УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к устройствам, предназначенным для защиты электрооборудования, в частности изоляции высоковольтных двигателей, трансформаторов и кабельных линий от коммутационных перенапряжений, а также от перенапряжений, возникающих в режиме дугового однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в сетях 6-10 кВ промышленных предприятий.
Известно устройство - ограничитель внутренних перенапряжений, предназначенный для защиты трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью от внутренних перенапряжений (RU 20850002 С1, 1997.07.20). Устройство выполнено в виде двух независимых звезд, каждая из которых содержит две группы оксидноцинковых резисторов. Первая группа резисторов подключается одним выводом в фазу сети, а другим образует общую точку звезды, к которой подключается резистор второй группы, вторым выводом соединенный с землей. В каждую из независимых звезд включены три последовательных диода.
К недостаткам данного устройства следует отнести то, что при работе устройства в режиме однофазного замыкания на землю за счет смещения нейтрали и горения перемежающейся дуги нелинейные резисторы на неповрежденных фазах трехфазной сети испытывают значительные термические перегрузки, что приводит к разрушению резисторов.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для защиты высоковольтного электрооборудования от перенапряжений (А.В.Шмаков, Д.М.Рахимов. Защита от перенапряжений высоковольтного оборудования, коммутируемого вакуумными выключателями. Ж.Электрика, 2003, №4), представляющее собой шкаф ограничения перенапряжений, в основу работы которого положена схема трехфазного резисторно-емкостного ограничителя перенапряжений. Данное устройство, выбранное за прототип, состоит из 3-х однофазных RC-цепочек, состоящих из последовательно включенных
конденсатора и резистора, с параллельным присоединением к каждой из цепочек нелинейного ограничителя перенапряжения и изоляторов.
Недостатками известного устройства являются, во-первых, использование в нем навесных резисторов, которые подвергаются механическим колебаниям при использовании устройства в перемещающихся установках, например, горных машинах, что может вызвать сокращение воздушного промежутка между токоведущими частями и привести к электрическому пробою воздушного промежутка, во вторых, вследствие больших габаритов, обусловленных наличием в устройстве нелинейных ограничителей перенапряжения и навесных резисторов, невозможно размещение его в непосредственной близости от защищаемого объекта - электродвигателя, трансформатора, кроме того, заземление нейтральной точки в данном ограничителе перенапряжений приводит к увеличению емкостного тока однофазного замыкания на землю, что требует перенастройки защиты от однофазного замыкания на землю или добавочной компенсации емкостного тока, помимо этого, в режиме однофазного замыкания на землю нелинейные ограничители перенапряжения могут подвергнуться термическому разрушению, если длительность замыкания на землю превысит 2-3 минуты. Хотя известное устройство и позволяет ограничивать амплитуду перенапряжения, эффективного подавления (сглаживания) перенапряжений не происходит.
Задачей полезной модели является - повышение эффективности и надежности работы устройства, уменьшение его габаритов.
Технический результат, достигаемый данной полезной моделью, выражается в сглаживании высокочастотных составляющих тока, ограничении скорости нарастания импульса напряжения в момент коммутации или в режиме однофазного замыкания на землю путем увеличения емкости между обмотками электродвигателя или трансформатора и исключения повторного «зажигания» дуги между контактами выключателя.
Задача полезной модели решается тем, что в устройстве для защиты электрооборудования от перенапряжений, включающем заключенные в корпус три однофазные RC-цепочки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных конденсатора и резистора и изоляторы, корпус устройства выполнен герметичным, с размещением в нем трех герметичных блоков, в каждом из которых жестко закреплены резистор и конденсатор, разделенные
диэлектрической, герметичной перегородкой, зажимы RC-цепочки выведены наружу с помощью двух проходных разноуровневых изоляторов.
RC-цепочки могут быть собраны по схеме «звезда» с изолированной нейтральной точкой.
RC-цепочки могут быть собраны по схеме «треугольник».
RC-цепочки могут быть собраны по схеме «звезда» или «треугольник» при помощи шины.
Шина может быть выполнена из алюминия.
Шина может быть выполнена из меди.
Наличие в устройстве жестко закрепленных резисторов и конденсаторов исключает их механические колебания в процессе эксплуатации.
Использование двух разноуровневых изоляторов и отсутствие в устройстве нелинейных ограничителей перенапряжения позволяет минимизировать габариты устройства и применять его в непосредственной близости от защищаемого объекта.
Заключение устройства в герметичный корпус, а каждой RC-цепочки, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, в отдельные герметичные блоки повышает искробезопасность устройства. Позволяет использовать устройство в условиях с повышенной влажностью и запыленностью, а также в средах с повышенной вероятностью воспламенения (пылеугольные отделения ТЭЦ, угольные разрезы, нефтебуровые установки).
Разделение резистора и конденсатора диэлектрической герметичной перегородкой не позволяет резко изменять температурный режим конденсатора.
Использование двух изоляторов в каждой RC-цепочке позволяет собирать RC-цепочки по схеме «звезда» с изолированной нейтральной точкой или по схеме «треугольник», позволяет использовать одно и то же устройство в сетях с разным уровнем напряжений. Использование схемы «треугольник» позволяет повысить эффективность защиты от коммутационных перенапряжений на 12-15%.
Изолированная нейтральная точка заявляемого устройства дает возможность не оказывать влияния на величину и характер тока однофазного замыкания на землю, не требует перенасторойки защиты от однофазного замыкания на землю или добавочной компенсации емкостного тока.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематически показан общий вид устройства по схеме «звезда»; на фиг.2 - вид в плане по схеме «звезда»; на фиг.3 -вид сбоку герметичного блока с изоляторами; на фиг.4 - электрическая схема устройства.
Устройство для защиты электрооборудования от перенапряжений состоит из трех однофазных RC-цепочек 1, состоящих, в свою очередь, из последовательно соединенных высоковольтного конденсатора «С» 2, резистора «R» 3, собранных по схеме «Звезда» или «Треугольник» при помощи шины 4. Конденсатор «С» 2 и резистор «R» 3, каждой из трех RC-цепочек 1 помещены в герметичный блок 5, зажимы RC-цепочки 1 выведены наружу с помощью двух проходных разноуровневых изоляторов 6 и 7. Все устройство заключено в герметичный корпус 8.
Устройство для защиты электрооборудования от перенапряжений работает следующим образом.
Устройство устанавливают в непосредственной близости от двигателя или трансформатора и подключают к зажимам двигателя или трансформатора с помощью кабельной перемычки. Корпус 8 устройства предусматривает напольное или настенное крепление. Если расстояние между двигателем и ячейкой выключателя не превышает 50 м устройство можно устанавливать в ячейке выключателя.
В рабочем режиме, когда напряжение в фазах сети равно номинальному или незначительно превышает его работа устройства сводится к тому, что по RC-цепочкам протекает небольшой активно-емкостной ток, что позволяет частично скомпенсировать индуктивную составляющую тока нагрузки и, тем самым, уменьшить потери мощности в кабельных или воздушных линиях.
В момент отключения нагрузки наблюдается эффект «среза тока», магнитная энергия, запасенная в обмотках электродвигателя или трансформатора, будет преобразовываться в энергию электрического поля. Обмен энергиями сопровождается высокочастотными колебаниями, частота которых может достигать 120 кГц, и ростом напряжения на зажимах электродвигателя или трансформатора, т.е. к появлению перенапряжений и послужить причиной пробоя изоляции обмоток электродвигателя, трансформатора или разделок кабеля.
Для ограничения скорости нарастания напряжений за счет сглаживания высокочастотных составляющих тока, ограничения амплитуды перенапряжений необходимо увеличить емкость между обмотками электродвигателя или трансформатора, что следует из выражений:
где U - величина перенапряжения io - срез тока L- индуктивность обмотки электродвигателя или трансформатора;
С- емкость между обмотками электродвигателя или трансформатора.
где - - скорость нарастания напряжения. Чем больше емкость между dt
обмотками электродвигателя или трансформатора, тем медленнее будет нарастать напряжение на зажимах электродвигателя или трансформатора.
Заявляемое устройство позволяет увеличить емкость между обмотками электродвигателя или трансформатора за счет реализации схемы «звезда» с изолированной нейтральной точкой или схемы «треугольник». В устройстве, выбранном за прототип, происходит повышение емкости между обмотками электродвигателя и землей, в этом случае ограничивается амплитуда перенапряжений, но не достигается ограничение скорости нарастания напряжений.
Таким образом, заявляемое устройство при небольших габаритах, обеспечивающих его мобильность и удобство в эксплуатации, позволяет эффективно снизить коммутационные перенапряжения и перенапряжения в режиме дугового однофазного замыкания на землю. Уровень ограничения коммутационных и дуговых перенапряжений составляет 1,5 Цц и, таким образом, сводится до минимума негативное воздействие высокого напряжения на изоляцию двигателей или трансформаторов. Устройство улучшает фазовую характеристику сети 6-10 кВ в режиме однофазного замыкания на землю, облегчает процесс отключения коротких замыканий за счет сглаживания высокочастотных составляющих и производит частичную компенсацию индуктивной составляющей тока нагрузки, что приводит к уменьшению потерь мощности в кабельных или воздушных линиях.