SU1686597A1 - Устройство продольно-поперечного регулировани напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к устройствам дл  продольно- поперечной компенсации потерь напр жени  и реактивной мощности в прот женных электрических сет х напр жением 0,4-0,69-1,2 кВ, питающих мощные асинхронные двигатели. Цель изобретени  - обеспечение многофункциональности устройства, максимальной эффективности использовани  мощности конденсаторной батареи при продольной компенсации реактивной составл ющей напр жени 

Description

Изобретение относитс  к области электротехники и, в частности, к устройствам дл  продольно-поперечной компенсации потерь напр жени  и реактивной мощности в прот женных электрических сет х напр жением 0,4-0,69-1,2 кВ, питающих мощные асинхронные двигатели.

Известно устройство дл  компенсации колебаний напр жений, которое содержит сдвоенный реактор, первична  обмотка которого соединена последовательно с нагрузкой, а вторична  обмотка включена последовательно с конденсаторной батареей, сдвоенный реактор снабжен обмоткой подмагничивани , его вторична  обмотка подсоединена к сети между первичной обмоткой и нагрузкой параллельно вторичной обмотке подсоединена дополнительна  конденсаторна  батаре .

Недостатком устройства  вл етс  то, что данное устройство не позвол ет измен ть свои функции при изменении режимов работы сети.

Известно также устройство дл  регулировани  напр жени , которое содержит конденсаторную батарею, силовой понижающий трансформатор, ключи и блок управлени  ими. Данное устройство позвол ет регулировать напр жение путем переключени  конденсаторов с последовательного соединени  с обмоткой высокого напр жени  на параллельное соединение с обмоткой низкого напр жени ,

Недостатками устройства  вл ютс  веро тность переноса высокого напр жени  в цепь обмотки низкого напр жени  в результате ложного срабатывани  ключей или их неисправности и сложность схемы коммутации и устройства управлени .

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство продольно-поперечного регулировани  напр жени  сети, содержащее последовательный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, батарею конденсаторов, управл ющее устройство, управл емый силовой ключ и нагрузку, причем первый силовой зажим управл ющего 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 зажимом управл емого ключа, зажим управлени  которого подсоединен к выходу управл ющего устройства.

Недостатки устройства заключаютс  в

следующем.

Недостаточное использование функциональных возможностей конденсаторной батареи и последовательного трансформатора , рациональное использование которых способно обеспечить не только продольную или поперечную компенсацию (как это предусмотрено в устройстве), но и смешанную - продольно-поперечную.

Недостаточна  эффективность устройства , определ ема  тем, что степень использовани  мощности конденсаторной батареи как при продольной, так и при поперечной компенсации, далека от максимальной, так,

как конденсатор,  вл  сь элементом пробки делител  напр жени , не может в максимальной степени расходовать свою энергию на цели компенсации потерь напр жени  при продольной компенсации и компенсации реактивной мощности нагрузки при поперечной компенсации. При сопротивлении пробки, близком к бесконечности, напр жение на конденсаторе максимальное, но не превышающее номинальное, и мощность

конденсатора идет полностью на компенсацию мощности реактора, а любое изменение тока управлени  реактором повлечет изменение сопротивлени  пробки в сторону уменьшени , т.е. напр жение на конденсаторе

уменьшитс , также как и мощность, генерируема  конденсатором.

Недопустимо большие габариты устройства , обусловленные завышенным напр жением коммутирующих устройств и

недоиспользованием установленной мощности конденсаторной батареи, что ограничивает область применени  устройства и приводит к неоправданно высоким капитальным и эксплуатационным затратам.

Целью изобретени   вл етс  обеспечение многофункциональности устройства,

максимальной эффективности использовани  мощности конденсаторной батареи при продольной компенсации реактивной составл ющей напр жени  и при поперечной компенсации реактивной мощности, а также уменьшение габаритов устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство снабжено дополнительной обмоткой последовательного трансформато- . ра, котора  первым зажимом соединена с первым зажимом первичной обмотки последовательного трансформатора, второй зажим дополнительной обмотки соединен с вторым зажимом конденсаторной батареи, второй силовой зажим управл емого ключа занулен, а устройство управлени  реализует функцию у х л х , где х и х - сигналы, пропорциональные пусковому и установившемус  токам нагрузки. Такое устройство с помощью указанных элементов и схемы их соединени  позвол ет расширить функциональные возможности путем реализации дополнительной магнитной св зи между первичной обмоткой последовательного трансформатора Wi и дополнительной обмоткой W2, к которой как нагрузка (при замкнутом управл емом ключе) подсоединена батаре  конденсаторов, обеспечивающа  одновременно компенсацию реактивной мощности узла нагрузки и компенсацию реактивной составл ющей напр жени  сети. При этом последовательный трансформатор работает в режиме вольтодобавочного. При замкнутом управл емом ключе максимально используютс  все возможные способы увеличени  напр жени  на нагрузке, а именно:

вольтодобавку на вторичной обмотке последовательного трансформатора, первична  обмотка которого включена на фазное (линейное) напр жение сети;

поперечную компенсацию реактивной мощности нагрузки с максимальным использованием мощности конденсаторной батареи , к которой прикладываетс  номинальное напр жение с зажимов дополните/ чой обмотки при напр жении на первично ; обмотке , равном фазному (линейному) нагрузки;

продольную компенсацию реактивной составл ющей напр жени  сети, обусловленную магнитной св зью между обмоткой трансформатора , включенной последовательно с нагрузкой и дополнительной обмоткой, нагрузкой которой  вл етс  конденсаторна  батаре  (векторна  диаграмма, фиг.З).

Максимальна  эффективность устройства определ етс  тем, что установленна  мощность конденсаторной батареи максимально используетс  как при продольной компенсации реактивной составл ющей напр жени  сети, так и при поперечной компенсации реактивной мощности нагрузки при наличии вольтодобавкис последовательного трансформатора . Максимальна  эффективность достигаетс  путем рационального выбора числа витков обмоток последовательного трансформатора и дополнительной его обмотки. При выборе числа еитков обмоток должны быть учтены следующие граничные параметры: кратность пускового тока нагрузки; номиналь0 ное напр жение нагрузки, номинальна  мощность , напр жение и сопротивление конденсаторной батареи, номинальные токи последовательного трансформатора. Например , при кратности пускового тока, равной

5 6, и номинальном напр жении конденсатора 6 кВ, при числе витков обмотки, последовательно соединенной с нагрузкой WL втора  основна  обмогка последовательного трансформатора должна иметь число витков Wa 0 6Wi. а дополнительна  обмотка W2 . При этом, напр жени  на обмотках, последовательно соединенных с нагрузкой Wi, с включенным последовательно конденсатором W2 и включенной на линейное

5 (фазное) напр жение W2, будут соответственно 65,5400 и 400В. Последовательна  цепь:дополнительна  W2 обмотка - батаре  конденсаторов, имеет емкостной характер с напр жением на элементах 6000 В, а на кон0 цах - 400 В. Этих данных достаточно, чтобы выбрать оптимальные параметры устройства. Уменьшение габаритов конденсаторной батареи пропорционально отношению квадратов коэффициентов трансформации

5 при работе устройства без дополнительной обмотки и при наличии последней, что следует из уровней проведени  сопротивлений трансформатора, Уменьшение габаритов управл емого ключа пропорционально на0 пр жению цепи, в которой производитс  коммутаци . В предлагаемом устройстве коммутаци  производитс  в цепи низкого напр жени . Таким образом уменьшение габаритов устройства в целом св зано с уменьшением

5 габаритов конденсаторной батареи и управл емого ключа.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого изобретени  в однофазном исполнении; на фиг.2 - возможна  реализаци 

0 устройства управлени ; на фиг.З - векторна  диаграмма дл  однофазного варианта схемы устройства.

Устройство продольно-поперечного регулировани  напр жени  сети, содержащее

5 последовательный трансформатор 1 с первичной 2 и вторичной 3 обмотками, батарею конденсаторов 4, управл ющее устройство 5, управл емый силовой ключ 6, нагрузку 7, причем первый 8 силовой зажим управп ю- щего устройства 5 подсоединен к питающей сети, второй 9 силовой зажим его подсоединен к первым 10 и 11 зажимам первичной 2 и вторичной 3 обмоток последовательного трансформатора 1, второй зажим 12 первичной обмотки которого соединен с началом 13 фазы нагрузки 7, конец 14 которой эану- лен, а второй зажим 15 вторичной 3 обмотки последовательного трансформатора 1 соединен с первым 16 зажимом конденсаторной батареи Л и первым силовым 17 зажимом управл емого ключа 6, вход 18 управлени  которого подсоединен к выходу 19 управл ющего устройства 5. Кроме того, оно дополнительно снабжено дополнительной обмоткой 20 последовательного транс- форматора 1, котора  первым зажимом 21 соединена с первым 10 зажимом первичной 2 обмотки последовательного трансформатора , второй зажим 22 дополнительной обмотки 20 соединен с вторым 23 зажимом конденсаторной батареи 4, а второй 24 силовой зажим управл емого ключа 5 зэнулен.

В устройстве 5 управлени  (фиг.2) первична  обмотка 25 трансформатора 26 тока включена последовательно с нагрузкой 7, а во вторичную обмотку 27 трансформатора 26 тока включена катушка реле 28 нормально закрытого контактора (ключа) 6, вход 18 управлени  которого св зан механически с силовой исполнительной частью устройства 5 управлени , котора  управл етс  реле 28. Принцип действи  такого устройства основан на том, что при работе нагрузки в установившемс  режиме управл емый ключ 6 нормально закрыт, а при пуске нагрузки, когда через реле 28 проход т токи, в 5-6 раз превышающие номинальный, размыкаетс  нормально закрытый управл емый ключ 6 (контактор). После окончани  периода пуска нормально закрытые контакты управл емо- го ключа 6 возвращаютс  в исходное состо ние ,

Указанна  реализаци  устройства 5 управлени  и управл емого ключа 6 не  вл етс  единственной, она может осуществл тьс  любой элементной базой или схемой, но об зательно выполн ющей следующие два услови .

При пуске должна иметь место продольна  компенсаци  реактивной составл ю- щей напр жени  сети, т.е. управл емый ключ б разомкнут.

При работе нагрузки в установившемс  режиме должан иметь место поперечна  компенсаци  реактивной мощности узла нагруз- ки с одновременным увеличением напр жени  на нагрузке за счет вольтодоба- вочного трансформатора, в роли которого выступают основные обмотии 2 и 3 последовательного трансформатора 1. В этом режиме работы нагрузки управл емый ключ 6 замкнут , что приводит к параллельному включению относительно друг друга основной обмотки 3 последовательного трансформатора 1 и последовательной цепи: дополнительна  обмотка 20 - батаре  конденсаторов 4.

Устройство продольно-поперечной компенсации напр жени  сети работает следующим образом.

При отсутствии напр жени  в сети ток в первичной обмотке 25 трансформатора 26 тока управл ющего устройства 5 отсутствует , что приводит к отсутствию тока во вторичной обмотке 27 трансформатора 26 тока, а следовательно, и в катушке реле 28, что оставл ет управл емый ключ 6 в исходном, нормально закрытом состо нии.

При пуске нагрузки ток равен пусковому, т.е. превышающему номинальный в несколько раз. Такой ток, проход  через управл ющее устройство 5 индуцирует во вторичной обмотке 27 трансформатора 26 тока и, соответственно , в обмотке реле 28 ток, достаточный дл  срабатывани  исполнительного устройства нормально закрытого контактора 6 (управл емого ключа), который размыкалс , и обеспечивает включение батареи конденсаторов 4 по схеме продольной компенсации реактивной составл ющей напр жени  сети. Причем число витков обмоток 2, 3 и 20 последовательного трансформатора обеспечивает при пусковом токе нагрузки номинальное напр жение на зажимах конденсаторной батареи 4 и напр жение, равное (близкое) фазному напр жению нагрузки на основной вторичной обмотке 3 последовательного трансформатора 1. После завершени  процесса пуска ток нагрузки уменьшаетс  до величины, равной или меньшей номинального. Такой ток недостаточен , чтобы удерживать управл емый ключ 6 в разомкнутом состо нии, и он возвращаетс  в исходное замкнутое состо ние.

В установившемс  режиме ток реле 28 недостаточен дл  того, чтобы удерживать исполнительным механизмом управл ющий ключ 6 в разомкнутом состо нии. Таким образом ключ 6 замкнут, а это значит, что основна  обмотка 3 последовательного трансформатора 1 включена на фазное напр жение сети. Сочетание основных обмоток 3 и 2 представл ет собой вольтодобавочный трансформатор . На фазное напр жение сети включена также последовательна  цепь, состо ща  из дополнительной обмотки 20 и батареи конденсаторов 4. Характер этой цепи активно- емкостной, напр жение на емкости 4 близко к номинальному, т.е. мощность батареи конденсаторов используетс  практически полностью дл  компенсации реактивной мощности

узла нагрузки. Одновременно дополнительна  обмотка оказывает на обмотку 2 то же действие, что и обмотка 3 (втора  вольтодо- бавкэ), а батаре  конденсаторов 4.  вл  сь емкостной нагрузкой указанного сдвоенного вольтодобавочного трансформатора, каким  вл етс  последовательный трансформатор 1, повышает напр жение на выходе 12 обмотки 2 за счет изменени  общего потокос- . цеплени  в сторону увеличени . Последнее аналогично действию продольной компенсации , то есть в установившемс  режиме батаре  конденсаторов выполн ет роль продольной и поперечной компенсации, а наличие дополнительной обмотки обеспечивает дополнительный вольтодобавочный эффект. Устройство обладает свойством авторегулировани , 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 управл ющего устройства 5 будет достаточен дл  размыкани  ключа 6, что превращает предлагаемое устройство в последовательный трансформатор, у которого может быть предусмотрено при коротких замыкани х на нагрузке индуктирование напр жени  на зажимах конденсаторной батареи 4.

Несмотр  на то, что при работе устройства имеют место высокие напр жени , коммутирующее устройство, а именно управл емый ключ 6, выполн етс  на напр жение нагрузки (низкое, что позитивно сказываетс  как на эксплуатационных свойствах , так и на уменьшении габаритов устройства в целом).

Таким образом многофункциональность устройства определ етс  тем, что оно способно осуществл ть продольную, поп е- речную и смешанную компенсации за счет конденсаторной батареи, а также обеспечивать вольтодобавку на нагрузке с помощью последовательного трансформатора.

Максимальна  эффективность использовани  конденсаторной батареи осуществл етс  за счет того, что с помощью дополнительной обмотки последовательного трансформатора возможно обеспечить близкое или равное номинальному напр жение на обкладках конденсатора как в период пуска нагрузки, т.е. при продольной компенсации реактивной составл ющей напр жени  сети, так и при поперечной компенсации реактивной мощности узла нагрузки. Кроме этого, рационально используетс  и последовательный

трансформатор, который при продольной компенсации обеспечивает рациональное напр жение на зажимах конденсаторной батареи , а при поперечной компенсации

трансформатор не только обеспечивает напр жение , близкое к номинальному на зажимах конденсатора, но и осуществл ет вольтодобавку как вольтодобавочный трэнсфороматор и повышение напр жени , определ емое нагрузкой трансформатора.

Уменьшение габаритов конденсаторной батареи определ етс  тем, что она включена на высокое напр жение а управл емый ключ находитс  под фазным напр жением нагрузки , что требует малогабаритного коммутационного оборудовани .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство продольно-поперечного регулировани  напр жени , содержащее последовательный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, батарею конденсаторов , управл ющее устройство, управл емый силовой ключ и нагрузку, причем первый силовой зажим управл ющего 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 управл емого ключа, зажим управлени  которого подсоединен к выходу управл ющего устройства, отличающеес  тем, что, с целью обеспечени  многофункциональности устройства, максимальной эффективности использовани 

   мощности конденсаторной батареи при продольной компенсации реактивной составл ющей напр жени  и при поперечной компенсации реактивной мощности, а также уменьшени  габаритов устройства, оно снабжено дополнительной обмоткой последовательного трансформатора, котора  первым зажимом соединена с первым зажимом первичной обмотки последовательного трансформатора , второй зажим дополнительной

   обмотки соединен с вторым зажимом конденсаторной батареи, а второй силовой зажим управл емого ключа занулен, устройство управлени  при этом реализует функцию у х Лх, где х и х - сигналы,

   пропорциональные пусковому и установившемус  токам нагрузки на первом силовом входе управл ющего устройства.

   8

   27

   0-

   Ji/Ф 0 J xc к f

   -tf