УСТРОЙСТВО ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧЕТЫРЕХЖИЛЬНОМ КАБЕЛЕ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве устройства восстановления напряжения в четырехжильном кабеле при обрыве одной любой фазы.
Известно устройство восстановления напряжения в четырехжильном кабеле, содержащее клеммы сети, три реле контроля напряжения, каждое из которых снабжено одним размыкающим контактом и двумя замыкающими контактами, три компенсирующих конденсатора, каждый из которых включен последовательно с размыкающим контактом соответствующего реле между одноименной фазой и смежной с ней фазой обратной последовательности, три фазосдвигающих дросселя, каждый из которых включен между клеммой сети и одноименной клеммой для подключения трехфазной нагрузки и зашунтирован двумя последовательно соединенными замыкающими контактами реле соседних фаз и три клеммы для подключения трехфазной нагрузки [1]. Данное устройство нашло широкое применение из-за простоты схемы и высокой надежности. Оно работоспособно при обрыве любой из фаз кабеля, однако время восстановления напряжения оборванной фазы является значительным. Уменьшение времени срабатывания реле переменного тока затруднительно, так как магнитный поток в сердечнике является переменным.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение времени восстановления напряжения.
Требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве восстановления напряжения в четырехжильном кабеле, содержащем клеммы жил кабеля, три фазных реле, каждое из которых снабжено одним размыкающим контактом и двумя замыкающими контактами, три компенсирующих конденсатора, три фазосдвигающих дросселя и три клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем каждое фазное реле соединено с соответствующей клеммой жилы кабеля и с нулевым проводом, каждый из компенсирующих конденсаторов включен последовательно с размыкающим контактом соответствующего фазного реле между одноименной фазой и смежной с ней фазой обратной последовательности, каждый из фазосдвигающих дросселей включен между клеммой жилы кабеля и одноименной клеммой для подключения трехфазной нагрузки и зашунтирован двумя последовательно соединенными замыкающими контактами реле соседних фаз, указанные фазные реле являются реле постоянного тока, при этом каждое из названных реле содержит параллельно включенные источник постоянного тока, транзисторный ключ и электромагнит постоянного тока, причем каждый источник питания содержит однофазный мостовой выпрямитель, емкостной фильтр, плюсовую и минусовую клеммы, каждый транзисторный ключ содержит цепь смещения тока базы, образованную последовательно соединенными диодом обратного включения, резистором и конденсатором, и непосредственно транзистор; электромагнит постоянного тока содержит последовательно соединенные ограничительный резистор и катушку, размещенную на сердечнике, при этом первый входной вывод каждого однофазного мостового выпрямителя соединен с клеммой соответствующей жилы кабеля, а второй входной вывод указанного выпрямителя соединен с нулевым проводом, катод каждого диода обратного включения соединен с плюсовой клеммой источника питания, анод названного диода соединен с базой транзистора, а свободный вывод конденсатора каждой цепи смещения тока базы соединен с минусовой клеммой источника питания, эмиттер каждого транзистора подключен к входу ограничительного резистора, коллектор транзистора подключен к выходу указанного резистора, а свободный вывод каждой катушки электромагнита постоянного тока соединен с минусовой клеммой источника питания.
На чертеже изображена схема устройства восстановления напряжения в четырехжильном кабеле.
Устройство содержит клеммы жил кабеля A, B, C и 0, три фазных реле постоянного тока 1, 2 и 3, выполненных по идентичным схемам, при этом реле 1 содержит параллельно включенные источник питания 1-1, содержащий однофазный мостовой выпрямитель (не обозначен), емкостной фильтр 1-2, плюсовую клемму 1-3 и минусовую клемму 1-4; транзисторный ключ 1-5, содержащий цепь смещения тока базы (не обозначен), образованную последовательно соединенными диодами обратного включения 1-6, резистором 1-7 и конденсатором 1-8, и непосредственно транзистором 1-9; электромагнит постоянного тока 1-10, содержащий последовательно включенные ограничительный резистор 1-11 и катушку 1-12, размещенную на сердечнике; реле 2 содержит параллельно включенные источник питания 2-1, содержащий однофазный мостовой выпрямитель (не обозначен), емкостной фильтр 2-2, плюсовую клемму 2-3 и минусовую клемму 2-4; транзисторный ключ 2-5, содержащий цепь смещения тока базы (не обозначен), образованную последовательно соединенными диодами обратного включения 2-6, резистором 2-7 и конденсатором 2-8, и непосредственно транзистором 2-9; электромагнит постоянного тока 2-10, содержащий последовательно включенные ограничительный резистор 2-11 и катушку 2-12, размещенную на сердечнике; реле 3 содержит параллельно включенные источник питания 3-1, содержащий однофазный мостовой выпрямитель (не обозначен), емкостной фильтр 3-2, плюсовую клемму 3-3 и минусовую клемму 3-4; транзисторный ключ 3-5, содержащий цепь смещения тока базы (не обозначен), образованную последовательно соединенными диодами обратного включения 3-6, резистором 3-7 и конденсатором 3-8, и непосредственно транзистором 3-9; электромагнит постоянного тока 3-10, содержащий последовательно включенные ограничительный резистор 3-11 и катушку 3-12, размещенную на сердечнике; при этом: первый входной вывод выпрямителя (не обозначен) источника питания 1-1 соединен с клеммой жилы A кабеля, а второй входной вывод названного выпрямителя подключен к нулевому проводу; емкостной фильтр 1-2 подключен к плюсовой 1-3 и минусовой 1-4 клеммам источника питания 1-1, катод диода (не обозначен) обратного включения 1-6 транзисторного ключа 1-5 подключен к плюсовой клемме 1-3, анод указанного диода соединен с базой транзистора 1-9, свободный вывод (не обозначен) конденсатора 1-8 соединен с минусовой клеммой 1-4, эмиттер транзистора 1-9 подключен к первому выводу (не обозначен) ограничительного резистора 1-11, а коллектор транзистора 1-9 соединен с вторым выводом (не обозначен) ограничительного резистора 1-11, свободный вывод (не обозначен) катушки 1-12 соединен с минусовой клеммой 1-4 источника питания 1-1; первый входной вывод указанного выпрямителя (не обозначен) источника питания 2-1 реле 1 соединен с клеммой жилы В кабеля, а второй входной вывод названного выпрямителя подключен к нулевому проводу; емкостной фильтр 2-2 подключен к плюсовой 2-3 и минусовой 2-4 клеммам источника питания 2-1, катод диода (не обозначен) обратного включения 2-6 подключен к плюсовой клемме 2-3, анод указанного диода соединен с базой транзистора 2-9, свободный вывод (не обозначен) конденсатора 2-8 соединен с минусовой клеммой 2-4, эмиттер транзистора 2-9 подключен к первому выводу (не обозначен) ограничительного резистора 2-11, а коллектор транзистора 2-9 соединен с вторым выводом (не обозначен) ограничительного резистора 2-11, свободный вывод (не обозначен) катушки 2-12 соединен с минусовой клеммой 2-4 источника питания 2-1; первый входной вывод указанного выпрямителя (не обозначен) источника питания 3-1 соединен с клеммой жилы C кабеля, а второй входной вывод названного выпрямителя подключен к нулевому проводу; емкостной фильтр 3-2 подключен к плюсовой 3-3 и минусовой 3-4 клеммам источника питания 3-1, катод диода (не обозначен) обратного включения 3-6 транзисторного ключа 3-5 подключен к плюсовой клемме 3-3, анод указанного диода соединен с базой транзистора 3-9, свободный вывод (не обозначен) конденсатора 3-8 соединен с минусовой клеммой 3-4, эмиттер транзистора 3-9 подключен к первому выводу (не обозначен) ограничительного резистора 3-11, а коллектор транзистора 3-9 соединен с вторым выводом (не обозначен) ограничительного резистора 3-11, свободный вывод (не обозначен) катушки 3-12 соединен с минусовой клеммой 3-4 источника питания 3-1. Кроме того устройство содержит компенсирующий конденсатор 4, включенный последовательно с размыкающим контактом 7 реле 1 между одноименной фазой A и смежной с ней фазой обратной последовательности C, компенсирующий конденсатор 5, включенный последовательно с размыкающим контактом 8 реле 2 между одноименной фазой B и смежной с ней фазой обратной последовательности A, компенсирующий конденсатор 6, включенный последовательно с размыкающим контактом 9 реле 3 между одноименной фазой С и смежной с ней фазой обратной последовательности B; фазосдвигающий дроссель 16, включенный между клеммой жили A кабеля и одноименной клеммой 19 для подключения трехфазной нагрузки, шунтированный последовательно соединенными замыкающим контактом 10 реле 2 и замыкающим контактом 11 реле 3, фазосдвигающий дроссель 17, включенный между клеммой жилы B кабеля и одноименной клеммой 20 для подключения трехфазной нагрузки, шунтированный последовательно соединенными замыкающим контактом 12 реле 1 и замыкающим контактом 13 реле 3, фазосдвигающий дроссель 18, включенный между клеммой жили C кабеля и одноименной клеммой 21 для подключения трехфазной нагрузки, шунтированный последовательно соединенными замыкающим контактом 14 реле 1 и замыкающим контактом 15 реле 2.
Все элементы схемы устройства серийно выпускаются отечественной промышленностью. Параметры резисторов 1-7, 2-7 и 3-7 и конденсаторов 1-8, 2-8 и 3-8 подбираются таким образом, что бы во время срабатывания электромагнитов 1-10, 2-10 и 3-10 транзисторы 1-9, 2-9 и 3-9 были полностью открыты, что обусловит минимальное значение сопротивления перехода эмиттер-коллектор и шунтирование ограничительных резисторов 1-11, 2-11 и 3-11.
Устройство работает следующим образом. При наличии напряжения на каждой клемме жил кабеля все три реле постоянного тока 1, 2 и 3 срабатывают, при этом их замкнутые контакты 7, 8 и 9 размыкаются, а разомкнутые контакты 10, 11, 12, 13, 14 и 15 замыкаются, при этом токи фаз протекают по цепям: фаза A клемма жилы A, замкнутый контакт 10, принадлежащий реле 2, замкнутый контакт 11, принадлежащий реле 3, клемма 19 для подключения трехфазной нагрузки; фаза B клемма жилы B, замкнутый контакт 12, принадлежащий реле 1, замкнутый контакт 13, принадлежащий реле 3, клемма 20 для подключения трехфазной нагрузки; фаза C клемма жилы C, замкнутый контакт 14, принадлежащий реле 1, замкнутый контакт 15, принадлежащий реле 2, клемма 21 для подключения трехфазной нагрузки. Таким образом, при наличии напряжения на всех трех жилах кабеля компенсирующие конденсаторы 4, 5 и 6 и фазосдвигающие дроссели 16, 17 и 18 находятся в обесточенном состоянии. При отсутствии напряжения в одной из жил кабеля, что соответствует обрыву жилы, токи фаз будут протекать по другим цепям. Пусть отсутствует напряжение на клемме жилы A, тогда в схеме реле 1 однофазный мостовой выпрямитель источника питания 1-1 будет неработоспособен и на плюсовой 1-3 и минусовой 1-4 клеммах напряжение отсутствует. Тогда следующие элементы реле: транзисторный ключ 1-5 с диодом обратного включения 1-6, резистором 1-7, конденсатором 1-8, транзистором 1-9, электромагнит постоянного тока 1-10 с добавочным резистором 1-11 и катушкой 1-12 будут так же обесточены, при этом размыкающий контакт 7 остается замкнутым, а контакты 12 и 14 остаются разомкнутыми. Тогда в фазе A ток будет протекать следующим образом: клемма жилы C кабеля, конденсатор 4, замкнутый контакт 7, замкнутые контакты 10 и 11, клемма 19; фаза B - клемма жилы B кабеля - фазосдвигающий дроссель 17, клемма 20; фаза C - клемма жилы C кабеля - фазосдвигающий дроссель 18, клемма 21, т.е. токи оставшихся фаз протекают через фазосдвигающие дроссели, а на клеммах 16, 17 и 18 для подключения трехфазной нагрузки будет наблюдаться симметричная трехфазная система напряжений. При обрыве другой жилы кабеля механизм восстановления напряжения в оборванной фазе сохраняется аналогично описанному.
Таким образом в предложенном устройстве время восстановления уменьшено за счет ввода ограничительного резистора (способ уменьшения постоянной времени за счет увеличения знаменателя дроби путем увеличения сопротивления по сравнению с неизменной индуктивностью катушки), а сопротивление добавочного резистора шунтировано в момент срабатывания электромагнита сопротивлением полностью открытого транзистора (эмиттер-коллекторного перехода).
Источники, принятые во внимание:
[1] Авторское свидетельство СССР H02J 9/06, H02M 5/14 №1723697 от 14.06.89 г. / Кирилов Н.П. опубликовано 30.03.92 г. Бюл. №12.