УСТРОЙСТВО ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА ВЫПРЯМЛЕННЫМ ТОКОМ

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована как средство предупреждения гололедных аварий в энергетических сетях энергосистем путем плавки гололедных образований на проводах и тросах воздушных линий электропередачи.
Известны устройства плавки гололеда (УПГ), например, выпрямительная установка, выполненная по трехфазной мостовой схеме выпрямления (см. «Предотвращение и ликвидация гололедных аварий в электрических сетях энергосистем». А.Ф.Дьяков, А.С.Засыпкин, И.И.Левченко, «Южэнерготехнадзор», Пятигорск, 2000 г., рис.3.8., стр.50).
Установка, подключенная к воздушной линии, позволяет удалить гололедные образования на проводах путем их нагрева протекающим постоянным током. Недостатком такого устройства является большое количество выпрямителей, включаемых параллельно в плечах мостовой схемы, чтобы обеспечить протекание тока без их повреждения при коротком замыкании в цепи выпрямленного тока, на обогреваемой линии.
Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее токоограничивающий реактор и выпрямительную установку, выполненную по трехфазной мостовой схеме (см. вышеприведенный источник, рис.6.1, а; с.161).
Токоограничивающий реактор в устройстве ограничивает величину тока короткого замыкания, протекающего через выпрямительную установку при коротких замыканиях в сети постоянного тока, что уменьшает количество выпрямителей в схеме выпрямления.
Для регулирования величины тока плавки используется, например, вольтодобавочный трансформатор (см. вышеприведенный источник, рис.3.7.6.; с.46), который в нормальных условиях включен совместно с трансформатором и осуществляет регулирование напряжения стороны низшего напряжения (НН), а при проведении плавки гололеда переключается на работу с устройством плавки гололеда. Вольтодобавочный трансформатор имеет ступенчатое регулирование напряжения, соответственно осуществляется ступенчатое регулирование тока плавки.
Однако известное устройство имеет недостатки:
1. Ограниченный диапазон регулирования тока плавки, который определяется диапазоном регулирования напряжения используемого вольтодобавочного трансформатора.
2. Невозможность плавного изменения тока плавки.
3. Трехфазная схема выпрямления при определенных условиях ограничивает диапазон обогреваемых линий.
Задачей и техническим результатом предлагаемого решения является расширение диапазона регулирования тока плавки, плавное регулирование тока плавки и при определенных условиях расширение диапазона обогреваемых линий.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве плавки гололеда, содержащем ограничитель сверхтока и соединенную с ним последовательно выпрямительную установку постоянного тока, имеются отличия, а именно выпрямительная установка выполнена в виде группы однофазных выпрямительных устройств или трехфазного выпрямительного устройства, а ограничитель сверхтока содержит в каждой фазе магнитопровод с рабочей и подмагничивающей обмотками, включенными согласно, рабочие обмотки которого включены в цепь фазных проводов, а подмагничивающие обмотки фаз включены согласно-последовательно и подключены к источнику постоянного тока или содержит в каждой фазе две группы магнитопроводов с рабочими и подмагничивающими обмотками, рабочие обмотки которых соединены согласно-последовательно и включены в цепь фазных проводов, а подмагничивающие обмотки всех фаз магнитопроводов первой группы соединены между собой согласно-последовательно и включены встречно с соединенными согласно-последовательно подмагничивающими обмотками второй группы магнитопроводов и подключены к источнику постоянного тока.
Предлагаемое устройство содержит ограничитель сверхтока, исполняющий функции ограничения сверхтока (тока короткого замыкания) и регулирования тока плавки, выпрямительную установку и источник постоянного тока.
Фиг.1. УПГ с ограничителем, выполненным первым образом.
Фиг.2. УПГ с ограничителем, выполненным вторым образом.
На фиг.1, 2 обозначены:
1 - ограничитель сверхтока,
2 - выпрямительная установка,
3 - обогреваемая линия,
4 - источник постоянного тока.
Выпрямительные установки 2 могут выполняться по трехфазной схеме выпрямления или в виде группы однофазных выпрямительных устройств. Использование однофазных выпрямительных устройств при пофазной плавке гололеда имеет преимущества перед трехфазной схемой выпрямления, а именно при равных исходных условиях по переменному току, напряжению и величине постоянного тока плавки в установке с однофазными выпрямительными устройствами напряжения выпрямленного постоянного тока на фазу линии составляет 0,637 Um максимального значения синусоиды переменно изменяющегося напряжения (0,637 Um - значение постоянной составляющей выпрямленного напряжения), выполненной по однофазной мостовой схеме выпрямления, в то время как на фазу линии в установке с трехфазной схемой выпрямления, выполненной по трехфазной мостовой схеме выпрямления,
и последовательном соединении фаз линии в этом случае оно составляет 0,95 Um/3=0,316 Um максимального значения синусоиды переменно изменяющегося напряжения (0,95 Um - значение постоянной составляющей выпрямленного напряжения в трехфазной мостовой схеме).
В первом случае величина напряжения на фазу линии превышает в 0,637 Um/0,316 Um=2 раза напряжение устройства с трехфазной мостовой схемой выпрямления. Это позволяет ей иметь более широкий диапазон параметров обогреваемых линий: длину, сечение провода.
В случае, когда для плавки гололеда требуется напряжение больше, чем напряжение однофазной схемы выпрямления, в устройстве используют выпрямительную установку с трехфазной схемой выпрямления. При этом оно выполняется на большие номинальные токи, с большим сечением проводов обмоток и сечения сердечников магнитопроводов ограничителя сверхтока.
В качестве источника постоянного тока 4 в устройстве могут использоваться аккумуляторная батарея или выпрямительные установки постоянного тока, использующие напряжение собственных нужд подстанции.
В УПГ на фиг.1 ограничитель сверхтока выполнен по авторскому свидетельству СССР №1072172, кл. Н02Н 9/02, 1982 г., Опубл. 1984 г., Бюл. №5 в варианте для использования в сетях с изолированной нейтралью, а именно ограничитель сверхтока 1 содержит в каждой фазе магнитопровод 5 с рабочей 6 и подмагничивающей 7 обмотками, включенными согласно.
УПГ с указанным выше ограничителем сверхтока работает следующим образом.
В режиме плавки гололеда подмагничивающие обмотки 7 обтекаются постоянным током от источника 4. Ампервитки подмагничивающих обмоток выбраны больше ампервитков рабочих обмоток 6. Магнитопроводы 5 насыщены и изображающие точки на их характеристиках намагничивания находятся за коленом перегиба при любой полуволне рабочего тока.
Потокосцепление рабочих обмоток 6 практически не изменяется и для сети их индуктивное сопротивление мало. При превышении тока выше установленного значения для плавки гололеда или при коротком замыкании в сети выпрямленного тока в рабочей обмотке 6 магнитопровода 5 одной из фаз увеличенное значение тока совпадает с направлением подмагничивающего тока, а в магнитопроводах других фаз - одной или двух- направлено навстречу. В результате магнитопровод 5 первой фазы еще более насыщается, а других выходят из насыщения. Выход сердечника из насыщения означает переход изображающей точки на вертикальный участок характеристики намагничивания.
Дальнейшее ее движение происходит в условиях равенства рабочих и подмагничивающих ампервитков. ЭДС контура цепи переменного тока практически приложена к рабочим обмоткам (рабочей обмотке) 6 ненасыщенных магнитопроводов (ненасыщенного магнитопровода) 5, и ток в первичной цепи не может вырасти выше величины приведенного к числу витков
рабочей обмотки 6 подмагничивающей обмотки 7. Параметры магнитопровода 5 и число витков рабочей обмотки 6 выбраны так, чтобы перемагничивания магнитопровода при этом не происходило.
При изменении фазы с увеличенным током, совпадающим в магнитопроводе 5 с подмагничивающим током, и увеличении его насыщения, в двух других фазах (или одной) они направлены навстречу и в них обеих (или одной) магнитопроводы выходят из насыщения. ЭДС контура переменного тока приложена к обмотках ненасыщенных магнитопроводов (ненасыщенного магнитопровода) 5, и ток в первичной цепи также ограничивается.
Таким образом в работе участвуют все три магнитопровода 5, которые коммутируют через интервал, равный 1/3 периода, в соответствии с направлением тока.
Приведенные условия ограничения тока показывают, что величиной ампервитков подмагничивания в ограничителе сверхтока устанавливается и поддерживается величина тока плавки и ограничение тока короткого замыкания до допустимой величины.
Постоянный ток подмагничивания магнитопроводов 5 источника постоянного тока 4 может регулироваться плавно в широких пределах, например, реостатом (на схеме не показан).
Индуктивность дросселя 8 выбрана достаточной, чтобы трансформацией в цепь подмагничивания можно было пренебречь.
Выпрямительная установка 2 на фиг.1 показана выполненной по трехфазной мостовой схеме, может содержать фильтры 9 шестых гармоник.
УПГ может выполняться по фиг.2 с ограничителем сверхтока, выполненным по заявке Великобритании №1540581, кл. Н02Н 9/02, 1979, который в каждой фазе содержит две группы магнитопроводов 5 с рабочими 6 и подмагничивающими 7 обмотками. Рабочие обмотки 6 обеих групп магнитопроводов соединены согласно-последовательно и включены в цепь фазных проводов. Подмагничивающие обмотки 7 всех фаз магнитопроводов первой группы соединены между собой согласно-последовательно и включены встречно с соединенными согласно-последовательно подмагничивающими обмотками 7 второй группы магнитопроводов и подключены к источнику постоянного тока 4. УПГ с указанным выше ограничителем сверхтока работает следующим образом.
В режиме плавки гололеда подмагничивающие обмотки 7 обтекаются постоянным током от источника 4. Ампервитки подмагничивающих обмоток 7 выбраны больше ампервитков рабочих обмоток 6. Магнитопроводы 5 насыщены и изображающие точки на их характеристиках намагничивания находятся за коленом перегиба при любой полуволне рабочего тока. Потокосцепление рабочих обмоток практически не изменяется и для сети их индуктивное сопротивление мало. При превышении тока выше установленного значения для плавки гололеда или при коротком замыкании в сети выпрямленного тока в рабочей обмотке 6 одного из магнитопроводов 5 первой группы
одной из фаз увеличенное значение тока совпадает с направлением подмагниченного тока, а в магнитопроводе 5 второй группы этой фазы направлено навстречу. В результате первый магнитопровод еще более насыщается, а второй выходит из насыщения. Выход сердечника из насыщения означает переход изображающей точки на вертикальный участок характеристики намагничивания. Дальнейшее ее движение происходит в условиях равенства рабочих и подмагничивающих ампервитков.
ЭДС контура цепи переменного тока практически приложена к рабочей обмотке ненасыщенного магнитопровода, и ток в первичной цепи не может возрасти выше величины приведенного к числу витков рабочей обмотки подмагничивающего тока. Параметры магнитопровода и числа витков рабочей обмотки выбраны так, чтобы перемагничивания магнитопровода при работе на вертикальном участке характеристики намагничивания не происходило.
При изменении полярности первичного тока в следующем полупериоде магнитопроводы меняются ролями: первый выходит из насыщения, а второй насыщается. В этой полуволне тока ЭДС контура переменного тока приложена к первому магнитопроводу и ток в первичной цепи также ограничивается.
Таким образом, величиной ампервитков подмагничивания в ограничителе сверхтока устанавливается и поддерживается величина тока плавки и ограничение тока короткого замыкания до необходимой величины.
Выпрямительная установка 2 на фиг.2 показана выполненной с однофазными устройствами выпрямления, может содержать фильтры вторых и шестых гармоник.
Устройство плавки гололеда выпрямленным током позволяет предупредить возникновение гололедных аварий, сохранить в целости провода линий электропередачи от возможных обрывов под тяжестью гололедных образований, по весу достигающих критических значений для механической прочности проводов и тросов, и поддерживать нормальные условия для их работы.