Устройство симметрирования напряжения в четырехпроводной высоковольтной сети

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве устройства симметрирования напряжения в четырехпроводной высоковольтной сети при обрыве любой из фаз.
Известно устройство симметрирования напряжения кабеля, содержащее три клеммы сети и одну клемму нулевого провода, три реле напряжения, каждое из которых снабжено одним размыкающим контактом и двумя замыкающими контактами, три конденсатора, три параллельных коммутаторов тока, три последовательных коммутаторов тока и выходные клеммы, причем каждое реле напряжения включено между соответствующей фазой и нулевым проводом, каждый из конденсаторов соединен с соответствующим параллельным коммутатором тока и включен между смежными фазами, дроссели включены между клеммами собственных фаз сети и соответствующими выходными клеммами, последовательные коммутаторы тока включены параллельно соответствующим дросселям, параллельные и последовательные коммутаторы тока выполнены по собственным идентичным схемам, при этом каждый параллельный коммутатор содержит три параллельные ветви, первая из которых образована тиристорами прямого включения, третья ветвь образована тиристорами обратного включения, а вторая ветвь образована последовательной цепью: из диода, размыкающего контакта реле напряжения собственной фазы, резистора и диода обратного включения, при этом управляющий электрод тиристора первой ветви соединен с катодом диода обратного включения второй ветви, а управляющий электрод тиристора третьей ветви соединен с катодом диода прямого включения второй ветви; первая ветвь каждого последовательного коммутатора тока содержит тиристор прямого включения, третья ветвь любого последовательного коммутатора тока содержит тиристор обратного включения, а вторая ветвь содержит диод прямого включения, резистор, замыкающий контакт реле напряжения второй фазы, замыкающий контакт реле напряжения третьей фазы, диод обратного включения, при этом управляющий электрод тиристора первой ветви соединен с катодом диода обратного включения второй ветви, а управляющий электрод тиристора третьей ветви соединен с катодом диода прямого включения второй ветви [1]. Данное устройство нашло широкое применение в низковольтных сетях, поскольку в нем используются быстродействующие сигнальные реле напряжения и быстродействующие и мощные тиристоры в коммутаторах тока, однако, его затруднительно использовать в высоковольтных сетях.
Требуемым техническим результатом полезной модели является возможность применения устройства в высоковольтных сетях.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве симметрирования напряжения в четырехпроводной сети, содержащим клеммы сети А, В, С и 0, первое, второе и третье реле напряжения; первый, второй и третий конденсаторы, первый, второй и третий дроссели, первую, вторую и третью выходные клеммы; первый, второй и третий параллельные коммутаторы тока; первый, второй и третий последовательные коммутаторы тока, причем каждый из названных коммутаторов содержит три ветви, при этом, первые и третьи ветви всех коммутаторов тока одинаковы: в первых ветвях установлен тиристор прямого включения, а в третьих ветвях - тиристор обратного включения; во вторых ветвях параллельных коммутаторов тока установлены: диод прямого включения, размыкающий контакт собственного реле напряжения, резистор и диод обратного включения, а во вторых ветвях последовательных коммутаторов тока установлены: диод прямого включения, резистор, последовательно соединенные замыкающие контакты реле напряжения смежных фаз; управляющие электроды тиристоров первых ветвей соединены с катодом диода обратного включения второй ветви, а управляющие электроды тиристоров третьих ветвей соединены с катодом диода прямого включения, причем указанные реле напряжения подключены к соответствующим фазам сети, каждый из конденсаторов соединен последовательно с соответствующим параллельным коммутатором тока и подключен на линейное напряжение, каждый из дросселей включен в рассечку линии между соответствующими клеммами сети и выходными клеммами, а каждый последовательный коммутатор тока включен параллельно соответствующему дросселю, введен трехфазный трансформатор, содержащий первичную высоковольтную обмотку, сердечник и вторичную низковольтную обмотку, включенную по схеме звезда с нулевым проводом, при этом первичная обмотка подключена пофазно к клеммам сети, а в каждой фазе вторичной обмотки установлено соответствующее реле напряжения, включенной на фазное напряжение, при этом конденсаторы, дроссели и коммутаторы тока выполнены высоковольтными.
Принципиальная электрическая схема устройства представлена на чертеже.
Устройство содержит клеммы сети А, В, С и 0, трехфазный трансформатор 1, содержащий первичную высоковольтную обмотку 1-1, сердечник 1-2 и вторичную низковольтную обмотку 1-3, первое 2, второе 3 и третье 4 реле напряжения, первый конденсатор 5, второй конденсатор 6 и третий конденсатор 7, первый параллельный коммутатор тока 8, второй параллельный коммутатор тока 9 и третий параллельный коммутатор тока 10, первый дроссель 11, второй дроссель 12 и третий дроссель 13, первый последовательный коммутатор тока 14, второй последовательный коммутатор тока 15 и третий последовательный коммутатор тока 16, и выходные клеммы фаз 17, 18 и 19, при этом фазы первичной обмотки 1-1 трансформатора 1 подключены к соответствующим клеммам сети А, В, С и 0, фазы вторичной обмотки 1-3 являются источниками напряжений питания реле напряжения: фазы ав - реле 2, фазы вс - реле 3 и фазы са - реле 4, первый конденсатор 5 включен между собственной клеммой сети А и клеммой В последовательно с первым параллельным коммутатором тока 8, второй конденсатор 6 включен между собственной клеммой сети В и клеммой С последовательно со вторым параллельным коммутатором тока 9 и третий конденсатор 7 включен между собственной клеммой сети С и клеммой А последовательно с третьим параллельным коммутатором тока 10, первый дроссель 11 включен между клеммой сети А и первой выходной клеммой 17, второй дроссель 12 включен между клеммой сети В и второй выходной клеммой 18 и третий дроссель 13 включен между клеммой сети С и третьей выходной клеммой 19, первый последовательный коммутатор тока 14 включен параллельно первому дросселю 11, второй последовательный коммутатор тока 15 включен параллельно второму дросселю 12 и третий последовательный коммутатор тока 16 включен параллельно третьему дросселю 13, причем параллельные коммутаторы тока 8…10 и последовательные коммутаторы тока 14…16 выполнены по идентичным схемам и каждый из них содержит три параллельных цепи, причем, первые и третьи цепи всех коммутаторов одинаковы, если у параллельных коммутаторов 8…10 счет вести слева -направо, а у последовательных коммутаторов 14…16 счет вести снизу - вверх: первые ветви всех коммутаторов содержат тиристор прямого включения, а третьи цепи всех коммутаторов содержат тиристор обратного включения (при условии, что у параллельных коммутаторов направление тока сверху - вниз, а у последовательных коммутаторов слева - направо). Вторые ветви всех параллельных коммутаторов тока одинаковы и содержат диод прямого включения, размыкающий контакт собственного реле напряжения, резистор и диод обратного включения. Вторые ветви всех последовательных коммутаторов тока также одинаковы и содержат диод прямого включения, резистор, последовательно соединенные замыкающие контакты реле смежных фаз и диод обратного включения; управляющие электроды всех тиристоров первых ветвей всех коммутаторов тока соединены с катодами диодов обратного включения всех вторых ветвей, а управляющие электроды всех тиристоров третьих ветвей соединены с катодами диодов прямого включения.
Устройство работает следующим образом. При наличии напряжения на всех клеммах сети А, В, С и 0 в работу вступает трехфазный трансформатор 1, благодаря чему на вторичной обмотке 1-3 появится низковольтное напряжение, поскольку число витков фазы обмотки 1-1 намного превышает число витков фазы обмотки 1-3. Наличие напряжения на вторичной обмотке обусловит срабатывание реле напряжения 2…4. Сработав, реле 2…4 размыкают контакты 2-1, 3-1 и 4-1 и замыкают контакты 2-2, 2-3, 3-2, 3-3, 4-2 и 4-3, в результате чего, параллельные коммутаторы тока 8…10 работать не будут, конденсаторы 5…7 останутся незаряженными, а токи фаз будут протекать от клемм сети А, В, С и 0 на выходные клеммы 17, 18 и 19 минуя дроссели 11…13, поскольку последовательные коммутаторы тока 14…16 находятся в рабочем состоянии, которое определяется тем, что импульсы управления тиристорами, например 14-2 и 14-6 последовательного коммутатора 14 формируются из анодных напряжений [2]. При отсутствии напряжения в любой фазе сети, например, на клемме А, фазное реле 2 не сработает, и его размыкающий контакт 2-1 будет замкнут, в результате конденсатор 5 зарядится и ток будет протекать по цепи: клемма В, параллельный коммутатор тока 8, конденсатор 5, замыкающие контакты 3-2 и 4-2 и выходная клемма 17, ток фазы В протекает по цепи: клемма В, дроссель 12 и выходная клемма 18, ток в фазе С будет протекать по цепи: клемма сети С, дроссель 13 и выходная клемма 19. Дроссели 12 и 13 будут в работе, потому что клеммы 2-2 и 2-3 будут разомкнуты в последовательных коммутаторах 15 и 16. При обрывах других фаз, механизм восстановления симметрии напряжения будет аналогичным.
Источники, принятые во внимание:
1. Патент РФ на изобретение H02J 9/06, Н02М 5/14 №2525839. Устройство для симметрирования напряжений кабеля. / Н.П. Кириллов, А.В. Чемусов, С.В. Рулев, Д.К. Гусев. Заяв. 2013106131/07, 12.02.2013; Опубл. 20.08.2014. Бюл. №23.
2. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. Л.: Энергоатомиздат., 1989, 304 с.