УСТРОЙСТВО ПОДКЛЮЧЕНИЯ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ К ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в испытательной аппаратуре. При испытании аппаратуры для регулирования напряжения на нагрузке, питающейся от трехфазной сети, используются автотрансформаторы (трансформаторы), которые обычно подключаются к сети на холостом ходу.
Для защиты от токов короткого замыкания в нагрузке широко используются стандартные автоматические выключатели, которые допускают пусковые токи в диапазоне от 10-20 номинальных значений (характеристика отключения типа D), обеспечивая отключение оборудование от питающей сети за время в пределах от 15 мс до 400 мс (Коннов А.А. Электрооборудование жилых зданий - Москва, Додэка-XXI, 2003, С. 76).
При подключении ненагруженных трансформаторов к питающей сети максимальная величина тока холостого хода может превышать в сто раз ток холостого хода в установленном режиме (Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины - Москва, Академия, 2006, С. 80). Поэтому на время переходных процессов в трансформаторе при подключении его к питающей сети необходимо ограничивать ток потребления от сети с целью недопущения ложных срабатываний автоматического выключателя и уменьшения уровня возникающих при этом помех.
Известно устройство для ограничения бросков тока включения однофазного трансформатора, принятое в качестве аналога (авторское свидетельство СССР №1381647 от 02.01.1985 г.), которое содержит токоограничивающий резистор, включенный последовательно с первичной обмоткой однофазного трансформатора, коммутационный элемент, в качестве которого применен симистор, подключенный к резистору и трансформатору, и блок управления коммутационным элементом.
Недостатком данного устройства является сложная конструкция устройства, при которой подключение блоков управления усложняется ввиду необходимости подсоединять нагрузку или звездой, или треугольником. Также недостатком является ограничение функциональных возможностей устройства. Экспериментально установлено, что возможна ситуация, при которой симистор будет закрыт, то есть токоограничивающий резистор не достигнет величины, достаточной для открытия симистора.
Известно устройство питания нагрузки, принятое в качестве прототипа (патент РФ №58272 на полезную модель от 05.06.2006 г.), которое содержит токоограничивающие резисторы, симисторы, вторичный источник питания, предохранитель, коммутационное устройство, нагрузку, зарядные цепи, истоковые повторители, пороговые усилители, резисторы, развязывающие диоды.
Недостатком данного устройства является снижение надежности работы испытательной аппаратуры, когда используется симистор в качестве коммутационного элемента. Экспериментально установлено, что ток через симистор будет протекать только половину периода, следовательно, он не будет работать под управлением постоянного напряжения в цепи управляющего электрода согласно сущности прототипа, что приводит к повышению вероятности ложных срабатываний автоматического выключателя.
Технические результаты полезной модели заключаются в предотвращении ложных срабатываний автоматического выключателя, в упрощении схемы подключения устройства и обеспечении на нагрузке не искаженного по форме сетевого напряжения, что позволяет расширить функциональные возможности и повысить надежность работы испытательной аппаратуры.
Для достижения указанных технических результатов схема устройства, включает токоограничивающие резисторы, коммутационное устройство, коммутационные и коммутирующие элементы, однофазные автотрансформаторы (трансформаторы) под нагрузкой. При этом первые выводы токоограничивающих резисторов подключены к выходам автоматического выключателя и к первым выводам нормально разомкнутых контактов первого контактора. Вторые выводы нормально разомкнутых контактов первого контактора подключены ко вторым выводам нормально разомкнутых контактов второго контактора. Первые выводы нормально разомкнутых контактов второго контактора подключены ко вторым выводам токоограничивающих резисторов и к выводам автотрансформаторов (трансформаторов), включенных по схеме звезда или треугольник. Шунтирование токоограничивающих резисторов производится с использованием более одного коммутационного элемента по завершении переходных процессов во всех автотрансформаторах (трансформаторах). В качестве коммутационных элементов используются контакторы, а в качестве коммутационного устройства используется трехполюсный автоматический выключатель.
Полезная модель поясняется структурной схемой подключения автотрансформаторов (трансформаторов) к трехфазной сети, приведенной на фиг. 1.
Предложенное устройство содержит трехполюсный автоматический выключатель 1, первый токоограничивающий резистор 2, второй токоограничивающий резистор 3, третий токоограничивающий резистор 4, обмотку первого контактора 5, нормально разомкнутые контакты первого контактора 6, 7, 8, однофазные автотрансформаторы (трансформаторы) 9, 10, 11, нормально разомкнутые контакты второго контактора 12, 13, 14, обмотку второго контактора 15. Первые выводы токоограничивающих резисторов 2, 3, 4 подключены к трем выходам автоматического выключателя 1 соответственно, вторые выводы токоограничивающих резисторов 2, 3, 4 подключены к выводам обмоток каждого автотрансформатора (трансформатора) 9, 10, 11, включенных по схеме звезда или треугольник. Первый вывод обмотки первого контактора 5 подключен ко второму выводу первого токоограничивающего резистора 2, второй вывод обмотки первого контактора 5 и первый вывод обмотки второго контактора 15 подключены ко второму выводу второго токоограничивающего резистора 3, а второй вывод обмотки второго контактора 15 подключен ко второму выводу третьего токоограничивающего резистора 4. Первые выводы трех нормально разомкнутых контактов 6, 7, 8 первого контактора 5 подключены к первым выводам токоограничивающих резисторов 2, 3, 4 соответственно, вторые выводы нормально разомкнутых контактов 6, 7, 8 первого контактора 5 подключены ко вторым выводам нормально разомкнутых контактов 12, 13, 14 второго контактора 15 соответственно. Первые выводы нормально разомкнутых контактов 12, 13, 14 второго контактора 15 подключены ко вторым выводам токоограничивающих резисторов 2, 3, 4 соответственно, при этом шунтирование токоограничивающих резисторов производится с использованием более одного коммутационного элемента и по завершении переходных процессов во всех автотрансформаторах. В качестве коммутационных элементов используются контакторы, а в качестве коммутационного устройства используется трехполюсный автоматический выключатель.
При включении автоматического выключателя, в зависимости от фазы напряжения сети в момент включения, сопротивление первичных обмоток автотрансформатора (трансформатора) может оказаться низким и ток через них будет ограничен величиной токоограничивающих резисторов. После прекращения переходных процессов во всех автотрансформаторах (трансформаторах) 9, 10, 11 ток в них станет равен току холостого хода и падение напряжения на токоограничивающих резисторах 2, 3, 4 уменьшится, что приведет к повышению напряжения на обмотках контакторов 5, 15 и их срабатыванию и шунтированию токоограничивающих резисторов 2, 3, 4. При этом питающая сеть будет подключена непосредственно к выводам автотрансформаторов (трансформаторов) 9, 10, 11 через автоматический выключатель 1, который обеспечивает защиту от коротких замыканий в нагрузке, расширяет функциональные возможности и повышает надежность работы испытательной аппаратуры.
Введение в качестве чувствительных элементов двух контакторов, позволяет значительно упростить схему подключения устройства и обеспечить на нагрузке не искаженное по форме сетевое напряжение, что повышает надежность работы испытательной аппаратуры. Использование более одного контактора позволяет обеспечить шунтирование токоограничивающих резисторов только после завершения переходных процессов во всех трех автотрансформаторах (трансформаторах), а также работать с нагрузкой как с наличием нейтрали (по схеме звезда) так и с отсутствием нейтрали (по схеме треугольник), что расширяет функциональные возможности испытательной аппаратуры.
Применение контакторов в качестве коммутационных элементов объясняется повышенными требованиями к контакторам по механической и электрической износостойкости из-за частых коммутаций (число циклов включения-выключения для контакторов разной категории изменяется от 30 до 3600 в час), а использование трехполюсного автоматического выключателя в качестве коммутационного устройства объясняется способностью включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи при коротком замыкании.
Таким образом, предлагаемое устройство подключения автотрансформаторов (трансформаторов) к трехфазной сети предотвращает ложные срабатывания автоматического выключателя, упрощает схему подключения устройства и обеспечивает на нагрузке не искаженное по форме сетевое напряжение, что позволяет расширить функциональные возможности и повысить надежность работы испытательной аппаратуры.