УСТРОЙСТВО ОТБОРА МАЛОЙ МОЩНОСТИ ИЗ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электрическому оборудованию, предназначенному для отбора малой электрической мощности из высоковольтной сети, и преобразование ее в мощность переменного тока низкого напряжения.
Устройство для преобразования переменного тока высокого напряжения в переменный тока низкого напряжения широко известно как электромагнитный трансформатор, описание которого можно найти, например, в следующих источниках:
1. А.Е. Алексеев. Конструкция электрических машин: учебное пособие для энергетических и электротехнических вузов и факультетов. - М. - Л.: «Госэнергоиздат», 1958 г.
2. Важнов А.И. Электрические машины. - Л.: «Энергия», 1968 г.
3. Вольдек А.И. Электрические машины. - Л.: «Энергия», 1978 г.
4. Кацман Μ.М. Электрические машины. - М.: «Высшая школа», 2000 г.
5. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учебник для ВУЗов, в 2-х т. - М.»: Издательский дом «МЭИ» (Московского энергетического института), 2006 г.
Основным недостатком электромагнитного трансформатора, предназначенного для отбора небольшой мощности из высоковольтной сети, является сложная конструкция высоковольтной изоляции, а в связи с этим увеличенные габариты, вес и стоимость, по сравнению с трансформатором низкого напряжения. В настоящее время трансформаторы для отбора небольшой мощности (до 10 кВт) из сети класса напряжения 35 кВ и преобразование ее в мощность переменного напряжения 220 В не производятся серийно ввиду экономической нецелесообразности.
Для отбора малой мощности из высоковольтной сети и преобразование ее в мощность переменного тока низкого напряжения применяют также устройство, состоящее из емкостного делителя напряжения и электромагнитного трансформатора, их также называют емкостными трансформаторами напряжения, которые известны, например, из следующих источников:
6. Усов С.В., Михалев Б.Н., Черновец А.К. и др. Электрическая часть электростанций / под. Ред. Усова С.В. - Л.: «Энергоатомиздат», 1987 г.
7. Дорохин Е.Г., Дорохина Т.Н. Схемы АПВ в электрических сетях: использование емкостного отбора напряжения. Практическое пособие. - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2002 г.
8. Каталог измерительных трансформаторов напряжения фирмы АББ «АББ - Справочник покупателя», опубликовано в сети интернет по адресу: http://www.energopromis.by/img/file/Измерительные%20трансформаторы_Справочник%20покупателя.pdf
Каталог емкостных трансформаторов напряжения хорватской фирмы KONCAR «VCU. Емкостные трансформаторы напряжения от 110 до 750 кВ», опубликован в сети интернет по адресу: http://www.koncar-mjt.hr/dolmenti/VCU%20brochure%20-%20Russian.pdf
Основной недостаток емкостных трансформаторов напряжения - наличие дорогого высоковольтного конденсатора, выполняемого на высокое напряжение при его значительной емкости, что ведет к усложнению конструкции, увеличению массы и габаритов.
Также известны устройства отбора малой мощности из высоковольтной сети, использующие наведенное магнитное поле от протекающего переменного тока, например, из следующих источников:
Патент Российской Федерации на изобретение № RU 2414034 «Вторичный источник питания с отбором мощности от тока фазного провода».
Патент Российской Федерации на изобретение № RU 2483409 «Вторичный источник питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередач высокого напряжения промышленной частоты».
Патент Российской Федерации № RU 2414035 «Система отбора мощности от токов трехфазной линии передачи высокого напряжения».
Патент Российской Федерации № RU 2496204 «Вторичный источник бесперебойного питания с отбором мощности от тока фазного провода».
Недостаток устройств отбора малой мощности из высоковольтной сети, использующие наведенное магнитное поле от протекающего тока - при наличии напряжения, но при определенном минимальном значении тока в сети, отбор мощности становится невозможным.
Известны также устройства с отбором мощности от высоковольтной сети от наведенного напряжения на электродах, от воздействующего электростатического поля, например, из следующих источников:
Патент Российской Федерации на изобретение № RU 2488931 «Вторичный источник питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения».
Недостатком этого устройства является значительные габариты для получения даже небольшой отбираемой мощности.
Наиболее близким по технической сущности к патентуемому устройству следует считать устройство, описанное в источниках 6, 7, 8 и 9, и состоящее из емкостного делителя напряжения и электромагнитного трансформатора.
Упрощенно схема устройства отбора малой мощности из высоковольтной сети, состоящее из емкостного делителя напряжения и электромагнитного трансформатора, приведена на фигуре 1. Устройство содержит:
- Емкостной делитель напряжения, состоящий из конденсаторов C1 и C2;
- Согласующий реактор LR, подключенный к средней точке делителя напряжения;
- Электромагнитный трансформатор T, первичной обмоткой подключенный к согласующему реактору RL и потенциалу земли, и вторичной обмоткой - к нагрузке потребителей Rн.
Устройство работает следующим образом. При подаче высокого напряжения на емкостной делитель, напряжение на конденсаторах C1 и c2 будет делиться обратно пропорционально емкости конденсаторов C1 и C2, то есть на конденсаторе C2, имеющем значительно большую емкость, будет выделяться значительно меньшая часть напряжения высоковольтной сети. Снятое с конденсатора C2 низкое напряжение, подается на электромагнитный трансформатор T через согласующий реактор LR. Согласующий реактор LR предназначен для согласования характеристик емкостного делителя и электромагнитного трансформатора T. На электромагнитном трансформаторе T происходит дополнительное снижение напряжения до уровня, которое можно подавать в нагрузку потребителей Rн.
Эта конструкция в настоящее время используется для построения емкостных трансформаторов напряжения класса 35 кВ и выше. Конденсатор, с которого снимается напряжение для электромагнитного трансформатора, имеет в серийных образцах емкость от 40 до 70 нФ при номинальном напряжении от 10 до 12 кВ. Максимальная мощность, снимаемая с серийных емкостных трансформаторов, составляет 0,6…1,2 кВт.
Недостатком известного устройства является дороговизна конденсатора C2, который при высоком номинальном напряжении должен иметь значительную емкость. Дополнительную конструктивную проблему создает вывод между конденсаторами C1 и C2, и установленный в его цепи согласующий реактор - для них требуется высоковольтная изоляция, как от потенциала сети, так и от потенциала земли. Все эти факторы усложняют устройство, увеличивают его габариты и массу.
Полезной моделью решается задача создания устройства отбора малой мощности из высоковольтной сети, лишенная вышеперечисленных недостатков.
Технический результат, который достигается полезной моделью, состоит в упрощении конструкции и снижении габаритов и массы устройства.
Это достигается тем, что в устройстве отбора малой мощности из высоковольтной сети, конденсатор большей емкости и согласующий реактор переносится из цепи первичной обмотки электромагнитного трансформатора в цепь вторичной обмотки, с соответствующим подбором емкости конденсатора и индуктивности согласующего реактора, с учетом коэффициента трансформации электромагнитного трансформатора. При этом конденсатор, установленный во вторичной цепи электромагнитного трансформатора, хоть и будет иметь еще большую емкость, но ввиду низкого номинального напряжения, будет иметь меньшие габариты и массу, чем высоковольтный конденсатор. Высоковольтная изоляция среднего вывода емкостного делителя и согласующего реактора в этом случае вообще не нужна, что также упрощает конструкцию и снижает его габариты и массу.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фигуре 2 изображен эскиз патентуемого устройства.
Устройство отбора малой мощности из высоковольтной сети состоит из:
- Высоковольтного конденсатора небольшой емкости C1;
- Электромагнитного трансформатора T;
- Согласующего реактора LR;
Низковольтного конденсатора C2, подключенного непосредственно на нагрузку потребителей мощности Rн.
Устройство отбора малой мощности из высоковольтной сети работает следующим образом. Высоковольтный конденсатор C1 и первичная обмотка электромагнитного трансформатора T, подключенные последовательно к высоковольтной сети, образуют токовую цепь, через которую протекает переменный ток, величина которого задается емкостью конденсатора C1. Электромагнитный трансформатор в этом случае работает как трансформатор тока. На вторичной обмотке электромагнитного трансформатор индуцируется напряжение, которое вызывает появление тока. Если нагрузки потребителей Rн нет, то ток замыкается на через согласующий реактор LR на конденсатор C2. Если включается нагрузка потребителей Rн, то ток замыкается как на конденсатор C2, так и на нагрузку потребителей Rн. Для того, чтобы напряжение на нагрузке потребителей Rн не изменялось при изменении величины нагрузки, параметры согласующего реактора LR должны быть подобраны под электрические параметры электромагнитного трансформатора T и конденсатора C2.
Таким образом, создано устройство отбора малой мощности из высоковольтной сети, обладающее более простой конструкцией, меньшей массой и габаритами по сравнению с существующими аналогами.