Устройство симметрирования напряжения в трехпроводной высоковольтной сети

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве устройства симметрирования напряжения в трехпроводной высоковольтной сети при обрыве любой из фаз.
Известно устройство симметрирования напряжения в трехпроводной сети, содержащее три реле минимального напряжения с замыкающими и размыкающими контактами, компенсирующие конденсаторы, фазосдвигающие дроссели и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, при этом указанные реле включены между соответствующими фазами сети, компенсирующие конденсаторы включены между соседними фазами последовательно с размыкающими контактами реле отстающих фаз, фазосдвигающие дроссели включены между фазами сети и одноименными клеммами для подключения трехфазной нагрузки в рассечку и шунтированы замыкающими контактами реле отстающих фаз [1]. Данное устройство нашло широкое применение из-за простоты схемы и сравнительно низкой стоимостью, однако его невозможно использовать в высоковольтных сетях.
Техническим результатом полезной модели является возможность применения устройства в высоковольтных сетях.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве симметрирования напряжения в трехпроводной высоковольтной сети, содержащим клеммы сети А, В и С, первое, второе и третье реле контроля напряжения, каждое из которых содержит первый, второй и третий контакт, причем первый контакт выполнен размыкающим, второй и третий контакты выполнены замыкающими; первый, второй и третий компенсирующие конденсаторы; первый, второй и третий фазосдвигающие дроссели, первую, вторую и третью клеммы для подключения нагрузки, первый фазосдвигающий дроссель включен между клеммой сети А и первой клеммой для подключения нагрузки, второй фазосдвигающий дроссель включен между клеммой сети В и второй клеммой для подключения нагрузки, третий фазосдвигающий дроссель включен между клеммой сети С и третьей клеммой для подключения нагрузки, введен трехфазный трансформатор, содержащий первичную высоковольтную обмотку, соединенную звездой, сердечник и вторичную низковольтную обмотку, соединенную звездой, причем первая фаза первичной обмотки соединена с клеммой сети А, вторая фаза первичной обмотки соединена с клеммой сети В, третья фаза первичной обмотки соединена с клеммой сети С, между фазами А и В вторичной обмотки включено первое реле контроля напряжения, между фазами В и С вторичной обмотки включено второе реле контроля напряжения, между фазами С и А вторичной обмотки включено третье реле контроля напряжения и введен первый, второй и третий высоковольтные ключи, выполненные по идентичным схемам, каждый из которых содержит три параллельные цепи, первая из которых образована высоковольтным тиристором прямого включения, вторая цепь образована последовательно соединенными высоковольтным диодом прямого включения, вторым контактом реле отстающей фазы, первым контактом реле собственной фазы, резистором, высоковольтным диодом обратного включения, третья цепь образована высоковольтным тиристором обратного включения, причем управляющий электрод высоковольтного тиристора первой цепи соединен с катодом высоковольтного диода обратного включения второй цепи, а управляющий электрод высоковольтного тиристора третьей цепи соединен с катодом высоковольтного диода прямого включения второй цепи, при этом первый высоковольтный тиристорный ключ включен последовательно с первым компенсирующим конденсатором между клеммами сети А и В, второй высоковольтный тиристорный ключ включен последовательно с вторым компенсирующим конденсатором между клеммами сети В и С, третий высоковольтный тиристорный ключ включен последовательно с третьим компенсирующим конденсатором между клеммами сети С и А; кроме того, введены первый, второй и третий шунтирующие высоковольтные тиристорные ключи, каждый из которых включен параллельно соответствующему фазосдвигающему дросселю, при этом каждый из шунтирующих высоковольтных тиристорных ключей содержит пару встречно-параллельно включенных высоковольтных тиристоров, управляющий переход каждого из которых зашунтирован во встречном направлении соответствующим высоковольтным диодом, а между управляющими электродами высоковольтных тиристоров каждой пары включена цепь из последовательно соединенных резистора и замыкающего контакта реле отстающей фазы, кроме того, первый, второй и третий компенсирующие конденсаторы и первый, второй и третий фазосдвигающие дроссели выполнены высоковольтными.
Принципиальная электрическая схема устройства представлена на чертеже.
Устройство симметрирования напряжения в трехпроводной высоковольтной сети содержит клеммы сети А, В и С, трехфазный трансформатор 1, содержащий первичную высоковольтную обмотку, соединенную звездой 1-1, сердечник 1-2, вторичную низковольтную обмотку, соединенную звездой 1-3, причем первая фаза первичной обмотки (не обозначена) соединена с клеммой сети А, вторая фаза первичной обмотки (не обозначена) соединена с клеммой сети В, третья фаза первичной обмотки (не обозначена) соединена с клеммой сети С, между фазами а и в вторичной обмотки включено первое реле контроля напряжения 2, между фазами вис вторичной обмотки включено второе реле контроля напряжения 3, между фазами с и а вторичной обмотки включено третье реле контроля напряжения 4, причем реле 2 снабжено размыкающим контактом 2-1, реле 3 снабжено размыкающим контактом 3-1, реле 4 снабжено размыкающим контактом 4-1. Кроме того, каждое реле снабжено замыкающими контактами: реле 2 - контакты: второй 2-2 и третий 2-3; реле 3 - контакты: второй 3-2 и третий 3-3; реле 4 - контакты: второй 4-2 и третий 4-3, первый высоковольтный ключ 5, второй высоковольтный ключ 6, третий высоковольтный ключ 7 выполненные по идентичным схемам, первый компенсирующий высоковольтный конденсатор 8, второй компенсирующий высоковольтный конденсатор 9 и третий компенсирующий высоковольтный конденсатор 10, причем первый тиристорный высоковольтный ключ 5 включен последовательно с первым компенсирующим высоковольтным конденсатором 8 между клеммами сети А и В, второй тиристорный высоковольтный ключ 6 включен последовательно с вторым компенсирующим высоковольтным конденсатором 9 между клеммами сети В и С, третий тиристорный высоковольтный ключ 7 включен последовательно с третьим компенсирующим высоковольтным конденсатором 10 между клеммами сети С и А, первый фазосдвигающий высоковольтный дроссель 11 включен между клеммой сети А и первой клеммой для подключения нагрузки 17, второй фазосдвигающий высоковольтный дроссель 12 включен между клеммой сети В и второй клеммой для подключения нагрузки 18, третий фазосдвигающий высоковольтный дроссель 13 включен между клеммой сети С и первой клеммой для подключения нагрузки 19; первый шунтирующий высоковольтный тиристорный ключ 14 включен параллельно первому фазосдвигающему высоковольтному дросселю 11, второй шунтирующий высоковольтный тиристорный ключ 15 включен параллельно второму фазосдвигающему высоковольтному дросселю 12, третий шунтирующий высоковольтный тиристорный ключ 16 включен параллельно третьему фазосдвигающему высоковольтному дросселю 13, каждый из тиристорных высоковольтных ключей 5…7 содержит три параллельные цепи, первая из которых образована тиристором прямого включения, вторая цепь образована последовательно соединенным диодом прямого включения, вторым контактом реле отстающей фазы, первым контактом реле собственной фазы, резистором, диодом обратного включения, третья цепь образована тиристором обратного включения, так применительно к ключу 5: первая цепь - вход ключа 5-1, тиристор прямого включения 5-2, выход ключа 5-7; вторая цепь - вход ключа 5-1, диод прямого включения 5-3, замыкающий контакт 3-2, размыкающий контакт 2-1, резистор 5-4, диод обратного включения 5-5, выход ключа 5-7; третья цепь - вход ключа 5-1, тиристор обратного включения 5-6, выход ключа 5-7, причем управляющий электрод тиристора 5-2 соединен с катодом диода 5-5, а управляющий электрод тиристора 5-6 соединен с катодом диода 5-3; каждый из шунтирующих ключей 14…16 содержит пару встречно-параллельных включенных высоковольтных тиристоров, управляющий переход каждого из тиристоров пары зашунтирован во встречном направлении соответствующим диодом, а между управляющими электродами тиристоров каждой пары включена цепь из последовательно соединенных резистора и замыкающего контакта реле отстающей фазы, например, для первого шунтирующего высоковольтного тиристорного ключа 14: пара встречно-параллельно включенных тиристоров: тиристор 14-2 и тиристор 14-6, управляющий электрод тиристора прямого включения 14-2 зашунтирован диодом 14-5, управляющий электрод тиристора обратного включения 14-6 зашунтирован диодом 14-3, а между управляющими электродами тиристоров 14-6 и 14-2 включена цепь из резистора 14-4 и замыкающего контакта 3-3 реле отстающей фазы, при этом вход ключа 14-1, а выход 14-7; размыкающий контакт 2-1 реле контроля напряжения 2 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 5, размыкающий контакт 3-1 реле контроля напряжения 3 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 6, размыкающий контакт 4-1 реле контроля напряжения 4 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 7, первый замыкающий контакт 3-2 реле контроля напряжения 3 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 5, первый замыкающий контакт 4-2 реле контроля напряжения 4 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 6, первый замыкающий контакт 2-2 реле контроля напряжения 2 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 7, второй замыкающий контакт 2-3 реле контроля напряжения 2 управляет работой тиристоров шунтирующего тиристорного ключа 15, второй замыкающий контакт 3-3 реле контроля напряжения 3 управляет работой тиристоров шунтирующего тиристорного ключа 14, второй замыкающий контакт 4-3 реле контроля напряжения 4 управляет работой тиристоров шунтирующего тиристорного ключа 16. Все элементы устройства серийно выпускаются отечественной промышленностью.
Устройство работает следующим образом. При включении сети на клеммах А, В и С появляются напряжения и если во всех фазах напряжения одинаковы, то срабатывает трехфазный трансформатор 1, в котором напряжение сети понижается за счет коэффициента трансформации до напряжения, номинального для реле контроля фаз 2…4 за счет неравенства чисел витков в первичной 1-1 и вторичной 1-3 обмотках трансформатора. Поскольку такое понижение возможно произвести только электромагнитным способом, то наличие сердечника 1-3 оправдано. Появление напряжения на вторичной обмотке 1-3 приводит к срабатыванию реле контроля напряжения 2, 3 и 4. Срабатывание указанных реле приведет к замыканию контактов 2-2, 3-2, 4-2 и контактов 2-3, 3-3, 4-3 и размыканию контактов 2-1, 3-1, 4-1 в результате чего тиристорные ключи 5…7 будут выключены, так как их вторые цепи разомкнуты, при этом компенсирующие конденсаторы 8…10 разряжены, а шунтирующие тиристорные ключи 14…16 включены и фазосдвигающие дроссели 11…13 зашунтированы этими ключами, при этом токи с клемм сети А, В и С будут протекать по проводам к клеммам для подключения нагрузки 17…19, что обеспечит выполнение рабочего режима трехфазных высоковольтных потребителей (не показаны). При обрыве любой фазы сети (например, фазы А) напряжение на клемме А будет отсутствовать, в результате чего его не будет и на фазе а вторичной обмотки 1-3 трансформатора 1, поэтому сработает только реле контроля напряжения 3. При срабатывании реле 3 изменяются положения контактов 3-1, 3-2, 3-3 и при замыкании контакта 3-2 через открытый тиристорный ключ 5 образуется цепь заряда компенсирующего конденсатора 8 и ток в фазе А будет протекать по цепи: клемма сети В, компенсирующий конденсатор 8, выход 5-7, тиристоры 5-6 (5-2), вход 5-1 тиристорного ключа 5, провод, соединяющий клемму сети А с клеммой для подключения нагрузки 17, шунтирующий тиристорный ключ 14 и клемма 17, при этом ток через фазосдвигающий дроссель 11 не проходит; ток в фазе В будет протекать по цепи: клемма сети В, фазосдвигающий дроссель 12, клемма для подключения нагрузки 18; ток в фазе С будет протекать по цепи: клемма сети С, фазосдвигающий дроссель 13, клемма для подключения нагрузки 19, причем при замкнутых вторых цепях тиристорного ключа 5 и шунтирующего тиристорного ключа 14 тиристоры первых и третьих цепей будут поочередно включаться и выключаться, обеспечивая прохождение тока от источника к нагрузке, поскольку управление данными тиристорами формируются из анодных напряжений тиристоров. В результате фаза А сети восстанавливается из фазы В, образуя угол между прежним положением вектора фазы В равный 90°. Чтобы вновь сделать систему напряжений с новым вектором фазы А симметричной, прежнее направление векторов фаз В и С сдвигается против часовой стрелки на угол 30° за счет индуктивностей обмоток фазосдвигающих дросселей 12 и 13. Механизм формирования симметричной системы напряжений при обрыве любой другой фазы остается прежним.
Таким образом, введение трансформатора и высоковольтных параллельных и последовательных тиристорных ключей позволяет расширить функциональные возможности устройства.
Источники, принятые во внимание:
1. Авторское свидетельство РФ H02J 9/06, Н02М 5/14 №2006135. Устройство для симметрирования неполнофазных режимов. / Н.П. Кириллов, Д.Н. Кириллов, А.И. Бухаров, Е.А. Бухаров. Заяв. 5003565/07, 04.07.1991; Опубл. 15.01.1994.