201432. lajstromszámú szabadalom • Különböző felharmónikusokra hangolható szűrőberendezés
1 HU 201432 A 2 A találmány tárgya különböző felharmonikusokra hangolható szűrőberendezés, amely a villamos hálózatra csatlakozó és felharmonikusokat termelő egyes fogyasztóknak más fogyasztókra gyakorolt káros, sok esetben a fogyasztók félvezetőit jóvátehetetlenül károsító hatását biztonsággal megszünteti. A villamos zavarok kiszűrésével foglalkozó szakemberek előtt ismeretes, hogy a villamos hálózat szinuszos jelalakjára különböző okok miatt a jelalakot torzító felharmonikusok szuperponálódnak. A felharmonikusok frekvenciái az alapszekvenciának egész számú többszörösei, és ezt az egész számot h rendszámnak nevezzük. Az egyes felharmonikusok amplitúdóit és fázisviszonyait a felharmonikusokat termelő fogyasztók határozzák meg. Napjainkban az ipari elektronika fejlődése mind több ipari fogyasztónál teszi szükségessé olyan szabályozó berendezések beépítését, amelyek révén egyes fizikai jellemzők, mint pl. a fordulatszám vagy a teljesítmény fokozatmentesen változtatható. A berendezések lényege, hogy a tápvezetékbe félvezető elemek vannak beiktatva, amelyek vezérlő impulzusok hatására a gyújtási szöget, ezzel együtt a feszültség és az áram effektiv értékét változtatják. Az ennek során termelt felharmonikus áramok az fh *= kxp±l képlettel határozhatók meg, ahol k - 1, 2... n egész szám, p pedig az ütemszámot jelenti. A felharmonikusok keletkezését, azok hátrányait és megszüntetési módjait ismerteti Liska-Retter szerzők „Váltakozó áramok elmélete” című könyve (Bp. Műszaki Kiadó, 1967.) Az egyes felharmonikusok amplitúdói tág határok között változhatnak, ezért megszűntetésük érdekében a szűrési igény is változó lehet. A felharmonikusok okozta hálózati rezonanciák olyan túlfeszültségeket eredményeznek, amelyek sok esetben a fogyasztók végzetes meghibásodásához, a motorok leégéséhez, esetleg a transzformátorok és kábelek robbanásához vezetnek. Ennek az a magyarázata, hogy fázisjavítás céljából általában statikus kondenzátorokat kapcsolnak a hálózatra, és azok a hálózat induktív elemeivel rezgőkört képeznek, azáltal soros vagy párhuzamos rezonancia keletkezik. A rezonancia hatására a felharmonikus áramok és a felharmonikus feszültségek a rezonanciamentes értékek sokszorosára növekedhetnek. E jelenség elkerülésére, vagyis a felharmonikus áramok söntölésére és a meddőáramok kompenzálására szűrőberendezéseket alkalmaznak és azokat általában induktív és kapacitív elemek soros kapcsolásából alakítják ki. Ilyen kapcsolás többek között a VEB Starkstrom-Anlagenbau cég (NDK, Magdeburg) szűrőberendezése, amelyet konkrét hálózathoz és fogyasztókra egyedi tervezés alapján készít a cég. Ennek a szűrőberendezésnek alapvető, hiányossága, hogy csak egy meghatározott felharmonikust szűr ki, nem alkalmas több felharmonikus együttes szűrésére, és a soros tagok rezonancia frekvenciája közelében levő úgynevezett párhuzamos rezonancia frekvencián (amely a fogyasztó és a vele párhuzamosan kapcsolt szűrőkör rezonancia frekvenciája), az eredő impedancia nagyságrendekkel történő növekedése miatt a hálózatra kapcsolt egyéb fogyasztókra is veszélyes felhullám alakul ki. A szűrőberendezés általában csak méréssel meghatározott vagy feltételezett felharmonikus kiszűrésére alkalmas. A hálózat tényleges frekvenciája azonban ismert okok miatt eltér a méretezés alapjául szolgáló névleges frekvenciától, és ez az eltérés a felharmonikusok tényleges frekvenciáját is megváltoztatja. Ha pl. a hálózat 50 Hz névleges frekvenciája 49 Hz-re változik (2 %-kal csökken), akkor a tizedik felharmonikus frekvenciája 500 Hz helyett 490 Hz lesz. Ez esetben az 500 Hz-es felharmonikusra méretezett szűrő a tényleges felharmonikust elvileg nem, gyakorlatilag csak kis mértékben szűri. Fentieken túl nem elhanyagolható az a hátrány sem, hogy az egyedi tekercsek tervezése, elkészítése, beépítése vagy cseréje egyaránt hosszadalmas, egyedi munkákkal végezhető csak el. Az áram felharmonikus összetevői nemcsak a hálózati feszültséget torzítják, hanem rontják a teljesítmény-tényezőt, és növelik a meddőteljesítményigényt, ezzel együtt a veszteségeket is. A hálózatra kapcsolt fogyasztók, motorok, traszformátorok, stb. ugyanis szinuszos feszültségre vannak méretezve, és felharmonikusokkal torzított jelalak esetén a számított értéktől eltérő, általában annál nagyobb, áramot vesznek fel. Hogy a fázisjavítás céljából alkalmazott statikus kondenzátorok a hálózat induktív elemeivel ne okozzanak rezonancia frekvencián meghibásodásokat, a meddő teljesítmény változásával arányosan különböző értékű kondenzátorokat kapcsolnak egymás után a hálózatra, vagy le a hálózatról. Ilyen feladatot lát el többek között a magyarországi Terminál Szolgáltató Szövetkezet Közös Vállalat (Szigetszentmiklós) AMKB ÜL B. típusú fázisjavító automata berendezése, amelynek automata kapcsolója a cos fi - 0,98-nál kisebb értéket érzékelve kb. 30 mp-enként 3-33,3 kVAv teljesítményű kondenzátorokat kapcsol a hálózatra. Ha a cos fi értéke 0,98 fölé növekszik, a kondenzátorokat egymás után lekapcsolja az automata. A megoldás hátránya, hogy adott időn belül csak a meddőteljesítmény javítására képes, de a felharmonikusok okozta veszélyek elhárítására alkalmatlan. A találmánnyal az volt a célunk, hogy az ismert szűrőberendezések hiányosságait kiküszöböljük. Olyan szűrőberendezést kívántunk létrehozni, amely a legnagyobb károkat okozó felharmonikusokra hangolt típustekercsekből és kondenzátorból alakítható ki, azok meghatározott sorrendben kapcsolódnak a hálózatra, egyidejűleg több felharmonikus kiszűrésére is képes, a párhuzamos rezonancia frekvencián, valamint a névlegestől gyakran eltérő tényleges frekvencián is hatásos, és felharmonikusokat kiszűrő rendeltetésén túl a meddőteljesítmény-igény biztosítása mellett a cos fi biztonságos javítására is alkalmas. Találmányunk alapja az a felismerés, hogy a célul kitűzött előnyök elérhetők, ha a meddőteljesítmény változásának függvényében a harmadik, az ötödik, a hetedik, a tizenegyedik, és a tizenharmadik felharmonikus közül legalább négy ismert felharmonikusra kapcsolt soros rezgőkört kapcsolunk meghatározott időközönként a hálózatra, és a meddőteljesítmény adott értékre csökkenése után az egyes rezgőköröket ugyancsak meghatározott időközönként, de a rákapcsolási sorrenddel ellentétes sorrendben kapcsoljuk le a hálózatról. A találmány értelmében különböző felharmonikusok szűrése háromfázisú hálózat vezetékei közé kap-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
