Устройство продольно-поперечного регулирования напряжения

(9) ( 1) 1)5 Н 02 Л 3/1 ЕН И ТВУ СКОМУ СВИДЕТ К горный инст ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 504276, кл. Н 02 4 3/18, 1970.Авторское свидетельство СССР В 1089700, кл. Н 023 3/18, 1983.Авторское свидетельство СССР В 557455, кл. Н 024 3/18, 1972.(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для продольно- поперечной компенсации потерь напряжения и реактивной мощности в протяженных электрических сетях напряжением 0,4 - 0,69-1,2 кВ, питающих мощные асинх-ронные двигатели. Цель изобретения - обеспечение многофункциональности устройства, максимальной эффективности использования мощности конденсаторной батареи при продольной компенсации реактивной составляющей напряжения1686597 и при поперечной компенсации реактивной мощности, а также уменьшение габаритов устройства. Устройство продольно-поперечного регулирования напряжения сети, содержащее последовательный трансформатор 1, батарею конденсаторов 4, управляющее устройство 5, управляемый силовой ключ 6, снабжено дополнительной обмоткой последовательного трансформатора. Устройство управления 5 реализует соответствующую функцию управления управляемым силовым ключом, 3 ил. И зобретение относится к области элек- го трансфо маттротехники и втрансорматора, второй зажим первичи оики и, в частности, к устройствам для ной обмотки которродольно-поперечной компенсации потерь фазыоторого соединен с началомы нагрузки, конец которой занулен, анапряжения и реактивной мощности в протя- второй зажим втор бженных электрических сетях напряжением 5 в твторичнои о мотки после овтор д0,4-0,69 - 1,2 кВ, питаю их мо ны5 вательного трансформатора соединен сронные двигатели.- кВ, питающих мощные асинх- первым зажимом конденсаторной баттареи иИ; длпервым зажимом управляемого ключа, зазвестно устройство для компенса ииколебаний напряжений, кото оеции жим управления которого подсоединерое содержит выходу управляющего устройства.ии нксдвоенный реактор, первичная обмотка кото Н едостатки устройства заключаются врого соединена последовательно с нагрузкой, а следующем.вторичная обмотка включена последовательно Н едостаточное использование нк ис конденсаторной батареей, сдвоенный реаку цональных возможностей конденсаторнойтор снабжен обмоткой подмагничивания, его батареи и поатареи и последовательного трансформациочальное использование которыхвторичная обмотка подсоединена к сети меж тора, рациочально еспечить не только продольнуюду первичной обмоткой и нагрузкой парал- способно обесд ительная конденсаторная батарея.опал нлельно вторичной обмотке подсоединена или поперечную компе нсацию как это преНе остаткомдусмотрено в ттрено в устройстве, но и смешаннуюедостатком устройства является то, что - продольно-поперечную,данное устройство не позволяет изменять 20 Недоста ффсвои ф нк ии и и изедостаточная эрфективность устройботы сети,и функции при изменении режимов ра- ства,определяемаятея тем, что степень испольИзв сзования мощности конденсаторной батареизвестно также устройстводля регулиро- как при првания напряжения, кото ое со ери продольной, так и и и ир держитконден- компенсации, далека от максимальной, так.саторную батарею, силовой понижающий 25 как конденсатод нсатор, являясь элементом "пробф рматор, ключи и блок управления ими. ки" делителя нап яжеля напряжения, не может в максипозволяет регулировать мальной степени расходовать свою энергиюнапряжениепутемпереключенияконденсато- на цели компенсации потерь напряженияров с последовательного соединения с обмот- при продольнойкой высокого нап яродольнои компенсации и компенсасое инение бнапряжения на параллельное 30 ции реактивной мощн ости нагрузки при пония;А с обмоткои низкого напряже- перечной компеб: мпенсации,ри сопротивленииНедостатками устройства являются веро"пробки", близком к бесконечно тс и, напряятность переноса высокого напряжения в цепь не и евышаюжение на конденсаторе максимальное н ообмотки низконе превышающее номинальное, и мощностьнизко р у 35 конденсатора идет полностью на компенсаи низкого напряжения в ез льтателожного сра атывания ключей или их неисп- цию мощности реактора, а любое изменеравности и сложность схемы коммутации иустройства управления.Н баи олее близким кп е агаия. изменение сопротивления "пробки" в сторонур дл емому уст- уменьшения, т.е. напряжение на конденсато еройству по технической сущности и достиганденсатореемому результату является устройствоуменьшится, также как и мо ность г нруемая конденсатором.продольно-поперечного регулирования на- Не опспряжения сети, со е жаедопустимо большие габариты устния сети, содержащее последователь- ройства, обусловленные завышенным наныйтрансформаторспервичнойивторичной пряжением коммути ю ихобмотками, батарею конденсата ов и авторов, управ недоиспользованием установленной мощляющее устройство, управляемый силовой ности конденсаторной бру у, причем первый силовой чивает область применения ст ойрнои атареи, что огранизажим управляющего устройства подсое ить применения устройства иди- приводит к неоправданно высоким капинен к питающей сети, второй силовой зажим тальнымт льным и эксплуатационным затратам.его подсоединен к первым зажимам первич Целью изобретения является обеспеченои и вторичной обмоток последовательно- ние многоф нк ионамного ункциональности устройства,.максимальной эффективности испольэования мощности конденсаторной батареи при продольной компенсации реактивной составляющей напряжения и при поперечной компенсации реактивной мощности, а также уменьшение габаритов устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительной обмоткой последовательного трансформато ра, которая первым зажимом соединена с первым зажимом первичной обмотки последовательного трансформатора, второй зажим дополнительной обмотки соединен с вторым зажимом конденсаторной батареи, второй силовой зажим управляемого ключа занулен, а устройство управления реализует функцию у = х л х, где х и х - сигналы, пропорциональные пусковому и установившемуся токам нагрузки, Такое устройство с помощью указанных элементов и схемы их соединения позволяет расширить функциональные возможности путем реализации дополнительной магнитной связи между первичной обмоткой последовательного трансформатора Ю 1 и дополнительной обмоткой Ю г, к которой как нагрузка (при замкнутом управляемом ключе) подсоединена батарея конденсаторов, обеспечивающая одновременно компенсацию реактивной мощности узла нагрузки и компенсацию реактивной составляющей напряжения сети, При этом последовательный трансформатор работает в режиме вольтодобавочного. При замкнутом управляемом ключе максимально используются все возможные способы увеличения напряжения на нагрузке, а именно:вольтодобавку на вторичной обмотке последовательного трансформатора, первичная обмотка которого включена на фазное (линейное) напряжение сети;поперечную компенсацию реактивной мощности нагрузки с максимальным использованием мощности конденсаторной батареи, к которой прикладывается номинальное напряжение с зажимов дополнител,ной обмотки при напряжении на первичной обмотке, равном фазному линейному) нагрузки;продольную компенсацию реактивной составляющей напряжения сети, обусловленную магнитной связью между обмоткой трансформатора, включенной последовательно с нагрузкой и дополнительной обмоткой, нагрузкой которой является конденсаторная батарея (векторная диаграмма, фиг.З).Максимальная эффективность устройства определяется тем, что установленная мощность конденсаторной батареи максимально используется как при продольной компенсации реактивной составляющей напряжения сети, так и при поперечной компенсации ре активной мощности нагрузки при наличии вол ьтодоба вки с посл едовател ь но го тра нсформатора. Максимальная эффективность достигается путем рационального выбора числа витков обмоток последовательного трансформатора и дополнительной его обмотки. При выборе числа витков обмоток должны быть учтены следующие граничные параметры: кратность пускового тока нагрузки; номинальное напряжение нагрузки, номинальная мощ 5 10 ность, напряжение и сопротивление конденсаторной батареи, номинальные токи последовательного трансформатора. Например, при кратности пускового тока, равной б кВ, при числе витков обмотки, последовательно соединенной с нагрузкой В/1, вторая основная обмотка последовательного трансформатора должна иметь число витков Ю 2 = 6 Я 1, а дополн.1 тельная обмотка Я г = 14 Ю 2,20 При этом, напряжения на обмотках, последовательно соединенных с нагрузкой Я, с включенным последовательно конденсатором Вlг и включенной на линейное (фазное) напряжение ЧЧ 2, будут соответст 25 венно 65,5400 и 400 В. Последовательная3цепь;дополнительная В/р обмотка - батарея конденсаторов; имеет емкостной характер с напряжением на элементах 6000 В, а на концах - 400 В. Этих данных достаточно, чтобы выбрать оптимальные параметры устройства.Уменьшение габаритов конденсаторной батареи пропорционально отношению квадратов коэффициентов трансформации 30 при работе устройства без дополнительной обмотки и при наличии последней, что следует из уровней проведения сопротивлений трансформатора, Уменьшение габаритов управляемого ключа пропорционально на 40 пряжению цепи, в которой производится коммутация, В предлагаемом устройстве коммутация производится в цепи низкого напряжения, Таким образом уменьшение габаритов устройства в целом связано с уменьшением 45 50 55 габаритов конденсаторной батареи и управляемого ключа.На фиг.1 представлена схема предлагаемого изобретения в однофазном исполнении; на фиг.2 - возможная реализация устройства управления; на фиг,З - векторная диаграмма для однофазного варианта схемы устройства.Устройство продольно-поперечного регулирования напряжения сети, содержащее последовательный трансформатор 1 с первичной 2 и вторичной 3 обмотками, батарею конденсаторов 4, управляющее устройство 5, управляемый силовой ключ б, нагрузку 7, причем первый 8 силовой зажим управляющего устройства 5 подсоединен к питаю 15 6, и номинальном напряжении конденсаторащей сети, второй 9 силовой зажим его подсоединен к первым 10 и 11 зажимам первичной2 и вторичной 3 обмоток последовательноготрансформатора 1, второй зажим 12 первичной обмотки которого соединен с началом 513 фазы нагрузки 7, конец 14 которой занулен, а второй зажим 15 вторичной 3 обмоткипоследовательного трансформатора 1 соединен с первым 16 зажимом конденсаторной батареи 4 и первым силовым 17 10зажимом управляемого ключа 6, вход 18 управления которого подсоединен к выходу 19управляющего устройства 5. Кроме того,оно дополнительно снабжено дополнительной обмоткой 20 последовательного трансформатора 1, которая первым зажимом 21соединена с первь м 10 зажимом первичной2 обмотки последовательного трансформатора, второй зажим 22 дополнительной обмотки 20 соединен с вторым 23 зажимом 20конденсаторной батареи 4, а второй 24 силовой зажим управляемого ключа 5 занулен,В устройстве 5 управления (фиг,2) первичная обмотка 25 трансформатора 26 токавключена последовательно с нагрузкой 7, а 25во вторичную обмотку 27 трансформатора26 тока включена катушка реле 28 нормально закрытого контактора (ключа) 6, вход 18управления которого связан механически ссиловой исполнительной частью устройства 305 управления, которая управляется реле 28,Принцип действия такого устройства основан на том, что при работе нагрузки в установившемся режиме управляемый ключ 6нормально закрыт, а г 1 ри пуске нагрузки, 35когда через реле 28 проходят токи, в 5-6 разпревышающие номинальный, размыкаетсянормально закрытый управляемый ключ 6(контактор). После окончания периода пусканормально закрытые контакты управляемого ключа 6 возвращаются в исходное состояние.Указанная реализация устройства 5 управления и управляемогс кл юча 6 не являетсяединственной, она может осуществляться 45любой элементной базой или схемой, нообязательно выполняющей следующие дваусловия,При пуске должна иметь место продольная компенсация реактивной составляющей напряжения сети, т,е, управляемыйключ 6 разомкнут,При работе нагрузки в установившемсярежиме должан иметь место поперечная компенсация реактивной мощности узла нагрузки с одновременным увеличениемнапряжения на нагрузке за счет вольтодобавочного трансформатора, в роли котороговыступают основные обмотки 2 и 3 последовательного трансформатора 1, В этом режиме работы нагрузки управляемыи ключ 6 замкнут, что приводит к параллельному включению относительно друг друга основной обмотки 3 последовательного трансформатора 1 и последовательной цепи: дополнительная обмотка 20 - батарея конденсаторов 4.Устройство продольно-поперечной компенсации напряжения сети работает следующим образом,При отсутствии напряжения в сети ток в первичной обмотке 25 трансформатора 26 тока управляющего устройства 5 отсутствует, что приводит к отсутствию тока во вторичной обмотке 27 трансформатора 26 тока, а следовательно, и в катушке реле 28, что оставляет управляемый ключ 6 в исходном, нормально закрытом состоянии.При пуске нагрузки ток равен пусковому, т,е, превышающему номинальный в несколько раз. Такой ток, проходя через управляющее устройство 5 индуцирует во вторичной обмотке 27 трансформатора 26 тока и, соответственно, в обмотке реле 28 ток, достаточный для срабатывания исполнительного устройства нормально закрытого контактора 6 (управляемого ключа), который размыкался, и обеспечивает включение батареи конденсаторов 4 по схеме продольной компенсации реактивной составляющей напряжения сети, Причем число витков обмоток 2, 3 и 20 последовательного трансформатора обеспечивает при пусковом токе нагрузки номинальное напряжение на зажимах конденсаторной батареи 4 и напряжение, равное (близкое) фазному напряжению нагрузки на основной вторичной обмотке 3 последовательного трансформатора 1. После завершения процесса пуска ток нагрузки уменьшается до величины, равной или меньшей номинального, Такой ток недостаточен, чтобы удерживать управляемый ключ 6 в разомкнутом состоянии, и он возвращается в исходное замкнутое состояние.В установившемся режиме ток реле 28 недостаточен для того, чтобы удерживать исполнительным механизмом управляющий ключ 6 в разомкнутом состоянии, Таким образом ключ 6 замкнут, а это значит, что основная обмотка 3 последовательного трансформатора 1 включена на фазное напряжение сети. Сочетание основных обмоток 3 и 2 представляет собой вольтодобавочный трансформатор. На фазное напряжение сети включена также последовательная цепь, состоящая из дополнительной обмотки 20 и батареи конденсаторов 4, Характер этой цепи активноемкостной, напряжение на емкости 4 близко к номинальному, т.е. мощность батареи конденсаторов используется практически полностью для компенсации реактивной мощности,10 15 20 25 30 35 40 50 узла нагрузки. Одновременно дополнительная обмотка оказывает на обмотку 2 то же действие, что и обмотка 3 (вторая вольтодобавка), а батарея конденсаторов 4. являясь емкостной нагрузкой указанного сдвоенного вольтодобавочного трансформатора, каким является последовательный трансформатор 1, повышает напряжение на выходе 12 обмотки 2 за счет изменения общего потокос, цепления в сторону увеличения. Последнее аналогично действию продольной компенсации, то есть в установившемся режиме батарея конденсаторов выполняет роль продольной и поперечной компенсации, а наличие дополнительной обмотки обеспечивает дополнительный вольтодобавочный эффект, Устройство обладает свойством авторегулирования, т.е, изменение тока нагрузки приводит к рациональному (соответствующему) изменению вольтодобавок и действию аналогичного продольной компенсации.Предлагаемое устройство способно к самозащите от коротких замыканий на нагрузке, При наличии последних ток управля-. ющего устройства 5 будет достаточен для размыкания ключа 6, что превращает предлагаемое устройство в последовательный трансформатор, у которого может быть предусмотрено при коротких замыканиях на нагрузке индуктирование напряжения на зажимах конденсаторной батареи 4.Несмотря на то, что при работе устройства имеют место высокие напряжения, коммутирующее устройство, а именно управляемый ключ 6, выполняется на напряжение нагрузки (низкое, что позитивно сказывается как на эксплуатационных свойствах, так и на уменьшении габаритов устройства в целом),Таким образом многофункциональность устройства определяется тем, что оно способно осуществлять продольную, поперечную и смешанную компенсации за счет конденсаторной батареи, а также обеспечивать вольтодобавку на нагрузке с помощью последовательного трансформатора,Максимальная эффективность использования конденсаторной батареи осуществляется за счет того, что с помощью дополнительной обмотки последовательного трансформатора возможно обеспечить близкое или равное номинальному напряжение на обкладках конденсатора как в период пуска нагрузки, т.е. при продольной компенсации реактивной составляющей напряжения сети, так и при поперечной компенсации реактивной мощности узла нагрузки. Кроме этого, рационально используется и последовательный трансформатор, который при продольной компенсации обеспечивает рациональное напряжение на зажимах конденсаторной батареи, а при поперечной компенсации трансформатор не только обеспечивает напряжение, близкое к номинальному на зажимах конденсатора, но и осуществляет вольтодобавку как вольтодобавочный трансфороматор и повышение напряжения, определяемое нагрузкой трансформатора.Уменьшение габаритов конденсаторной батареи определяется тем, что она включена на высокое напряжение, а управляемый ключ находится под фазным напряжением нагрузки, что требует малогабаритного коммутационного оборудования.Формула изобретения Устройство продольно-поперечного регулирования напряжения, содержащее последовательный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, батарею конденсаторов, управляющее устройство, управляемый силовой ключ и нагрузку, причем первый силовой зажим управляющего устройства подсоединен к питающей сети, второй силовой зажим его подсоединен к первым зажимам первичной и вторичной обмоток последовательного трансформатора, второй зажим первичной обмотки которого соединен с началом фазы нагрузки, конец которой занулен, а второй зажим вторичной обмотки последовательного трансформатора соединен с первым зажимом конденсаторной батареи и первым силовым зажимом управляемого ключа, зажим управления которого подсоединен к выходу управляющего устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью обеспечения многофункциональности устройства, максимальной эффективности использования мощности конденсаторной батареи при продольной компенсации реактивной составляющей напряжения и при поперечной компенсации реактивной мощности, а также уменьшения габаритов устройства, оно снабжено дополнительной обмоткой последовательного трансформатора, которая первым зажимом соединена с первым зажимом первичной обмотки последовательного трансформатора, второй зажим дополнительной обмотки соединен с вторым зажимом конденсаторной батареи, а второй силовой зажим управляемого ключа занулен, устройство управления при этом реализует функцию у = х Лх, где х и х - сигналы, пропорциональные пусковому и установившемуся токам нагрузки на первом силовом входе управляющего устройства.1 1ред М.Моргента Редактор Л, Гратилло ректор М. Шарощ Заказ 3606 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10