Багатофункціональний компенсуючий і симетруючий пристрій обмеження електромагнітних і ємнісних процесів у електричній мережі плазмотрона

Багатофункціональний компенсуючий і симетруючий пристрій обмеження електромагнітних і ємнісних процесів в електричній мережі плазмотрона, що містить трифазний силовий трансформатор з живильною обмоткою, з'єднаною за схемою зірки з ізольованою нейтраллю, і двома живленими обмотками, з'єднаними за схемами трикутника і зірки з ізольованою нейтраллю, комутаційні апарати з боку джерела живлення, трифазний трансформаторно-реакторний компенсуючий пристрій з первинною і вторинною обмотками, з'єднаними за схемою зірки з виведеною нейтраллю і розімкненого трикутника, фазні роз'єднувачі і комутаційні апарати, з'єднані послідовно і приєднані між фазами джерелами живлення і вводами первинної обмотки, регульовану дугогасильну котушку, підключену вводом в нейтраль первинної обмотки, а U 2 39300 1 3 39300 ними фільтрами 3, 5 і 7-й гармонік, що включають реактори 3, 5, 7 і БК1, БК2 з вакуумними вимикачами QW1 і QW2. Система управління регулює величину реактивно потужності окремо в кожній фазі компенсатора шляхом зміни кутів відкриття вентилі VD1, VD2, VD3, причому регулюються не ємності, а індуктивності LR1, LR2, LR3. Фільтро-компенсуючі пристрої налаштовані на певну постійну потужність, а регульовані реактори знижують цю постійну потужність ємності до того рівня, який необхідний для регулювання заданої напруги. Основними недоліками є: - необхідність джерел постійного струму для використання керованих тиристорних ключів VD1, VD2, VD3 і систем автоматичного регулювання САР1, С АР2, С АР3; - вказані тиристорні ключі є джерелами неприпустимих високочастотних напруг і стр умів, що впливають на живлячі високовольтні і живлені низьковольтні електричні мережі; - реактори LR1, LR2, LR3 із стабільною величиною індуктивного опору виключають можливості ефективного обмеження перехідних і коливальних процесів напруг і струмів всього спектру частот після сумісного відключення з дуговою сталеплавильною піччю ДСП; - змінні режими технологічних навантажень ДСП і величини споживаної потужності від розплаву ши хти до її окислення виключають надійну роботу автоматичних регуляторів САР1, САР2, С АР3 з наявністю постійного і змінного струмів, а також не забезпечують їх ефективний взаємний функціональний зв'язок з тиристорно-реактивними гармоніками (ТРГ) через трансформатори змінного струму; - наявність фільтро-компенсуючих пристроїв ФКУ-1 і ФКУ-2, що складаються з послідовно з'єднаних індуктивностей L і батарей ємнісної компенсації БК1 і БК2, що підключаються вакуумними вимикачами QW1 і QW2 між фазами на лінійні напруги не забезпечують обмежень високочастотних фазних перенапруг на непошкоджених фазах при дуговому замиканні пошкодженої фази на землю і резонансних процесів високих частот між фазами; - виникають неприпустимі величини ударних струмів і комутаційних перенапруг при включеннях і відключеннях конденсаторних батарей БК1 і БК2 вакуумними вимикачами QW1 і QW2 відповідно; - вимірювальні трансформатори струму ТА і напруги TV фіксують показники миттєвих значень струмів іА, іВ, іС і напруг UA, UB, UC, а також реактивних QA, QB, QC і активних РА, РВ, PC потужностей в системі регулювання перетворювачами струмів іі, що впливають на потужності Qi і Рі, але не виключають виникнень резонансних стр умів, ферорезонансних напруг, комбінованих електромагнітних і ємнісних процесів при змінних технологічних і можливих аварійних режимах при живленні дугови х сталеплавильних (ДСП) і рудно-термічних (РТП) печей; - використання пропонованого пристрою знижує до неприпустимих величин параметри якості електричної енергії і збільшує електричні втрати 4 при передачі і використанні активних і реактивних потужностей. І на закінчення необхідно відзначити, що пропонований пристрій не відповідає вимогам забезпечення його надійності в умовах експлуатації електричних мереж, що живлять вказані печі, а окрім цього не забезпечує динамічну при аварійних режимах і навіть статичну стійкості в процесі нормальних режимів експлуатації. Як найближчий аналог прийнята корисна модель комбінованого пристрою по обмеженню параметрів електромагнітних і ємнісних процесів в електричній мережі плазмотрона, яка містить силовому трансформатор, що містить первинну обмотку, з'єднану по схемі трикутника з лінійними комутаційними апаратами, конденсаторну батарею, з'єднану по схемі зірки з фазними комутаційними апаратами і наявністю комутаційного апарату в її нейтралі, вторинну обмотку вказаного силового трансформатора, з'єднану по схемі зірки, конденсаторну батарею, з'єднану по схемі трикутника з фазними комутаційними апаратами 8, трифазний електричний зв'язок між виводами первинної і вторинної трансформаторних обмоток з відповідними роз'єднувачами, трифазне трансформаторно-реакторний компенсуючий пристрій з первинною і вторинною обмотками, з'єднаними по схемах зірки з виведеною нейтраллю і розімкненого трикутника відповідно, а також з регульованою індуктивністю, приєднаної високовольтним вводом до нейтралі первинної обмотки, а низьковольтним виводом до контуру заземлення з одночасним шунтуванням розімкнених виводів вторинної обмотки, за наявності комутаційних апаратів у фазах первинної обмотки, трифазний некерований випрямляч, приєднаний між фазами вторинної обмотки силового трансформатора, які регулюють згладжуючий реактор і активний опір, з'єднані послідовно і приєднані між виводами випрямляча паралельно плазмотрону - [Патент України на корисну модель №29231. Комбінований пристрій по обмеженню параметрів електромагнітних і ємнісних процесів в електричній мережі плазмотрона. Автори: Є.В. Боровик, Д.В. Журавльов, А.И. Назаров. 2008]. У найближчому аналозі виключається необхідність джерел постійного струму з керованими тиристорами, системами автоматичного регулювання і реакторами з усуненнями неприпустимих високочастотних напруг і струмів, перехідних і коливальних процесів з тиристорно-реактивними гармоніками, а також відсутня необхідність в складних схемах фільтро-компенсуючих пристроїв з послідовно з'єднаними реакторами і конденсаторними батареями, що підключаються на лінійні напруги між фазами до живильної системи шин, завдяки чому виключаються резонансні процеси між фазами, неприпустимі величини ударних струмів і комутаційних перенапруг при включеннях і відключеннях конденсаторних батарей. Природно виключена необхідність в трансформаторах струмів і напруг, усуваються резонанси і ферорезонансні явища, комбіновані електромагнітні і місткості процеси при технологічних і аварійних режимах харчування вказаних печей, а також 5 39300 зберігаються параметри якості електричної енергії, знижуються електричні втрати активних і реактивних потужностей, створюється необхідна надійність електричних мереж при забезпеченні не тільки статичної, але і динамічної стійкості. Єдиним недоліком вказаного пристрою є його ефективність тільки у високовольтних електричних мережах 6-10-35кВ переважно промислових підприємств з відповідними активними і реактивними навантаженнями, тоді як для низьковольтних мереж до 1000 вольт вказаних підприємств і енергосистем з сучасними, не тільки електромагнітними, але і напівпровідниковими елементами релейного захисту, засобів автоматики і телемеханіки, обчислювальної і комп'ютерної техніки необхідний ефективніший пристрій по обмеженню до безпечних величин всього переліку ви щезгаданих режимів. У основу корисної моделі поставлене завдання розробки найбільш ефективного пристрою для електричних мереж, яке містить первинну обмотку, з'єднану по схемі зірки з ізольованою нейтраллю і підключену до джерела електричної енергії комутаційними апаратами з підключеннями до фаз живильної мережі роз'єднувачів, комутаційних апаратів і первинну обмотку трансформаторнореакторного компенсуючого пристрою з наявністю вторинної обмотки, з'єднаної по схемі розімкненого трикутника з коефіцієнтом трансформації між вказаними обмотками рівними одиниці, причому до нейтралі первинної обмотки приєднана дугогасильна котушка з регулювальними відводом своїм високовольтним вводом, а низьковольтним виводом через роз'єднувач з'єднана з контуром заземлення при одночасному шун туванню виводів вторинної обмотки з наявністю регульованих шунтуючи х опорів, один з яких з'єднаний паралельно вказаної дугогасильної котушки, а інший роз'єднувачу відповідно. До фаз живленої обмотки, з'єднаної по схемі трикутника, підключена комутаційними апаратами конденсаторна батарея, з'єднана по схемі зірки із заземленою нейтраллю, а до фаз живленої низьковольтної обмотки, з'єднаної по схемі зірки з ізольованою нейтраллю, підключена комутаційними апаратами конденсаторна батарея, з'єднана по схемі трикутника. При відключених роз'єднувачах трансформаторно-реакторного пристрою можливі його безпосередні підключення індивідуальними роз'єднувачами через трифазний електричний зв'язок до відповідних фаз низьковольтних обмоток. Один трифазний нерегульований випрямляч містить додатково у фазних ланцюгах індуктивні опори з одночасним шунтуванням виводів випрямляча регульованим активним опором і його безпосереднім підключенням до виводів трикутника низьковольтної обмотки, а інший трифазний нерегульований випрямляч містить додатково у фазних ланцюгах активні опори з одночасним шунтуванням виводів випрямляча регульованим індуктивним опором і його безпосереднім підключенням до виводам зірки низьковольтної обмотки, причому вказані випрямлячі з'єднані паралельно між со 6 бою, а також між вводом і заземленим виводом плазмотрона. Пристрій, що заявляється, пояснюється нижче наведеним описом і схемою. Електрична схема багатофункціонального компенсуючого і симетруючого пристрою обмеження електромагнітних і ємнісних процесів в електричній мережі плазмотрона містить трифазний силового трансформатора, живляча обмотка 1 якого з'єднана по схемі зірки з ізольованою нейтраллю і підключена до джерела електричної енергії комутаційними апаратами 2 з підключенням до фаз живильної мережі високовольтних роз'єднувачів 3, комутаційних апаратів 4, первинної обмотки 5 трансформаторно-реакторного компенсуючого пристрої з наявністю його вторинної обмотки 6, з'єднаної по схемі розімкненого трикутника, при коефіцієнті трансформації між вказаними обмотками рівним одиниці, причому до нейтралі первинної обмотки приєднана дугогасильна котушка 7 з регулювальними відводом своїм вводом, а виводом через роз'єднувач 8 з'єднана з контуром заземлення при одночасну шунтуванню виводів вторинної обмотки регульованими шунтуючими опорами, один з яких 9 з'єднаний паралельно дугогасильній котушки, а інший 10 роз'єднувачу відповідно. До фаз обмотки 11, з'єднаної по схемі трикутника, підключена комутаційними апаратами 12 конденсаторна батарея 13, з'єднана по схемі зірки із заземленою нейтраллю, а до фаз обмотки 14, з'єднаної по схемі зірки з ізольованою нейтраллю, підключена комутаційними апаратами 15 конденсаторна батарея 16, з'єднана по схемі трикутника. При відключених роз'єднувачах трансформаторно-реакторного компенсуючого пристрою можливі його безпосередні підключення індивідуальними комутаційними апаратами через трифазний електричний зв'язок 17 і роз'єднувачі 18 або 19 до відповідних фаз вторинних обмоток. Трифазний нерегульований випрямляч 20 містить додатково у фазних ланцюга х індуктивні опори 21 з одночасним шунтуванням виводів випрямляча регульованим активним опором 22 і його безпосереднім підключенням до виводів трикутника низьковольтної обмотки, а трифазний нерегульований випрямляч 23 містить додатково у фазних ланцюгах активні опори 24 з одночасним шунтуванням виводів випрямляча регульованим індуктивним опором 25 і його безпосереднім підключенням до виводів зірки низьковольтної обмотки, причому вказані випрямлячі з'єднані паралельно між собою, а також вводом і заземленим виводом плазмотрона 26. Пристрій працює таким чином. На живлячу обмотку 1 трифазного силового трансформатора електрична енергія з боку живильної мережі подається включенням комутаційних апаратів 2 з одночасною подачею напруги при включених роз'єднувачах 3 і комутаційних апаратах 4 на первинну 5 і вторинну 6 обмотки з наявністю послідовно з'єднаних однофазних дугогасильної котушки 7 і роз’єднувача 8 між нейтраллю первинної, виводами вторинної і заземленням трансформаторно-реакторного компенсуючого 7 39300 пристрою з наявністю шунтуючи х регульованих активних опорів 9 і 10, підключених індивідуально між дугогасильною котушкою і її роз'єднувачем при забезпеченні їх послідовного з'єднання, завдяки чому забезпечуються компенсація однофазного струму замикання на землю, скорочення до фактичного усунення часу існування перехідних і коливальних процесів, виключення резонансних процесів і ферорезонансних явищ з високочастотними напругами і струмами. Окрім цього, функціональні взаємні зв'язки між вказаними елементами підключеного трансформаторно-реакторного компенсуючого пристрою з їх загальним заземленням виключають можливості трансформації виникаючих електромагнітних і ємнісних процесів в живлячих електричних мережах з боку первинної обмотки трансформатора в сторони його живлених вторинних обмоток 11 і 14 з групами з'єднань трикутником і зіркою при підключеннях до них комутаційними апаратами 12 і 15 конденсаторних батарей 13 і 16 з протилежними групами з'єднань зіркою із заземленою нейтраллю і трикутником, завдяки чому обмежуються до допустимих величин ударні струми і комутаційні перенапруги при їх включеннях і відключеннях відповідно. При необхідності забезпечення необхідних параметрів якості електричної енергії, зниження електричних втрат і особливо обмеження внутрішніх перенапруг при дугових замиканнях фази на землю у вказаних мережах, що живлять трифазні нерегульовані випрямлячі 20 і 23, вельми доцільно і конструктивно допустимо ефективне використання трансформаторно-реакторного компенсуючого пристрою і в живлених мережах, тобто його підключення власними комутаційними апаратами при відключених індивідуальних роз'єднувачах 3 через електричний зв'язок 17 і роз'єднувачі 18 і 19 до виводів вказаних вторинних обмоток трансформатора індивідуально або навіть одночасно при необхідності зв'язку з відповідністю фазувань технічним вимогам, завдяки чому забезпечуються і необхідні вимоги до збереження стандартної промислової частоти напруг, які додаються до вказаних випрямлячів. Наявністю у вказаних трифазних нерегульованих випрямлячах послідовно з'єднаних з їх індивідуальними випрямлячами у фазах індуктивних опорів 21 з шунтуючим і регульованим опором 22 між виводами одного трифазного випрямляча і 8 навпаки активних опорів 24 з шунтуючим і регульованим індуктивним опором 25 між виводами іншого трифазного випрямляча, з'єднаних паралельно між собою, а також з вводом і заземленим виводом плазмотрона 26, забезпечується стабільне горіння його дуги. Додаткові функціональні зв'язки між вказаними стабільними і регульованими, активними і індуктивними опорами трифазних випрямлячів з раніше обґрунтованими елементами пристрою забезпечують статичну і динамічну стійкості, а отже, необхідну надійність безперервного горіння плазмової дуги навіть в котельних установках теплових електростанцій при спалюванні вугільного палива з ефективним скороченням об'ємів споживаного газу і мазуту. На підставі вищевикладених позитивних чинників ефективного функціонування запропонованого пристрою на основах взаємних багатофункціональних зв'язків між його елементами забезпечуються компенсуючи властивості, завдяки ефективному обмеженню електромагнітних і ємнісних процесів в електричній мережі плазмотрона не тільки при нормальних або таких, що змінюються технологічних режимах, але навіть і в процесах виникаючих аварійних режимів після аварійних ситуацій. І на закінчення необхідно відзначити, що пристрій виключає пошкодження конденсаторних батарей навіть при спільних роботах могутніх низьковольтних перетворювачів спільно з дуговими сталеплавильними і руднотермічними печами в процесах виникнень комбінованих енерготехнологічних режимів завдяки відсутності неприпустимих величин вищих гармонік струмів і напруг. Отже, захисний пристрій виключає взаємні трансформації електромагнітних і ємнісних процесів між електричними мережами навіть при порушеннях те хнологічних режимів вказаних печей. Джерела інформації: 1. Режими споживання і якість електроенергії систем електропостачання промислових підприємств / В.С. Иванов, В.И. Соколов. - М.: Энергоатомиздат, 1987 - С.173-174. 2. Патент України на корисну модель №29231. Комбінований пристрій по обмеженню параметрів електромагнітних і ємнісних процесів в електричній мережі плазмотрона. Автори: Боровик Є.В., Журавльов Д.В., Назаров A.I., 2008. 9 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 39300 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601