Пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів при технологічних і аварійних режимах у високовольтних електричних мережах промислових підприємств

1. Пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів при технологічних і аварійних режимах в високовольтних електричних мережах промислових підприємств, який складається з 29262 За рахунок встановлення струмообмежуючого реактора в нейтралі первинної обмотки і блока управління реакторами в колі вторинної обмотки прототип не має недоліків аналога і може забезпечувати необхідний рівень надійності електроживлення і якості електричної енергії. Однак цей відомий пристрій має свої недоліки. Відносна складність системи управління, наявність достатньо великої кількості електронних і електромеханічних складових об'єктивно знижує надійність роботи. Наявність двох струмообмежуючих реакторів і система керування їх параметрами підвищує вартість і знижує конкурентоздатність такого рішення. Метою винаходу є підвищення надійності електричних мереж з ізольованою нейтраллю і підвищення якості електроенергії, а також зниження матеріальних і трудо вих затрат при виготовленні пристрою. Завдання досягається за рахунок того, що в пристрою обмеження параметрів електромагнітних процесів при технологічних і аварійних режимах в високовольтних електричних мережах промислових підприємств, який складається з трьохфазного силового трансформатора з п'ятистрижневим магнітопроводом, первинні обмотки якого з'єднані по схемі "зірка" з виведеною нейтраллю і підімкнені до мережі, а вторинні - в "розімкнутий трикутник", і однофазного високовольтного реактора, підім-кненого своїми кінцями до вільних кінців вторинних обмоток, нейтраль первинної обмотки підімкнена до одного з кінців реактора, а другий кінець реактора заземлюється. При цьому магнітні системи трансформатора і реактора розміщені в баку на одній осі, а реактор має регулювальні відгалуження. Суть винаходу пояснюється малюнком (фіг.), на якому схематично зображений пропонований пристрій. Пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів при технологічних і аварійних режимах в високовольтних електричних мережах промислових підприємств складається з трьохфазного силового трансформатора 1 з п'ятистрижньовим магнітопроводом, на стрижнях якого розміщені первинні високовольтні обмотки 2, з'єднані по схемі "зірка" з виведеною нейтралью і підімкнені за допомогою комутаційних апаратів 3 до фаз секції живлення 4, і вторинні високовольтні обмотки 5, з'єднані по схемі "розімкнутий трикутник" з вільними кінцями 6, високовольтний реактор 7, один кінець якого з'єднаний з нейтраллю первинної обмотки 2, а другий - заземлюється, при цьому реактор своїми кінцями підімнений паралельно до вільних кінців 6 вторинних обмоток 5. Магнітні системи трансформатора 1 і реактора 7 розміщуються в одному баку (на фігурі не показаний) на одній осі, що дозволяє значно спростити конструктивне виконання внутрішніх з'єднань пристрою, а також забезпечити однаково ефективне охолодження обмоток трансформатора і реактора і, тим самим, зменшити матеріальні і трудові затрати на його виготовлення. Реактор 7 має відгалуження 8, які дозволяють підімкнути сигналізацію, що зпрацьовує при виникненні короткого замикання (наприклад, відгалуження, на яких виникає напруга 100 В при зами канні на землю фази в мережі 10 кВ), а також дозволяють узгодити потужності трансформатора і реактора при значних виробничих відхиленнях. Мінімізація витрат на виготовлення пристрою досягається при наступних схемно-конструктивних рішеннях: - підімкнення вторинних обмоток 5 і нейтралі первинної обмотки 2 трансформатора на реактор 7 таким чином, щоб струми нейтралі і вторинних обмоток проходили через реактор зустрічно; - розміщення трансформатора 1 і реактора 7 в баку на одній осі; - виконання первинних і вторинних обмоток трансформатора з коефіцієнтом трансформації 1:1. Звичайно ж теплові навантаження обмоток пристрою повинні розраховуватись з врахуванням фактичного режиму його роботи, в якому навантаження з'я вляється нечасто і діє відносно малий час. Робота пристрою проходить наступним чином. В нормальному режимі експлуатації електричних мереж 6-10 кВ з ізольованою нейтраллю пристрій знаходиться в режимі "очікування", тобто при ввімкнених комутаційних апаратах 3 силовий трансформатор 1 знаходиться під напругою секції живлення 4 в режимі "неробочого ходу" з дуже незначними втратами електроенергії в зв'язку з тим, що напруга на нейтралі первинних обмоток 2 і між виводами 6 вторинних обмоток 5 мають нульове значення і, відповідно, струм в ланцюгу реактора 7 меж практично рівний нулю, позаяк напруга несиметрії Uнс в кабелях не перевищує величин порядку 2-3 В; пристрій налагоджений на своєчасну компенсацію виникаючих однофазних стр умів замикання на землю і властивих їм небезпечних параметрів електромагнітних процесів. В зазначених кабельних мережах при металічному (глухому) заземлені однієї фази секції 4 напруга на дво х др уги х фазах не перевищить лінійних напруг (Uл»1,73Uф ), а на ізольованій нейтралі первинних обмоток 2 з'явиться напруга, яка буде рівна фазній величині (U0»Uф ), причому зазначена напруга буде мати частоту 50 Гц. Однак, як встановлено експериментальними дослідженнями, в реальних умовах експлуатації електричних мереж 6-10 кВ металургійних підприємств в 80% випадків замикання фази на "землю" проходять через перемежальну дугу, що викликає перенапругу на непошкоджених фазах порядку Uпер.ф.=(5,1-5,5)U ф , а на нейтралі мережі - Uпер.о.= =(2,1-2,7)U ф . Більше того, в результаті гасіння дуги замикання йа "землю" при її проходженні через нульове значення на пошкодженій фазі кабеля теж виникають перенапруги величиною Uпер.=(1,51,7)Uф . Весь перелік зазначених перенапруг супроводжується високими частотами, які перевищують традиційний спектр частот і досягають величин порядку (3,1-3,5) кГц. При використанні ж запропонованого пристрою при частотах близьких до промислової через реактор 7 тече індуктивний струм І, який компенсує емкістний струм Іс замикання фази на землю і перенапруга на непошкоджених фазах і в ней 2 29262 тралі мережі не перевищує лінійної і фазної напруги відповідно. Проведені дослідження з макетними зразками запропонованого пристрою показали, що при високих частотах, які виникають при дугових замиканнях фази на землю, додаткових перенапруг не виникає, а високочастотні коливання гаснуть вже в першому полуперіоді. Таким чином, завдяки запропонованому пристрою навіть при дугови х замиканнях "на землю" перенапруги практично відсутні, як і супроводжуючі їх високі частоти, тобто пристрій і в цьому випадку працює як би в режимі звичайного металічного замикання. Тобто завдяки запропонованому пристрою електромагнітні процеси при гостро змінних технологічних режимах руднотермічних і особливо дугових печей, а також при аварійних режимах в мережі живлення протікають в таких границях, які забезпечують достатню надійність експлуатації електротехнічного обладнання з одночасним підви щенням якості електроенергії щодо коливань, відхилень, несиметрії і несинусоїдальності напруг і струмів з ефективним зниженням втрат електроенергії від високочастотних складових напруги. Пристрій забезпечує розширений діапазон компенсації однофазних стр умів замикання на землю при його конструктивній і функціональній простоті і компактності. В процесі роботи пристрою при зникнені зазначених режимів схема запропонованого пристрою повертається в початковий стан автоматично. Промислове застосування пристрою полягає в необхідності його встановлення на виводах вторинної обмотки трансформатора живлення, або секції напругою 6-10 кВ енергоємних промислових підприємств. По запропонованому технічному рішенню розроблена проектно-конструкторська документація і закінчується виготовлення дослідно-промислового зразка. Фіг. 3 29262 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4