Пристрій обмеження перенапруги на струмоприймачі змінної напруги

Пристрій обмеження перенапруги на струмоприймачі змінної напруги і живлячій його електричній лінії при відключені їх від електричної мережі, 38557 В основу винаходу поставлено задачу усунути вказані недоліки відомого пристрою обмеження перенапруги на струмоприймачі шляхом застосування конденсаторної батареї, яка глухо підключена до живлячої струмоприймач електричної лінії з боку вимикача або до виводів самого струмоприймача, що забезпечує зниження перенапруги і, як наслідок, збереження цілісності струмоприймача та живлячої його електричної лінії. У відомих технічних рішеннях сукупність ознак, східних з сукупністю ознак, які відрізняють пристрій, ще заявляється, від прототипу, не встановлена. Сутність пристрою, пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображена елементна схема пристрою, а на фіг. 2 - схема заміщення цього ж пристрою після відключення його від електромережі. На фіг. 1 струмоприймач заради визначеності представлений як електродвигун 1. До його затискачів (виводів) 2 підключена електрична лінія 3. Протилежний кінець електричної лінії 3 підключений до нижніх виводів 4 вимикача 5, верхні виводи 6 якого приєднані до електричної мережі 7. До нижніх виводів 4 вимикача 5 підключено конденсаторну батарею 8 та комплект С ланцюгів, причому кожен RC ланцюг складається з конденсатора 9 ємністю С і резистора 10 з опором R, з’єднаних послідовно. Протилежні кінці RC ланцюгів приєднані до землі 11. На фіг. 2 окрім вищевказаних елементів 2-4, 811 електродвигун 1 (струмоприймач) представлений у вигляді схеми заміщення, де обмотка статора 12 і обмотка ротора 13 характеризуються активним 14 та індуктивним 15 опорами статора і індуктивним 16 та активним 17 опорами ротора. Кожна фаза електричної лінії 3 має ємність 18 відносно землі 11. Зазначимо що ємність 18 існує лише фізично, але не в вигляді матеріального об’єкту. Пристрій працює так. Після відключений вимикача 5 у перший момент часу в обмотці ротора 13 електродвигуна 1 тече струм Іp, який дорівнює попередньому значенню цього струму в робочому режимі, а в обмотці статора 12 тече струм, значення якого дорівнює так званому струму зрізу струму, при якому повністю відновлюється ізоляційна спроможність повітряного або вакуумного проміжку між розімкнутими контактами 4 і 6 вимикача 5, що має місце після згасання дуги мій контактами вимикача 9. Струм статора після відключення вимикача 5 замикається через ємності Скб конденсаторної батареї 8. Ємність Скб конденсаторної батареї 8 на 2-3 порядки (в 100-1000 разів) більше за ємність С конденсаторів 9 RС ланцюгів і на 3-4 порядки більше ємності С0 18 електричної лінії 3 відносно землі. До того ж ємність Скб батареї 8 нічим не обмежується, якщо не брати де уваги економічних факторів - вартість батареї 8. Тому основна частина струму статора електродвигуна 1 тече крізь конденсаторну батарею 8, а крізь ємність 9 і ємність 18 протікає лише незначна частка струму статера не більше 1-2%. Як наслідок напруга на контактах 4, до яких приєднана електрична лінія 3, а також на затискачах 2 електродвигуна 1 ненабагато вища за номінальну напругу і не представляє небезпеки для ізоляції лінії 3 та електродвигуна 1. Зазначимо, що потужність конденсаторної батареї 8 має бути прямо пропорційною потужності струмоприймача. В цьому випадку рівень напруги на рається як прототип до пристрою обмеження перенапруги. Нижче для визначеності будемо розглядати трифазну електричну мережу змінної напруги і трифазні струмоприймачі. Відомий пристрій обмежений перенапруги - це комплект з трьох однакових С ланцюгів. Кожен С ланцюг складається з конденсатора ємністю С і резистора з опором, які з’єднані послідовно. Одні виводи RC ланцюгів підключені відповідно до фаз А, В, С тих виводів вимикача, до яких підключена живляча струмоприймач електролінія. Інші виводи RC ланцюгів приєднані до землі, відзначимо, що кожна фаза електролінії, що з'єднує струмоприймач з вимикачем (найчастіше це кабель), має ємність С0 відносно землі. Кожен струмоприймач під час роботи, тобто коли вій підключений до електромережі, характеризується струмом І, індуктивністю L і запасом електромагнітної енергії: 1 Eем = LI 2 (1) 2 Після відключення вимикачем струмоприймача від електромережі його струм замикається через ємність C0 і через RС ланцюги. Починається перехідний процес коливань з частотою f в RL(C+C0) контурі: "струмоприймач – RC ланцюг ємність (С+С0)”. У відповідні моменти часу запас електромагнітної енергії Еем переходить у запас електростатичної енергії ємностей С і С0: 1 Eем = (C + C0 )U 2 (2), 2 де: U - напруга на ємностяхС і С0. Ємності С і С0 мають дуже малу величину (нe більше кількох сотих мкФ), тому напруга на з'єднаних з ємностями С, С0 живлячій електролінії і струмоприймачі дуже висока і може в кілька разів перевищувати їх номінальну напругу. Як наслідок періодично спостерігається пробій на землю в фазі живлячої електролінії або пробій на корпус в фазі струмоприймача, наприклад, пробій на корпус обмотки статора високовольтного електродвигуна. Пробій виникає в місці з ослабленою ізоляцією, але ж ослаблення ізоляції як раз і виникає як наслідок систематичних перенапруг, які описані вище. Збільшення ж ємності С зверх певної межі не дозволяється, бо тоді порушується нормальна робота електромережі. Зазначимо, що резистор R сприяє скорішому закінченню коливального процесу і відповідне скороченню часу, протягом якого мають місце небезпечні для ізоляції електролінії і струмоприймача перенапруги. Таким чином, головним недоліком прототипу комплекту RC ланцюгів - є його неефективність в обмеженні перенапруг на струмоприймачі і живлячій його електролінії. Інший недолік прототипу полягає в тому, що промисловість не виготовляє спеціально для цього конденсаторів і резисторів, котрі окрім довготривалої роботи під напругою мусять витримувати велике імпульсне навантаження під час обмеження перенапруги, пропускаючи через себе енергію, що вимірюється кількома кілоджоулями і навіть десятками кілоджоулів, залежно від потужності струмоприймача та довжини живлячої його електролінії. 2 38557 елементах 2 і 4 фіг. 1, 2 не перевищує дозволеної межі. Оскільки в обмотці ротора 13 електродвигуна 1 після відключення від електромережі 7 тече струм, а обмотка статора 12 замкнута па конденсаторну батарею 8, то електродвигун 1 якийсь час працює в режимі генератора, його кінетична енергія перетворюється в електричну енергію, яка витрачається на електричні втрати в активних опорах 14, 17 обмоток статора 12 і ротора 13. Індуктивні опори 15, 16 цих обмоток обмежують величину цих струмів. Як наслідок, швидкість електродвигуна 1 знижується, оскільки робота його в генераторному режимі створює на його ваду гальмуючий момент, при цьому напруга на затискачах 2 зменшується. Втрати в активних опорах 14, 17 призводять до згасання коливального електричного процесу і швидкому зниженню напруги електродвигуна 1 до нуля. Таким чином, наявність конденсаторної батареї 8 не допускав виникнення і появи напруги небезпечної величини на затискачах 2 електродвигуна 1 і контактах 4, до яких підключена електрична лінія 3 завдяки чому цілісність їх ізоляції не порушується, а ресурс роботи ізоляції зберігається. Навантаження на RC ланцюги 9, 10 суттєве знижується і вони також можуть довготривало працювати, захищаючи електродвигун 1 і електричну лінію 3 від хвиль перенапруги, що надходять з елек тричної мережі. Захист від цих хвиль перенапруги здійснює також і конденсаторна батарея 8. Описаний позитивний ефект та електричні процеси повністю зберігаються і в тому випадку, коли як струмоприймач використовується не електродвигун, а трансформатор. Навантаженням вторинної обмотки трансформатора є здебільшого електродвигуни і тоді відмінність полягає лише в тому, що електродвигуни підключаються до електричної мережі 7 не безпосередньо, а через трансформатор. Якщо ж до вторинної обмотки трансформатора підключене пасивне навантаження електроосвітлення, електропечі тощо, то обмеження перенапруги на затискачах 2 і контактах 4 здійснюється ще більш ефективно і швидко з причини відсутності генераторного режиму, притаманного електродвигуну, а також з причини швидкого згасання перехідного електричного процесу із-за значного активного опору такого навантаження. Експериментально випробування описаного пристрою, на реальному електрообладнанні повністю підтвердило позитивний ефект, що яри цьому досягається, а також підтвердило відповідність протікання викладених в заявці електричних процесів реальним процесам. Підтверджено низький у порівнянні з прототипом - рівень напруг і перенапруг на затискачах 2 і контактах 4 як при відключенні струмоприймача від електромережі таж і під час його нормальної роботи з електромережею. Фіг. 1 3 38557 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4