2tom332

9. URZĄDZENIA DO KOMPENSACJI MOCY BIERNEJ 666

Ponieważ odkształcenie napięcia jest zwykle spowodowane przez harmoniczne niższych rzędów, zatem załączenie baterii kondensatorów spowoduje zwiększenie odkształcenia (nieraz dość znaczne), zwłaszcza w pobliżu źródeł prądów wyższych harmonicznych.

9.6.3. Zasada działania filtrów i baterii z dławikami ochronnymi

Załączenie baterii kondensatorów do sieci o odkształconym napięciu może spowodować albo niedopuszczalny wzrost napięcia, albo przeciążenie baterii prądami wyższych harmonicznych, albo oba te zjawiska razem.

W pierwszym i trzecim przypadku stosuje się filtry wyższych harmonicznych prądu. Filtr LC tworzy w układzie gałąź poprzeczną o bardzo małej impedancji dla danej harmonicznej, wobec czego jej prąd płynie przez zwierający go filtr, a nie do sieci.

Filtr stanowi bateria kondensatorów, zwykle połączona w gwiazdę, przy czym w każdej jej fazie szeregowo z kondensatorami jest załączony dławik o tak dobranej reaktancji, by przy filtrowanej harmonicznej występował rezonans szeregowy, tzn. wypadkowa reaktancja była równa lub bliska zeru. Względna częstotliwość własna filtru równa się rzędowi filtrowanej harmonicznej

n_F = JXJX_d    (9.103)

W zakresie 1 < n < n_F filtr ma charakter pojemnościowy, zaś w zakresie n_F <n < oo — indukcyjny (rys. 9.15).

Rys. 9.15. Reaktancja X_F jednogałęziowego filtru I.C w funkcji częstotliwości

Pojemność filtru tworzy z indukcyjnością sieci i równoległych do niego odbiorników obwód rezonansu równoległego przy harmonicznej rzędu n_p, przy czym zawsze n_p < n_F.

Filtr LC, w którym uwzględnia się straty czynne w kondensatorach i dławikach nazywa się filtrem RLC. Jego rezystancję R (szeregową) oblicza się z dobroci filtru Q₀, podającej ile razy składowa indukcyjna jego prądu jest większa od składowej czynnej,

a więc zc wzoru
R = X0/Q0	(9.104)
przy czym reaktancja charakterystyczna filtru
X0 = Xń Xc = XdnF = Xc/nF	(9.105)

Przy częstotliwości n_F impedancja filtru równa się jego rezystancji.

W niektórych filtrach, zwłaszcza dużej mocy, stosuje się dodatkowe oporniki łączone szeregowo lub równolegle z dławikami. Rezystancja R powoduje zmniejszenie impedancji układu w punkcie rezonansu równoległego. W przypadku oporników połączonych szeregowo z dławikami efekt ich działania jest znaczny, jednak przepływ prądu przez nie powoduje straty mocy i energii. Nieco mniejszy efekt, ale i mniejsze straty osiągnie się łącząc dodatkowy opornik równolegle do dławika. Należy jednak pamiętać, że w obu przypadkach zwiększa się, choć nieznacznie, impedancja w punkcie rezonansu szeregowego, zmniejszając nieco skuteczność działania filtru.

Filtr wyższych harmonicznych spełnia podwójne zadanie: dostarcza moc bierną przy częstotliwości podstawowej oraz odciąża sieć od przepływu harmonicznych prądu (jednej lub kilku).

Jeśli odkształcenie napięcia po załączeniu baterii kondensatorów nie będącej filtrem wyższych harmonicznych nie przekracza wartości dopuszczalnej, ale bateria ta byłaby przeciążona prądami wyższych harmonicznych, to wtedy w szereg z kondensatorami każdej fazy baterii instaluje się dławik dobrany przy n = 4,4-4-4,8. Dławik zmniejsza obciążenie baterii i — w mniejszym stopniu — odkształcenie napięcia; stąd układ taki nie jest uważany za normalny filtr wyższych harmonicznych.

9.6.4. Klasyfikacja filtrów

Filtry dzieli się na: pojedyncze, zestawy filtrów i filtry szerokopasmowe.

Filtr pojedynczy (prosty) jest filtrem RLC dostrojonym do filtrowania jednej harmonicznej. Filtr RLC dla 5-tej harmonicznej jest nazywany krótko filtrem 5. harmonicznej i oznaczany symbolem F5.

Zestaw filtrów wyższych harmonicznych jest urządzeniem do odfiltrowania kilku harmonicznych, składającym się z kilku równoległych filtrów pojedynczych. Zwykle cały

Rys. 9.16. Schemat czterogałęziowego filtru prostego LC uzupełnionego gałęzią szerokopasmową HP

ii

Z

70

S

60

I

!

n

50

Rys. 9.17. Charakterystyka modułu impedancji węzła sieciowego

1 — z czterogałęziowym filtrem dla 5., 7., 11. i 13. harmonicznej, 2 — z filtrem i gałęzią HP