,01 40,77 74,73 63,78 108,57 67,98 110,87 j. w (*) 1,78 3,71 1,77 3,26 2,78 4,73 2,96 4,83 Amplituda napięcia F-3 kV 30,30 31,20 28,73 34,55 27,18 33,49 27,60 34,80 j. w (*) 1,62 1,67 1,54 1,85 1,45 1,79 1,48 1,86 Amplituda napięcia F-5 kV 21,76 28,15 20,10 25,68 20,61 31,71 20,34 25,78 j. w (*) 1,27 1,65 1,17 1,50 1,21 1,85 1,19 1,51 (*) Wartość bazowa - amplituda napięcia roboczego kondensatorów danego filtru przy napięciu znamionowym na szynie
105
Tabela 4.14: Maksymalne amplitudy napięć przejściowych dławików podczas włączania transformatora, układ A Dokładność strojenia Strojenie projektowe Strojenie dokładne Moc TS, MVA 80 160 80 160 Układ połączeń FC I II I II I II I II Amplituda napięcia F-2 kV 28,98 73,57 28,13 61,56 51,02 88,98 54,34 91,35 j. w (*) 4,37 11,10 4,24 9,28 7,69 13,42 8,19 13,78 Amplituda napięcia F-3 kV 10,43 12,04 9,59 13,95 7,91 14,07 8,30 13,98 j. w (*) 4,34 5,01 3,99 5,81 3,29 5,85 3,45 5,82 Amplituda napięcia F-5 kV 8,43 8,59 6,41 7,46 5,17 8,70 3,72 7,33 j. w (*) 10,67 10,87 8,12 9,44 6,54 11,01 4,71 9,28 (*) Wartość bazowa - amplituda napięcia roboczego dławika danego filtru przy napięciu znamionowym na szynie
Analiza tabelaryczna wartości przepięć powstających na elementach układu filtrującego wykazała, iż przy względnie umiarkowanych krotnościach przepięć na bateriach kondensatorów obserwujemy znacznie wyższe krotności przepięć na izolacji dławików. Znaczącym czynnikiem, mającym wpływ tak na krotności przepięć na kondensatorach jak i na krotności przepięć na izolacji dławików jest rezonansowa czułość obwodu dla pewnej częstotliwości widma [6], [81], [140].
Przeprowadzone badania symulacyjne informują, iż charakter rejestrowanego napięcia przejściowego związany jest ściśle z przebiegami prądu, lecz podział tego napięcia między pojemnością a indukcyjnością filtru zależy od ich wartości oraz częstotliwości prądu przejściowego. W przypadku układu FC, którego parametry zostały wyznaczone w oparciu o dokładny punkt strojenia uzyskujemy odpowiednio większe maksymalne wartości przepięć na elementach filtrów niż w przypadku strojenia projektowego. Zaistniała sytuacja jest charakterystyczna zarówno dla pojedynczo zasilanego filtru, jak również dla grupy filtrów. Jako przykład na rysunku 4.9 i 4.10 zaprezentowano zmianę napięć przejściowych odpowiednio baterii kondensatorów oraz dławika filtru drugiej harmonicznej.
Układ I Układ II
a.\
b.\
Rysunek 4.9: Oscylogramy napięć przejściowych na kondensatorach filtru F-2 zasilanego z transformatora 80 MVA w przypadku strojenia: a.\ projektowego, dla hr = 1,86, b.\ dokładnego, dla hr = 2,00
106
Układ I Układ II
a.\
b.\
Rysunek 4.10: Oscylogramy napięć przejściowych na dławikach filtru F-2 zasilanego z transformatora 80 MVA w przypadku strojenia: a.\ projektowego, dla hr = 1,86, b.\ dokładnego, dla hr = 2,00
Zmiana charakteru procesu przejściowego przy eksploatacyjnych zmianach parametrów kondensatorów i dławików filtrów, odbywa się zgodnie z odpowiednimi zmianami częstotliwościowych właściwości obwodu zasilania, spowodowanymi występującymi odchyleniami parametrów. W innej topologii układu zasilania oraz innej konfiguracji filtrów wyższych harmonicznych możemy oczekiwać zupełnie innej relacji zmian [6], [81], [140]. Przeprowadzona analiza wykazuje, że decydujący wpływ na zachodzące procesy przejściowe mają wypadkowa moc zwarciowa systemu zasilającego oraz parametry układu kompensacyjno-filtrującego SVC, co w konsekwencji wyznacza właściwości częstotliwościowe sieci elektrycznej względem węzła przyłączenia.
W przypadku układu filtrującego współpracującego z filtrem F-2 typu C o topologii układu FC - system B przedstawionej na rysunku 4.1b, maksymalne amplitudy prądów oraz napięć przejściowych rejestrowane na elementach układu filtrującego zamieszczono odpowiednio w tabelach 4.15, 4.16, 4.17.
Tabela 4.15: Maksymalne amplitudy prądów przejściowych układu FC podczas włączania transformatora, układ B Dokładność strojenia Strojenie projektowe Strojenie dokładne Moc TS, MVA 80 160 80 160 Układ połączeń FC I II I II I II I II Amplituda prądu F-2 kA 0,27 0,67 0,28 0,57 0,32 0,77 0,31 0,65 j. w (*) 1,35 3,30 1,36 2,78 1,58 3,77 1,55 3,22 Układ połączeń FC II II II II Amplituda prądu F-3 kA 2,63 2,34 2,27 2,31 j. w (*) 2,95 2,61 2,55 2,58 Amplituda prądu F-5 kA 1,41 1,47 1,86 1,72 j. w (*) 3,34 2,41 3,04 2,81
107 Analiza uzyskanych wyników symulacyjnych pokazuje, że impedancja systemu podobnie jak w przypadku układu filtrującego z rysunku 4.1a wpływa w pewnym stopniu na krotności maksymalnych prądów włączania jednostek filtrujących. W chwili zasilania systemu z transformatora 80 MVA, uzyskujemy stosunkowo mniejsze wartości maksymalne amplitud prądów przejściowych w porównaniu z systemem zasilanym z jednostki trójfazowej o mocy 160 MVA. Podobnie jak w przypadku układu FC z systemu A, w chwili zasilania wszystkich zainstalowanych filtrów w obwodzie obserwuje się większe wartości maksymalne oraz dłuższy czas utrzymywania się stanu nieustalonego. Sytuacja tego typu powtarza się w obu przypadkach jednak w przypadku strojenia w oparciu o dokładną wartość częstotliwości rezonansowej hr, uzyskujemy odpowiednio większe maksymalne wartości amplitud prądów przejściowych niż dla parametrów układu, które wyznaczono dla projektowego punktu strojenia.
W przypadku pracy jednostek filtrujących LC z filtrem 2-go rzędu typu C i zasilania układu z transformatora systemowego o mocy 160 MVA, obserwuje się krócej trwające oscylacje oraz szybsze osiąganie wartości ustalonej. Najsilniejsze tłumienie prądu początkowego, a tym samym najszybsze osiąganie wartości ustalonej, niezależnie od mocy transformatora systemowego najbardziej zauważalne jest w przypadku filtru drugiej harmonicznej [6], [81], [140], rysunek 4.11.
Układ I Układ II
a.\
b.\
Rysunek 4.11: Oscylogramy prądów przejściowych filtru F-2 typu C, dla hr = 1,86 w przypadku zasilania układu FC z transformatora systemowego o mocy: a.\ 80 MVA, b.\ 160 MVA
Instalacja filtru typu C skraca czas oscylacji prądów pozostałych filtrów LC układu kompensacyjno-filtrującego, w porównaniu do układu FC zaprojektowanego jedynie w oparciu o filtry proste, system A. W przypadku strojenia wszystkich zainstalowanych filtrów w oparciu o częstotliwość rezonansową hr uzyskujemy zwiększenie wartości prądów przejściowych, oscylacje w układzie trwają dłużej, a składowa przejściowa ulega powolnemu tłumieniu, rysunek 4.12.
Podobnie jak w przypadku pracy systemu filtrującego A stwierdza się, że „ocena statyczna” na podstawie charakterystyk częstotliwościowych i wartości harmonicznych składowych prądów włączenia transformatora nie może być brana pod uwagę podczas analizy liczbowej amplitud prądów przejściowych w obwodach filtrujących [6], [81], [140]. Rezystancja tłumiąca filtru drugiej harmonicznej F-2 typu C nie zmienia charakteru przejściowego prądu początkowego obu jednostek zasilających, w porównaniu z układem filtrującym z rysunku 4.1a.
108
System A System B
a.\
b.\
Rysunek 4.12: Prądy przejściowe: a.\ filtru F-3 dla hr = 3,00, b.\ filtru F-5 dla hr = 5,00, w przypadku zasilania układów FC z transformatora systemowego o mocy 80 MVA
Tabela 4.16: Maksymalne amplitudy napięć przejściowych kondensatorów podczas włączania transformatora, układ B Dokładność strojenia Strojenie projektowe Strojenie dokładne Moc TS, MVA 80 160 80 160 Układ połączeń FC I II I II I II I II Amplituda napięcia F-2 kV 25,83 46,31 25,70 40,86 27,42 46,37 26,44 41,01 j. w (*) 1,13 2,02 1,10 1,78 1,19 2,02 1,15 1,79 Układ połączeń FC II II II II Amplituda napięcia F-3 kV 35,67 34,60 34,25 33,88 j. w (*) 1,91 1,88 1,83 1,81 Amplituda napięcia F-5 kV 28,42 27,52 26,52 25,55 j. w (*) 1,67 1,61 1,43 1,37
(*) Wartość bazowa - amplituda napięcia roboczego kondensatorów danego filtru przy napięciu znamionowym na szynie Tabela 4.17: Maksymalne amplitudy napięć przejściowych dławików podczas włączania transformatora, układ B
Dokładność strojenia Strojenie projektowe Strojenie dokładne Moc TS, MVA 80 160 80 160 Układ połączeń FC I II I II I II I II Amplituda napięcia F-2 kV 12,97 35,56 12,54 29,32 13,44 35,62 12,87 29,65 j. w (*) 1,96 5,36 1,89 4,42 2,03 5,38 1,94 4,47 Układ połączeń FC II II II II Amplituda napięcia F-3 kV 11,69 10,59 12,09 11,22 j. w (*) 4,86 4,41 5,03 4,67 Amplituda napięcia F-5 kV 4,18 4,25 5,46 4,73 j. w (*) 1,74 1,77 6,91 5,98 (*)
109 Analiza rejestrowanych maksymalnych przepięć generowanych na elementach układu filtrującego wykazała, iż podobnie jak w przypadku układu FC zaprojektowanego w oparciu o filtry proste LC przy względnie umiarkowanych krotnościach przepięć na bateriach kondensatorów obserwujemy znacznie wyższe krotności przepięć na izolacji dławików. Głównym czynnikiem decydującym o krotności przepięć na kondensatorach oraz krotności przepięć na izolacji dławików jest rezonansowa czułość obwodu dla pewnej częstotliwości widma. Zrealizowane badania informują, iż charakter rejestrowanego napięcia przejściowego związany jest ściśle z przebiegami prądu, przy czym podział napięcia między pojemnością a indukcyjnością filtru zależy od ich wartości oraz częstotliwości prądu przejściowego.
Strojenie dokładne elementów układu filtrującego powoduje odpowiednio większe maksymalne wartości przepięć na elementach filtrów niż w przypadku parametrów uzyskanych na w wyniku strojenia projektowego. Zaistniała sytuacja jest charakterystyczna zasadniczo dla pojedynczo zasilanego filtru, jak również dla grupy filtrów [6], [81], [140]. Zmiana charakteru procesu przejściowego przy eksploatacyjnych zmianach parametrów kondensatorów i dławików filtrów, odbywa się zgodnie z odpowiednimi zmianami częstotliwościowych właściwości obwodu zasilania, spowodowanymi występującymi odchyleniami parametrów. Inna topologia układu zasilania oraz zmiana konfiguracji filtrów wyższych harmonicznych determinuje zupełnie inną relację zmian. Przepięcia generowane na elementach filtru F-2 typu C w porównaniu do jednostki typu LC, charakteryzuje mniejsza amplituda oraz czas trwania stanu nieustalonego w obwodzie, rysunek 4.13 i 4.14.
Układ I Układ II
a.\
b.\
Rysunek 4.13: Oscylogramy napięć przejściowych kondensatorów (C1 i C2) filtru F-2 typu C, dla hr = 1,86 w przypadku zasilania układu FC z transformatora systemowego o mocy: a.\ 80 MVA, b.\ 160 MVA
Należy zauważyć, iż przepięcia generowane na baterii kondensatorów w obu przypadkach (zarówno dla filtru LC oraz typu C) przy pełnej konfiguracji układu filtrującego przekraczają dwukrotną wartość napięcia znamionowego. Obserwowane zjawisko spowodowane jest obecnością dużej wartości indukcyjności L i tym samym dużą dobrocią układu FC. Stąd, tak ważne jest prawidłowy dobór pojemności baterii kondensatorów każdego z pracujących w obwodach kompensacyjnych filtrów wyższych harmonicznych [6], [81], [140].
110
Układ I Układ II
a.\
b.\
Rysunek 4.14: Oscylogramy napięć przejściowych dławika filtru F-2 typu , dla hr = 1,86 w przypadku zasilania układu FC z transformatora systemowego o mocy: a.\ 80 MVA, b.\ 160 MVA
Zastosowanie rezystancji tłumiącej RT w strukturze filtru typu C zmniejsza amplitudę oraz czas utrzymywania się w obwodzie FC przepięć o charakterze przemijającym. Redukuje oddziaływanie zjawisk przejściowych w obwodzie baterii kondensatorów oraz dławika filtru, rysunek 4.15 i 4.16.
System A System B
a.\
b.\
Rysunek 4.15: Napięcia przejściowe kondensatora: a.\ filtru F-3 dla hr = 3,00, b.\ filtru F-5 dla hr = 5,00, w przypadku zasilania układu FC z transformatora systemowego o mocy 80 MVA
111
System A System B
a.\
b.\
Rysunek 4.16: Napięcia przejściowe dławika: a.\ filtru F-3 dla hr = 3,00, b.\ filtru F-5 dla hr = 5,00, w przypadku zasilania układu FC z transformatora systemowego o mocy 80 MVA
Przeprowadzona analiza wykazuje, że decydujący wpływ na zachodzące procesy przejściowe mają wypadkowa moc zwarciowa systemu oraz parametry układu kompensacyjno-filtrującego co z kolei wyznacza właściwości częstotliwościowe sieci elektrycznej względem węzła przyłączenia.
W przypadku zasilania systemu z transformatora systemowego TS o większej mocy znamionowej, rezystancja filtru silniej tłumi oscylacje prądu w obwodzie niż w przypadku zasilania z transformatora o większej reaktancji, rysunek 4.17.
Układ I Układ II
a.\
b.\
Rysunek 4.17: Oscylogramy prądów przejściowych rezystancji tłumiącej RT filtru F-2 typu C, dla hr = 1,86 w przypadku zasilania układu FC z transformatora systemowego o mocy: a.\ 80 MVA, b.\ 160 MVA
112 Prąd przejściowy płynący przez rezystancję tłumiąca RT filtru F-2 typu C, wyznaczoną w oparciu strojenie dokładne ma większą amplitudę oraz wywołuje większe straty mocy czynnej. Zależność ta spełniona jest dla obu przypadków zasilania układu FC, tabela 4.18.
Tabela 4.18: Maksymalne amplitudy prądów przejściowych rezystancji tłumiącej F-2 podczas włączania transformatora Dokładność strojenia Strojenie projektowe Strojenie dokładne Moc TS, MVA 80 160 80 160 Układ połączeń FC I II I II I II I II Amplituda prądu RT kA 59,46 210,71 55,29 166,49 78,12 228,54 76,52 193,18
4.3 Włączanie filtrów
4.3.1 Prądy oraz napięcia przejściowe układu filtrującego
Wartości maksymalnych amplitud napięć i prądów przejściowych generowane na elementach filtrów układu A podczas włączania jednostek układu FC do sieci przemysłowej podano odpowiednio