УСТРОЙСТВО ВОССТАНОВЛЕНИЯ И СИММЕТРИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ОБРЫВЕ ДВУХ ФАЗ СЕТИ
DEVICE FOR VOLTAGE RECOVERY AND BALANCING AT DOUBLE-PHASE OPEN FAULT IN NETWORK

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве устройства восстановления и симметрирования напряжений при обрыве двух фаз сети в системах электроснабжения.
Известно устройство восстановления и симметрирования напряжений при обрыве двух фаз сети, содержащее три реле минимального напряжения с размыкающими и замыкающими контактами, контролирующие напряжения в фазах сети, компенсирующие конденсаторы, каждый из которых включен последовательно с размыкающими контактами соответствующего реле между одноименной фазой источника питания и смежной с ней отстающей фазой источника питания, и три фазосдвигающих дросселя, каждый из которых включен между фазой источника питания и одноименной клеммой для подключения трехфазной нагрузки и зашунтирован между последовательно соединенными замыкающими контактами реле соседних фаз, три фазокомпенсационных конденсатора, включенных последовательно с фазосдвигающими дросселями между фазосдвигающими дросселями и соответствующими клеммами нагрузки, при этом каждый фазокомпенсирующий конденсатор зашунтирован параллельно включенными замыкающими контактами реле минимального напряжения соседних фаз [1]. Данное устройство отличается простотой схемы, сравнительно высоким качеством электрической энергии при восстановлении напряжения фаз, однако, цепи, с помощью которых осуществляются коммутации токов фаз, являются слаботочными, поэтому устройство применимо только для непрерывного электроснабжения потребителей малой мощности. Кроме того, устройство характеризуется сравнительно низким быстродействием, поскольку в нем применяются в качестве реле минимального напряжения обычные реле.
Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия и мощности устройства.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве восстановления и симметрирования напряжений при обрыве двух фаз, содержащем три реле напряжения, контролирующие напряжения в фазах сети, снабженные размыкающими и замыкающими контактами, три фазовосстанавливающих конденсатора, три фазосдвигающих дросселя, три фазокомпенсирующих конденсатора и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем реле напряжения включены на соответствующие фазные напряжения сети, каждый из фазовосстанавливающих конденсаторов включен последовательно с размыкающим контактом соответствующего реле между одноименной фазой и смежной с ней отстающей фазой сети, каждый из фазосдвигающих дросселей соединен последовательно с соответствующим фазокомпенсирующим конденсатором фазой сети и одноименной клеммой для подключения трехфазной нагрузки, при этом каждый из фазосдвигающих дросселей шунтирован замыкающими контактами и цепью из последовательно соединенных замыкающих контактов, реле напряжения выполнены на реле, работающем с ускорением при срабатывании и отпускании, введено дополнительно по семь реле-повторителей на каждую фазу и введен источник питания с плюсовым и минусовым выводами, при этом все реле-повторители подключены к минусовому выводу указанного источника непосредственно, а к плюсовому выводу названного источника - через замыкающие контакты реле напряжения, соответственно, каждый из фазосдвигающих дросселей зашунтирован замыкающими контактами первого и второго реле-повторителя соответствующей фазы и последовательно включенными замыкающими контактами третьего и четвертого реле-повторителя соответствующей фазы, фазокомпенсирующий конденсатор каждой фазы зашунтирован замыкающим контактом пятого и шестого реле-повторителя соответствующей фазы, а фазовосстанавливающий конденсатор каждой фазы включен между одноименной фазой сети и смежной с ней отстающей фазой через размыкающий контакт седьмого реле-повторителя соответствующей фазы.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства восстановления и симметрирования напряжений при обрыве двух фаз сети.
Устройство содержит клеммы сети А, В, С и 0, три реле напряжения 1, 2 и 3 с ускорением при срабатывании и отпускании и с замыкающими контактами, причем контакты 1-1, 32, 34, 36, 38, 40 и 44 принадлежат реле напряжения 1, контакты 1-2, 28, 30, 37, 39, 41 и 42 - реле напряжения 2, контакты 1-3, 29, 31, 33, 35, 43 и 45 - реле напряжения 3; реле-повторители 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 и 27, при этом реле-повторители 7, 8 и 9 снабжены размыкающими контактами 7-1, 8-1 и 9-1, соответственно, реле-повторители 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 и 27 снабжены замыкающими контактами 10-1, 11-1, 12-1, 13-1, 14-1, 15-1, 16-1, 17-1, 18-1, 19-1, 20-1, 21-1, 22-1, 23-1, 24-1, 25-1, 26-1 и 27-1, соответственно; фазовосстанавливающие конденсаторы 4, 5 и 6, фазосдвигающие дроссели 46, 47 и 48, фазокомпенсирующие конденсаторы 49, 50 и 51, клеммы для подключения трехфазной нагрузки 52, 53 и 54 и источник постоянного тока 55, при этом реле напряжения 1 …3 включены на фазные напряжения: реле 1 контролирует наличие напряжения в фазе А; реле 2 контролирует наличие напряжения в фазе В, а реле 3 - в фазе С; фазовосстанавливающие конденсаторы 4 …6 включены на линейное напряжение сети: конденсатор 4 подключен к фазам А и В, конденсатор 5 соединен с фазами В и С, а конденсатор 6 включен между фазами С и А, при этом каждый из названных конденсаторов включен последовательно с размыкающим контактом соответствующего реле-повторителя: конденсатор 4 - с контактом 7-1 реле-повторителя 7, конденсатор 5 - с контактом 8-1 реле-повторителя 8, а конденсатор 9 - с контактом 9-1 реле-повторителя 9; фазосдвигающий дроссель 46 последовательно с фазокомпенсирующим конденсатором 49 включен между фазой А и клеммой для подключения соответствующей фазы трехфазной нагрузки 52; фазосдвигающий дроссель 47 последовательно с фазокомпенсирующим конденсатором 50 включен между фазой В и клеммой для подключения соответствующей фазы трехфазной нагрузки 53; фазосдвигающий дроссель 48 последовательно с фазокомпенсирующим конденсатором 51 включен между фазой С и клеммой для подключения соответствующей фазы трехфазной нагрузки 54. Реле-повторители 7 …27 снабжены двумя выводами (не обозначены): минусовым, подключенным к соответствующей шине источника питания 55 непосредственно, и плюсовым, подключенным к плюсовой шине указанного источника с помощью замыкающих контактов: например, плюсовой вывод реле-повторителя 7 подключен к плюсовой шине источника 55 через замыкающий контакт 1-1 реле напряжения 1; плюсовой вывод реле-повторителя 8 подключен к плюсовой шине источника 55 через замыкающий контакт 1-2 реле напряжения 2; плюсовой вывод реле-повторителя 9 подключен к плюсовой шине источника 55 через замыкающий контакт 1-3 реле напряжения 3; плюсовой вывод реле-повторителя 10 подключен к плюсовой шине источника 55 через замыкающий контакт 28, принадлежащий реле 2; плюсовой вывод реле-повторителя 11 соединен с плюсовой шиной источника 55 через замыкающий контакт 29, принадлежащий реле 3; плюсовой вывод реле-повторителя 12 подключен к соответствующей шине источника 55 через замыкающий контакт 30, принадлежащий реле 2; плюсовой вывод реле-повторителя 13 соединен с плюсовой шиной источника 55 через замыкающий контакт 31 реле 3; плюсовой вывод реле-повторителя 14 соединен с плюсовой шиной источника 55 через замыкающий контакт 32 реле 1; плюсовой вывод реле-повторителя 15 соединен с плюсовой шиной источника 55 через замыкающий контакт 33 реле 3; номера остальных реле-повторителей 16 …27, контактов 34 …45, соединяющих их плюсовые выводы с плюсовой шиной источника 55 и реле, которым принадлежат контакты 34 …45, сведены в таблицу №1.
Все элементы принципиальной электрической схемы устройства серийно выпускаются отечественной промышленностью. В качестве электромагнитов реле напряжения могут быть использованы электромагниты серии ЭМ 26-6, у которых время срабатывания и время отпускания равно 0,05 с, а в качестве электромагнитов постоянного тока для реле-повторителей могут быть применимы электромагниты серии ЭУ-2, время срабатывания и отпускания у которых не превышает 0,1 с.
Устройство работает следующим образом. В статическом режиме при наличии напряжения на всех вводах сети А, В, С и 0 срабатывают быстродействующие реле напряжения 1 …3 и замыкающие контакты данных реле: 1-1, 1-2, 1-3, 28 …45 замыкаются, при этом срабатывают реле-повторители 7 …27, причем реле-повторитель 7 размыкает контакт 7-1 в цепи заряда конденсатора 4; реле-повторитель 8 размыкает контакт 8-1 в цепи заряда конденсатора 5, а реле-повторитель 9 размыкает контакт 9-1 в цепи заряда конденсатора 6 и указанные конденсаторы не будут функционировать; реле-повторители 10 …27 сработав, замкнут контакты 10-1 …27-1, шунтируя дроссели 46 …48 и конденсаторы 49 …51, поэтому токи в фазах будут протекать следующим образом: ток фазы А - клемма сети А, контакты 10-1, 11-1, 12-1, 13-1, 22-1 и 23-1 и клемма 52 для подключения трехфазной нагрузки; ток фазы В - клемма сети В, контакты 14-1, 15-1, 16-1, 17-1, 24-1 и 25-1 и клемма 53 для подключения трехфазной нагрузки; ток фазы С - клемма сети С, контакты 18-1, 19-1, 20-1, 21-1, 26-1 и 27-1 и клемма 54 для подключения трехфазной нагрузки. При отсутствии напряжения в любых двух фазах сети, например в фазах А и В, сработает только реле 3, при этом его контакты 1-3, 29, 31, 33, 35, 43 и 45 замкнутся, что приведет к срабатыванию реле-повторителя 9, которое разорвет цепь заряда конденсатора 6, и реле-повторителей 11, 13, 15, 17, 25 и 27. Напряжение на фазе В появится за счет элементов схемы: конденсатора 5 и размыкающего контакта 8-1; напряжение на фазе А образуется от фазы В с помощью цепи, содержащей элементы 4 и 7-1, а токи нагрузки в фазах будут протекать по цепям: ток фазы А - клемма А, замкнутый контакт 13-1, фазокомпенсирующий конденсатор 49 и клемма для подключения трехфазной нагрузки 52; ток фазы В - клемма В, замкнутый контакт 17-1, замкнутый контакт 25-1 и клемма для подключения трехфазной нагрузки 53; ток фазы С - клемма С, фазосдвигающий дроссель 48, замкнутый контакт 27-1 и клемма для подключения трехфазной нагрузки 54. Таким образом, ток в фазе В протекает, минуя дроссель 47 и конденсатор 50, ток в фазе А протекает, минуя только дроссель 46, а ток в фазе С протекает только через фазосдвигающий дроссель 48, чем и обеспечиваются требуемые фазовые сдвиги векторов в трехфазной системе 52, 53 и 54. При отсутствии напряжения в фазах В и С или С и А механизм восстановления его будет аналогичен описанному, так как каждый раз будет срабатывать только одно быстродействующее реле напряжения. Время восстановления и симметрирования напряжений в системе электроснабжения не будет превышать десяти периодов промышленной частоты, поэтому многие потребители не успеют среагировать на провал напряжения.
Таким образом, мощность описанного устройства определяется только рабочим током силовых контактов реле-повторителей, чем и достигается требуемый технический результат.
Источники, принятые во внимание
[1]. Патент РФ 2122273, кл. H02J 9/06, Н02М 5/14, 1997.
[2]. А.С. СССР 1723627, кл. H02J 9/06, Н02М 5/14, 1989.
[3]. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. М.: МЭИ, 2007, стр.297, обозначение 6 сверху.
[4]. Электротехнический справочник. Т. 2. Под ред. В.Г. Герасимова. М.: МЭИ, 2003, стр.342, табл.34.1 и стр.343, табл.34.2.