СИММЕТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ С НЕЙТРАЛЬНЫМ ПРОВОДОМ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для повышения качества и снижения потерь электрической энергии в трехфазных сетях с нейтральным проводом, содержащих несимметричные, и нелинейные нагрузки, и позволяет устойчиво дискретно регулировать параметры емкостных элементов вместе с регулировкой индуктивности.
Известно устройство для компенсации реактивной мощности в многофазных распределительных сетях с нулевым проводом (а.с. №458919 H02J 3/18) [1], содержащее конденсаторы, соединенные в звезду, между общей точкой конденсаторов и нулевым проводом включен индуктивный элемент.
Недостатком данного устройства является:
1. Невозможность осуществлять регулировку его параметров, при изменении параметров сети.
Известно устройство для симметрирования токов и напряжений в трехфазной сети с нулевым проводом и саморегулируемой индуктивностью (ПМ РФ №26699 H02J 3/26) [2], содержащее емкостные элементы, соединенные в звезду, и индуктивность, выполненную саморегулируемой, и содержащую цилиндрическую катушку, стальной сердечник из электротехнической стали, цилиндрическую спиральную пружину, основание устройства.
Недостатками данного устройства являются:
1. Отсутствие возможности регулировки параметров емкостных элементов при изменении величины асимметрии в трехфазной сети.
2. Невозможность устойчивого регулирования индуктивности из-за колебаний сердечника при изменении тока в катушке.
Известно фильтросимметрирующее устройство для трехфазной сети с нулевым проводом для снижения потерь и повышения качества электроэнергии (ПМ РФ №110876 H02J 3/26) [3].
Недостатком данного устройства является:
1. Одним из элементов устройства является магнитный усилитель, являющийся нелинейным элементом, работа которого вносит существенное искажение в форму кривой тока.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является известное симметрирующее устройство для трехфазной четырехпроводной сети с регулируемыми параметрами (ПМ РФ №61063 H02J 3/26) [4].
Недостатками данного устройства являются:
1. Значительное потребление электроэнергии и недолговечность катушки магнитного пускателя и ее контактов, и как следствие снижение надежности функционирования самого устройства.
Цель полезной модели - повышение качества и снижение потерь электрической энергии в электрических сетях, обусловленных несимметрией токов и напряжений.
Поставленная цель достигается за счет того, что симметрирующее устройство для трехфазной сети с нейтральным проводом содержит в каждой фазе параллельно подключаемые ступени мощности, включающие в себя емкостные элементы, соединенные в звезду, реактор, включенный между нейтральным проводом и нулевой точкой конденсаторов, систему автоматического управления, отличающееся тем, что реактор имеет рабочие выводы по числу ступеней мощности, причем каждый рабочий вывод реактора подключается к нейтральному проводу питающей сети через последовательно включенные замыкающийся контакт соответствующей ступени и размыкающийся контакт последующей ступени. На рис. 1 показана схема полезной модели.
Симметрирующее устройство для трехфазной сети с нейтральным проводом состоит из емкостных элементов (1-3) соединенных в звезду, реакторов (4-6), замыкающих контактов (7-10, 12, 14), размыкающих контактов (11, 13) и блока управления устройством (15). На первой ступени мощности подключаются три емкости (1) и реакторы (4-6). При возрастании несимметрии токов и напряжений подключается вторая ступень мощности, и мощность устройства увеличивается. Это достигается путем подключения дополнительных емкостей (2) и реакторов (4, 5). Реактор 6 при этом отключается и общая индуктивность реактора уменьшается. Предлагаемое устройство полностью отключается от сети при достижении уровня фазных напряжений, регламентируемых ГОСТ [5].
Для автоматического управления устройством предлагается использовать блок управления, который осуществляет управление устройством в функции несимметрии фазных напряжений. Схема управления работает следующим образом.
Схема управления (рис. 2) состоит из дифференциальных дискриминаторов, логических элементов ИЛИ и RS-триггеров. Дифференциальные дискриминаторы ДД1, ДД2 и ДД3, построенные на схеме 2ИЛИ-НЕ, вырабатывают на выходе логическую единицу в том случае, когда входное напряжение с трансформаторов напряжения (22-24) заключено между двумя порогами и равно логическому нулю во всех остальных случаях. Если уровни фазных напряжений составляют 220 В (±5%), то на выходах ДД1–ДД3 получаем логические нули. В этом случае на входы логических элементов ИЛИ (16-18) приходит логический нуль. С выходов логических элементов поступает нуль на RS-триггеры (19-21). Устройство не включается.
Если значения отклонения одного или двух (трех) фазных напряжений составляют свыше -5% от значений, регламентируемых ГОСТ [5], то на RS-триггер (19) поступает логическая единица, и происходит замыкание контактов 7 и 10, при этом контакт 11 замкнут. Устройство включается на минимальную мощность.
При увеличении уровня несимметрии фазных напряжений до значений, определяемых ДД2, включается вторая ступень устройства. Для включения второй ступени на RS-триггер (20) поступает логическая единица, при этом происходит замыкание контактов 8 и 12 и размыкание контакта 11. При увеличении уровня несимметрии фазных напряжений до значений, определяемых ДД3, включается третья ступень устройства. Для включения третьей ступени на RS-триггер (21) поступает логическая единица, при этом происходит замыкание контактов 9 и 14 и размыкание контакта 13.
Отключение ступени устройства реализуется следующим образом: если на выходах ДД1-ДД3 формируется логический нуль, то через инвертирующий элемент нуль преобразуется в единицу и подается на R-вход RS-триггера, таким образом, на его выходе формируется логический нуль и ступень устройства отключается.
Преимуществом данного устройства является то, что управление устройством осуществляется от уровня несимметрии токов и напряжений в сети 0,38 кВ, имеющей место в данный момент времени.
Экономический эффект от внедрения предлагаемой полезной модели выражается в повышении качества и снижении потерь электрической энергии, обусловленных несимметрией токов и напряжений.
Источники информации
1. А.с. №458919 (СССР). Устройство для компенсации реактивной мощности в многофазных распределительных сетях с нулевым проводом / А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов, Н.Н. Каплычный и др. Опубл. в Б.И., 1975, №4.
2. ПМ РФ №26699. Устройство для симметрирования токов и напряжений в трехфазной сети с нулевым проводом и саморегулируемой индуктивностью / Г.В. Лукина, И.В. Наумов, А.А. Лукин, С.В. Сукьясов, С.В. Подьячих. Опубл. 10.12.2002 Бюл. №34.
3. ПМ №РФ №110876. Фильтросимметрирующее устройство для трехфазной сети с нулевым проводом / Ф.Д. Косоухов, А.О. Горбунов, В.А. Романов, М.Ю. Теремецкий. Опубл. 27.11.2011 Бюл. №33.
4. ПМ РФ №61063 H02J 3/26. Симметрирующее устройство для трехфазной четырехпроводной сети с регулируемыми параметрами / Д.А. Иванов, И.В. Наумов, Д.А. Шпак, А.А. Матвеенко, С.В. Подьячих, С.В. Сукьясов. Опубл. 10.02.2007 Бюл. №4.
5. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения [Текст]: - Введ. 2014-07-01 - М.: Стандартинформ, 2014 - 19 с.