Устройство симметрирования напряжения в высоковольтных сетях

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве устройства симметрирования напряжения при обрыве двух фаз в высоковольтных сетях.
Известно устройство симметрирования напряжения, содержащее три реле минимального напряжения с размыкающими и замыкающими контактами, контролирующими напряжение в фазах сети А, В и С, компенсирующие конденсаторы, каждый из которых включен последовательно с размыкающими контактами соответствующего реле между одноименной фазой сети и смежной с ней отстающей фазой сети и три фазосдвигающих дросселя, каждый из которых включен между фазой сети и одноименной клеммой для подключения трехфазной нагрузки и зашунтирован последовательно соединенными замыкающими контактами реле соседних i фаз, три фазокомпенсационных конденсатора, включенных последовательно с фазосдвигающим дросселями между указанными дросселями и соответствующими клеммами нагрузки, при этом каждый фазокомпенсационный конденсатор включен параллельно включенным замыкающим контактам реле минимального напряжения соседних фаз [1]. Данное устройство нашло применение в низковольтных сетях, поскольку оно отличается простотой схемы, надежностью и сравнительно низкой стоимостью, однако его затруднительно использовать в высоковольтных сетях.
Требуемым техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности использования устройства и в высоковольтных сетях.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве симметрирования напряжения в высоковольтных сетях, содержащем клеммы сети А, В и С, три реле минимального напряжения с размыкающим и замыкающим контактами, три компенсирующих конденсатора, каждый из которых включен последовательно с размыкающими контактами соответствующего реле между одноименной фазой сети и смежной с ней отстающей фазой сети, три фазосдвигающих дросселя, каждый из которых включен между клеммой сети и одноименной клеммой для подключения трехфазной нагрузки и зашунтирован последовательно соединенными замыкающими контакторами реле соседних фаз, три фазокомпенсационных конденсатора, включенных последовательно с фазосдвигающими дросселями между указанными дросселями и соответствующими клеммами нагрузки, при этом каждый фазокомпенсационный конденсатор шунтирован параллельно включенными замыкающими контактами реле минимального напряжения соседних фаз, введен входной трехфазный высоковольтный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную в звезду, сердечник и вторичную обмотку, соединенную в звезду с нуле, при этом фазы первичной обмотки указанного трансформатора подключены к соответствующим клеммам сети, а каждое реле минимального напряжения включено между соответствующей фазой и нулевым проводом вторичной обмотки.
На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства. На фиг. 2 показаны векторные диаграммы токов при обрывах фаз А и В, В и С, С и А, соответственно.
Устройство симметрирования напряжения в высоковольтных сетях содержит клеммы сети А, В и С, входной трехфазный высоковольтный трансформатор 1, с первичной обмоткой 1-1, соединенной в звезду, сердечник 1-2 и вторичную обмотку 1-3, соединенную в звезду с нулем, три реле минимального напряжения 2, 3 и 4, контролирующие напряжение в фазах А, В и С сети, с размыкающими контактами 8, 9 и 10 и замыкающими контактами 11, 12, 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30, 31, 33 и 34, компенсирующие конденсаторы 5, 6 и 7, фазосдвигающие дроссели 13, 18 и 23, фазокомпенсирующие конденсаторы 26, 29 и 32 и клеммы для подключения трехфазной нагрузки 35, 36 и 37, при этом реле минимального напряжения 2 принадлежат: размыкающий контакт 9 и замыкающие контакты 16, 19, 21, 24, 27 и 33; реле минимального напряжения 3 принадлежит: размыкающий контакт 10 и замыкающие контакты 11, 14, 22, 25, 28 и 30, реле минимально напряжения 4 принадлежат: размыкающий контакт 8 и замыкающие контакты 12, 15, 17, 20, 31 и 34, причем размыкающие контакты 8…10 предназначены для отключения устройства от всех трех фаз сети, замыкающие контакты 11, 12, 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22, 24 и 25 предназначены для шунтирования фазосдвигающих дросселей 13, 18 и 23, а замыкающие контакты 27, 28, 30, 31, 33 и 34 - для шунтирования фазокомпенсационных конденсаторов 26, 29 и 32. Входной трехфазный высоковольтный трансформатор 1 первичной обмоткой 1-1 подключен к соответствующим фазам сети А, В и С, соответственно, а реле минимального напряжения 2…4 включены между соответствующими фазами низковольтной вторичной обмотки 1-3 и нулевым проводом 1-4, соответственно, при этом указанный трансформатор предназначен для согласования напряжения сети с напряжением питания катушек реле 2…4. Фазосдвигающие дроссели 13, 18 и 23 включены последовательно с фазокомпенсационными конденсаторами 26, 29 и 32 между клеммами сети А, В, С и клеммами для подключения трехфазной нагрузки 35, 36 и 37, соответственно. Компенсирующие конденсаторы 5…7 обеспечивают электрической энергией поврежденные фазы одновременным поворотом тока на угол 90° против часовой стрелки, а фазосдвигающие дроссели 13, 18 и 23 обеспечивают поворот токов на 30° по часовой стрелке, при этом фазокомпенсационные конденсаторы 26, 29 и 32 обеспечивают поворот тока на 30° против часовой стрелки, причем указанный поворот токов осуществляется относительно вектора тока направленной фазы, направление которого считается базовым.
Устройство работоспособно в режимах: при наличии всех фаз сети, при обрыве фаз А и В, при обрыве фаз В и С и при обрыве фаз С и А.
Устройство работает следующим образом.
A1
B1
С1
А2
В2
С2
В статическом режиме при наличии напряжении во всех фазах сети, оно подается на первичную обмотку 1-1 трансформатора 1 и под действием трех токов фаз в сердечнике 1 -2 возникает магнитный ток, который пересекает витки катушек фаз вторичной обмотки 1-3 и наводит в них ЭДС согласно закону об электромагнитной индукции. Указанные ЭДС используется для питания катушек реле 2...4 и последние срабатывают. При срабатывании указанных реле их размыкающие контакты 8, 9 и 10 размыкаются, а замыкающие контакты 11, 12, 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30, 31, 33, и 34 замыкаются, в результате чего токи фаз сети протекают к клеммам для подключения трехфазной нагрузки 35…37, минуя фазосдвигающие дроссели 13, 18 и 23 и фазокомпенсационные конденсаторы 26, 29 и 32, так как каждый из указанных элементов устройства зашунтирован. При отсутствии напряжения в любой из двух фаз сети, например, в фазах А и В, срабатывает реле минимального напряжения 4, при этом его размыкающий контакт 8 размыкается, а замыкающие контакты 12, 15, 17, 20, 31 и 34 замыкаются, образуя следующие цепи протекания токов фаз сети к клеммам для подключения трехфазной нагрузки 35…37: ток фазы А образуются с помощью фазы В и элементов 6 и 9 и проходит через фазокомпенсационный конденсатор 26 к клемме 35, ток фазы В образуется с помощью элементов 7 и 10 от фазы С и протекает непосредственно к клемме 36, минуя фазосдвигающий дроссель 18 и фазокомпенсационный конденсатор 29; ток фазы С проходит через фазосдвигающий дроссель 23 непосредственно к клемме 37, при этом образуется трехфазная симметричная система токов, показанных на векторной диаграмме фиг. 2. При отсутствии напряжения в фазах В и С, С и А механизм образования симметричной системы токов не изменяется, т.е. в каждой неисправной фазе ток проходит через собственный фазосдвигающий дроссель, отставая от первоначального напряжения на угол 30°, каждой второй по номеру неисправной фазе ток минует фазосдвигающий дроссель и фазокомпенсационный конденсатор и его направление определяется компенсирующим конденсатором, подключенным к исправной фазе, а ток каждой по порядку неисправной фазы проходит через фазокомпенсационный конденсатор, опережая первоначальное напряжение на 30°, при этом между токами устанавливаются фазовые сдвиги, равные 120° (фиг. 2). Значение указанных токов при наличии напряжения обозначены I, I и 1 а значения токов, протекающих через нагрузку, обозначены через I, I и I (фиг. 2).2). Таким образом, применение трехфазного входного высоковольтного трансформатора позволяет использовать устройство в высоковольтных сетях.
Источники, принятые во внимание.
[1] Патент РФ на изобретение №2122273 от 16.12.1997 НO2М 5/14 «Устройство для симметрирования неполнофазных режимов» (Кириллов Н.П., Гудков В.В., Катаржин А.В., Комаров А.И. Заявлено 16.12.1997, заявка №97121044/09. Опубл. 20.11.1998 г.)