Galvaanisen erotuksen toteuttaminen tasavirtasähkönjakelun asiakaspäätelaitteessa
Juntunen, Raimo (2011)
Tiivistelmä
Suomessa sähkönjakeluverkon pääasialliset jännitetasot ovat 20 kV ja 400 V. 20 kV jännitetasolla sähkö viedään lähelle kuluttajia ja muunnetaan pienemmäksi lähellä asiakkaita. Haittapuolena on se, että 20 kV avojohtosähkönsiirtoverkko on hyvin vika-altis ja usein yhden haaran vikaantuessa monta muutakin jää ilman sähköä. Lisäksi hintavien ja suurien jakelumuuntajien määrä on suuri. Vaihtoehtona on toteuttaa osa sähkönjakelusta tasajännitteellä, jolloin tehollinen pienjännite olisi 400 V:a suurempi. Tällöin sähköä voitaisiin siirtää pidempiä matkoja ilman, että asiakaskohtaisia tai muutaman asiakkaan kattavia 20 kV siirtolinjoja tarvitsisi käyttää. Tämä edellyttää vaihtosuuntauksen toteuttamista kuluttajan päässä.
Tässä työssä esiteltävällä 1 kVA:n tehoisella vaihtosuuntaajalla muodostetaan tasasähköjakeluverkosta saatavasta 750 V tasasähköstä yksivaiheista (230 VRMS, 50 Hz) verkkojännitettä. Laite on suunniteltu toteuttamaan galvaaninen erotus mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella.
Suurtaajuusmuuntajan mitoitus mahdollisimman hyvälle hyötysuhteelle on haastava tehtävä, koska vaatimuksia sille asettavat sekä syöttävä resonanssikonvertteri että syötettävä syklokonvertteri. Mitoituksessa on pyrittävä löytämään mahdollisimman hyvä hyötysuhde kustannusten ja toteutettavuuden suhteen. The electric distribution network in Finland has normally voltage levels of 20 kV and 400 V. The electric power is transferred near the customers with the higher voltage and then transformed down to the lower voltage. The problem in this case is that the 20 kV power network consisting of overhead lines malfunctions very easily. If one branch is malfunctioning could this mean that many other branches are left without electricity. Also the amount of large and expensive distribution transformers is great. An alternative for this could be DC distribution, where the RMS value of the low voltage would be bigger than 400 V. In this case electrical power could be transferred for longer distances without the need of 20 kV lines for one or a few customers. This demands that the power inversion must be executed at the consumer end.
The converter presented in this work is designed to convert a power of 1 kVA from 750 VDC to mains voltage (230 VRMS, 50 Hz). The device is optimized to have a good efficiency and to separate the output galvanically from the input. Designing the high frequency transformer is a difficult task because both the resonant converter attached to the primary side and the cycloconverter on the secondary side lay demands to the transformer. It is most necessary to find an optimal design between the efficiency of the transformer and costs and processibility.
Tässä työssä esiteltävällä 1 kVA:n tehoisella vaihtosuuntaajalla muodostetaan tasasähköjakeluverkosta saatavasta 750 V tasasähköstä yksivaiheista (230 VRMS, 50 Hz) verkkojännitettä. Laite on suunniteltu toteuttamaan galvaaninen erotus mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella.
Suurtaajuusmuuntajan mitoitus mahdollisimman hyvälle hyötysuhteelle on haastava tehtävä, koska vaatimuksia sille asettavat sekä syöttävä resonanssikonvertteri että syötettävä syklokonvertteri. Mitoituksessa on pyrittävä löytämään mahdollisimman hyvä hyötysuhde kustannusten ja toteutettavuuden suhteen.
The converter presented in this work is designed to convert a power of 1 kVA from 750 VDC to mains voltage (230 VRMS, 50 Hz). The device is optimized to have a good efficiency and to separate the output galvanically from the input. Designing the high frequency transformer is a difficult task because both the resonant converter attached to the primary side and the cycloconverter on the secondary side lay demands to the transformer. It is most necessary to find an optimal design between the efficiency of the transformer and costs and processibility.