Багатофункціональний пристрій усунення внутрішніх перенапруг в електричних мережах високих і низьких напруг

Багатофункціональний пристрій усунення внутрішніх перенапруг в електричних мережах високих і низьких напруг, що містить комбіновані послідовно-рівнобіжні електричні фільтри, що обмежують напруги і струми відповідних частот між фазами зі з'єднаними послідовно вхідним комутаційним апаратом, активним нерегульованим опором, регульованим індуктивністю, рівнобіжним контуром з наявністю в одному ланцюзі конденсатора, а в іншому регульованої індуктивності, зі знову з'єднаними послідовно активним нерегульованим опором і вихідним комутаційним апаратом, який відрізняється тим, що містить шунтуючий роз'єднувач паралельно послідовної регульованої індуктивності, з'єднані послідовно роз'єднувач і регульований активний опір з конденсатором, а роз'єднувач і регульований активний опір з регу U 2 (19) 1 3 Uce и Ued , чому і відповідають побудови на векторній діаграмі, тому що CD CE ED Uce Ued Uсd Аналогічним шляхом можна показати, що вектором напруги, що діє від крапки е до крапки 6, буде вектор EB , а вектором напруги, що діє між крапкою е і середньою крапкою g індуктивності, включеної в галузь cfd, буде вектор EG , з'єднуючу крапку E з крапкою G вектора FD . Таким чином, кожній крапці ланцюга відповідає цілком визначена крапка діаграми, обумовлена вектором напруги, що діє між цією крапкою ланцюга й іншою її крапкою, довільно обраної за вихідну, і що вектор напруги між двома будь-якими крапками ланцюга, для яких маються позначки на діаграмі, може бути отриманий як відрізок, що з'єднує ці позначки. Основними недоліками приведеного АНАЛОГА є: незмінний режим роботи, лаштований тільки на найбільші по величинах частоти напруг і струмів у фазах, що виникають звичайно третьої, п'ятої або сьомої гармонік в залежності від режимів роботи споживачів електричної енергії; недостатня технічна ефективність полягає в індивідуальних функціях стабілізацій струмів навантажень і зниження падінь напруг у фазах, що виключають можливості забезпечення необхідних параметрів якості електричної енергії в лінійних напругах між фазами; виключені цілком заходи щодо обмеження внутрішніх перенапруг, феррорезонансних явищ і комутаційних процесів, що приводять до виникнень неприпустимих величин не тільки стабільних, але і зростаючих резонансних режимів в електричних мережах після відключень ушкодженого електроустаткування; відсутні взагалі можливості змін параметрів індуктивностей, ємностей і активних опорів, що виключають необхідні функціональні зв'язки між елементами джерел і споживачів електричної енергії, що вкрай необхідні при змінених технологічних і особливо виникаючих аварійних режимах. Найбільш близьким до пропонованого пристрою є [2] "Пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів у високовольтних мережах" [див. ав.св. Російської Федерації №2284084, Н02Н 9/00, 9/06, Опубл. 20.09.2006, Бюл. №26], прийняте за найближчий аналог і утримуюче згідно Дод. 3 силовий трифазний трансформатор Т, у якого первинна обмотка 1 з'єднана за схемою зірки з виведеною нейтраллю 2 і за допомогою комутатора GF підключена до живильної системи шин 3, а вторинна обмотка 4 з'єднана за схемою розімкнутого трикутника, регульований реактор L, приєднаний високовольтним уведенням до нейтралі 2 і до одного з виводів розімкнутого трикутника вто ринної обмотки 4, а низьковольтним виводом через первинну обмотку 5 трансформатора ТА 1 до іншого вивода розімкнутого трикутника вторинної обмотки 4, комутаційний апарат 6 і опір R1, з'єднані послідовно і призначені для шун 50663 4 тування реактора, трансформатор напруги TV, високовольтна обмотка 7 якого приєднана одним виводом до нейтралі 2, а іншим до заземлюючого ланцюга, а до низьковольтної обмотки 8 приєднаний ланцюг керування комутаційним апаратом 6, що містить реле напруги KV і проміжне реле KL1. У заземлюючий ланцюг реактора послідовно через первинну обмотку 9 другого трансформатора струму ТА2 приєднаний заземлюючий опір R2, шунтуюче заземлюючим комутаційним апаратом 10. До вторинних обмоток 11 і 12 трансформаторів струму ТА1 і ТА2 приєднаний ланцюг керування заземлюючим комутаційним апаратом 10, що містить реле струму КА1 і КА2 із проміжними реле KL2 і KL3. Недоліками найближчого аналога є: пристрій обмежує тільки короткочасні впливи внутрішніх перенапруг до рівня регламентованих величин захисних характеристик існуючих типів електромагнітних розрядників або обмежників перенапруг і сприяє визначеному скороченню часу впливів виникаючих перехідних і коливальних процесів напруг і струмів на живильній системі шин після відключення ушкодженої ділянки електричної мережі, але не усуває виниклі резонансні або феррорезонансні явища відповідних частот, що виникають при несиметричних і особливо неповнофазних режимах живлення споживачів електричної енергії; трансформаторно-реакторний компенсуючий пристрій працює тільки в спеціальному режимі в зв'язку з відсутністю регулювальних виводів у первинної обмотки і коммутаційному реакторі, що виключає можливості його використання в режимі недокомпенсації, що виникає при аварійних режимах; наявність шунтуючого і заземлюючого вимикачів із вторинними схемами керування з трансформаторами струмів і напруги знижують технічну ефективність і експлуатаційну надійність пристрою в зв'язку з виникненнями повторних запалювань у вимикачах і їхніх ушкодженнях; у трансформаторі напруги контролю ізоляції з заземленням нейтралі високовольтної обмотки виникають феррорезонансні явища при повному знеструмленні системи шин з його ушкодженням у результаті виникнення теплового впливу неприпустимої величини струму в зазначеній обмотці. Пропонована корисна модель на фіг. містить комбіновані послідовно-рівнобіжні електричні фільтри, що обмежують напруги і струми відповідних частот між фазами з з'єднаними послідовно вхідним комутаційним апаратом, активним нерегульованим опором, регульованим індуктивністю, рівнобіжним контуром з наявністю в одному ланцюзі конденсатора, а в іншій регульованій індуктивності, зі знову з'єднаними послідовно активним нерегульованим опором і вихідним комутаційним апаратом, шунтуючий роз'єднувач паралельно послідовної регульованої індуктивності, з'єднані послідовно роз'єднувач і регульований активний опір з конденсатором, а роз'єднувач і регульований активний опір з регульованою індуктивністю, 5 з'єднаний послідовно регульований конденсатор із шунтуруючим роз'єднувачем, лінійний комутаційний апарат у живильній фазі після приєднання вхідного комутаційного апарата і додатковий вихідний комутаційний апарат, з'єднаний між активним нерегульованим опором і зазначеною фазою, комбінований обмежник фазних і лінійних внутрішніх перенапруг з боку джерела живлення з загальними, індивідуальними фазними і міждуфазними нелінійними елементами з наявністю елемента більш ефективної нелінійності в нейтралі, трансформаторно-реакторний захисний пристрій з боку споживачів з комутаційними апаратами, первинними обмотками, з'єднаними за схемою зірки з виведеною нейтраллю, вторинними обмотками, з'єднаними за схемою розімкнутого трикутника з вільними виводами, регульованим компенсуючим реактором і роз'єднувачем, активним опором і роз'єднувачем, з'єднаними паралельно з вторинною обмоткою, заземлюючими роз'єднувачем і регульованим активним опором при рівнобіжному з'єднанні. Багатофункціональний пристрій усунення внутрішніх перенапруг в електричних мережах високих і низьких напруг, що містить комбіновані послідовно-рівнобіжні електричні фільтри, що обмежують напруги і струми відповідних частот між фазами з з'єднаними послідовно вхідним комутаційним апаратом 1, активним нерегульованим опором 2, регульованою індуктивністю 3, рівнобіжним контуром з наявністю в одному ланцюзі конденсатора 4, а в іншій регульованій індуктивності 5, зі знову з'єднаними послідовно активним нерегульованим опором 6 і вихідним комутаційним апаратом 7, що, згідно корисної моделі, містить шунтуючий роз'єднувач 8 паралельно послідовної регульованої індуктивності, з'єднані послідовно роз'єднувач 9 і регульований активний опір 10 з конденсатором, а роз'єднувач 11 і регульований активний опір 12 з регульованою індуктивністю, з'єднаний послідовно регульований конденсатор 13 із шунтуючим роз'єднувачем 14, лінійний комутаційний апарат 15 у живильній фазі після приєднання вхідного комутаційного апарата і додатковий вихідний комутаційний апарат 16, з'єднаний між активним нерегульованим опором і зазначеною фазою, комбінований обмежник фазних і лінійних внутрішніх перенапруг з боку джерела живлення з загальними 17, індивідуальними фазними 18 і міждуфазними 19 нелінійними елементами з наявністю елемента 20 більш ефективної нелінійності в нейтралі, трансформаторно-реакторний захисний пристрій з боку споживачів з комутаційними апаратами 21, первинними обмотками 22, з'єднаними за схемою зірки з виведеною нейтраллю, вторинними обмотками 23, з'єднаними за схемою розімкнутого трикутника з вільними виводами, регульованим компенсуючим реактором 24 і роз'єднувачем 25, активним опором 26 і роз'єднувачем 27, з'єднаними паралельно з вторинною обмоткою, заземлюючими роз'єднувачем 28 і регульованим активним опором 29 при рівнобіжному з'єднанні. У пропонованих комбінованих паралельнопослідовних резонансних контурах, підключених 50663 6 між фазами електричної мережі, крім зазначених стандартних елементів вхідних 1 і вихідних 7 міждуфазних комутаційних апаратів з наступними 2 і попередніми 6 активними опорами, послідовно з'єднаних вхідних регульованих індуктивностей 3, приєднаних рівнобіжних контурів з послідовно з'єднаними в одній галузі активних опорів 10 з конденсаторами 4, а в іншій галузі активних опорів 12 з регульованими індуктивностями 5 запропоновані додатково шунтуючі роз'єднувачі 8 паралельно вхідним регульованим індуктивностям 3, приєднані послідовно з конденсаторами 4 роз'єднувачі 9 і регульованими індуктивностями 5 роз'єднувачі 11, причому зазначені опори 10 і 12 є регульованими, а послідовно рівнобіжним контурам приєднані вхідні регульовані конденсатори 13, шунтуючими роз'єднувачами 14, причому додатково встановлені комутаційні апарати 15 у фазах, після вхідних комутаційних апаратів 1, і 16 між фазами і виводами активних опорів 6. При постійно включених 1, 2 і 6, 7 елементах у комбінованому режимі роботи послідовнорівнобіжного резонансного контуру з наявністю відомих елементів 3, 4, 5 із пропонованими регульованими елементами 10, 12 при теж уперше запропонованих і в даному випадку розімкнутому роз'єднувачі 8 і замкнутих роз'єднувачах 9, 11, 14 уже забезпечується визначена стабілізація змінювальних величин напруг і струмів навантажень відповідних частот, особливо третьої, п'ятої і сьомої гармонік з метою забезпечення необхідної якості електричної енергії, тобто припустимих параметрів відхилень, коливань, несиметрії і несинусоїдальності зазначених величин при робочій частоті, особливо при резонансних підвищеннях напруг при ненавантажених довгих лініях, несиметричних коротких замикань і комутаціях, а також резонансних перенапруг при включеннях ненавантажених довгих ліній, особливо з приключеними трансформаторами напруги контролю ізоляції. При включенні роз'єднувача 8 шунтується регульована індуктивність 3, але зберігається режим зазначених елементів у рівнобіжному резонансному контурі, що забезпечує регламентовані величини необхідних струмів регульованими активними опорами 10 і 12, у той час як при індивідуальному відключенні роз'єднувача 9 або 11 забезпечуються послідовні резонансні контури з елементами 9, 10, 4 і 11, 12, 5, що сприяють стабілізації напруг у мережі ємністю з індуктивною або регульованою індуктивністю з ємнісними навантаженнями, що усувають високочастотні резонансні перенапруги на ненавантажених довгих лініях і при несиметричних коротких замиканнях. При необхідності можливо додаткове послідовне приєднання регульованої ємності 13 відключенням роз'єднувача 14, приєднаної до послідовно-рівнобіжного контуру при відключеному роз'єднувачі 8, рівнобіжному контурові при включеному роз'єднувачі 8 і послідовним контурам з відключеним або включеним роз'єднувачем 8 при включеному і відключеному роз'єднувачі 9 з навпаки відключеному або включеному роз'єднувачі 11, завдяки чому усуваються резонансні перенапруги при несиметричних відключеннях або обри 7 вах фаз ліній, виключаються напруги, що відновлюються, на вимикачах при відключеннях ненавантажених довгих ліній у резонансних умовах і не виникають перенапруги і відновлюючі напруги на довгих лініях з подовжньою компенсацією, особливо не тільки при промисловій, але і низьких частотах. Виключаються при аварійних режимах у мережах споживачів електричної енергії виникнення неприпустимих величин електромагнітних і ємнісних процесів в електроустаткуванні при наявності компенсації реактивної потужності батареями статичних конденсаторів з усуненнями ударних струмів і перенапруг при їхніх включеннях і відключеннях, особливо при рівнобіжній роботі. Крім цього, при відключенні додатково введеного комутаційного апарата 15, що знаходиться безпосередньо в живильній фазі після залишеного включеним вхідним комутаційним апаратом 1, і включенні додаткового вихідного комутаційного апарата 16 між виводом активного опору 6 і зазначеною фазою при відключеному вихідному комутаційному апараті 7, міждуфазні елементи є уже фазними зі збереженням їхньої ефективності у вищевказаних режимах, але вже знижує падіння напруг і обмежуючих перенапруг у фазі при одночасної стабілізації величини фазного струму. На закінчення необхідно відзначити досить широкі можливості варіацій уперше введених 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 елементів не тільки при їхніх індивідуальних приєднаннях між фазами або безпосередньо у фазах, але і комбінованих функціональних взаємодіях між лінійними і фазними напругами. З огляду на не тільки електромагнітні, але і ємнісні, включаючи електростатичні, взаємодії між обмотками як живильних, так і живильних силових трансформаторів, а також з метою обмеження до безпечних величин імпульсних, фазних і лінійних внутрішніх перенапруг одночасно, в основному з боку джерел живлення, розроблений комбінований обмежник зазначених перенапруг з функціонально взаємодіючими нелінійними загальними 17, індивідуальними фазними 18 і міжфазними 19 елементами з наявністю додаткового елемента 20 у нейтралі з більш ефективною нелінійністю з метою підвищення рівня теплової стійкості зазначених елементів. А перед можливими наступними джерелами споживання електричної енергії підключено комутаційними апаратами 21 трансформаторнореакторний захисний пристрій, первинна обмотка 22 якого з'єднана за схемою зірки з виведеною нейтраллю, а його вторинна обмотка 23 з'єднана за схемою розімкнутого трикутника, з наявністю регульованого компенсуючого реактора 24 з послідовно з'єднаним роз'єднувачем 25 у нейтралі первинної і між виводами вторинної обмоток із загальним заземлюючим роз'єднувачем 28, що забезпечують завдяки розробленим електричним зв'язкам між ними можливості не тільки настрою 50663 8 вань зазначеного реактора в режимах резонансу або перекомпенсації, але й у режимі недокомпенсації, що виникає після аварійних змін крапок токорозділів в електричних мережах, крім виникнень резонансних перенапруг. Приведені елементи виключають виникнення високочастотних перенапруг на неушкоджених фазах при дуговому замиканні ушкодженої фази на землю, феррорезонансних явищ у високовольтних обмотках трансформаторів напруги контролю ізоляції, з'єднаних за схемою зірки з заземленою нейтраллю, і комутаційних процесів у вимикачах при відключеннях ушкоджених ділянок електричної мережі. А рівнобіжним приєднанням послідовно з'єднаних активного опору 26 з роз'єднувачем 27 до зазначеного реактора забезпечуються цілком усунення перехідних і коливальних процесів уже після відключень ушкодженого електроустаткування, що виключають одночасно виникнення резонансних явищ навіть при неповно-фазних режимах. Індивідуальні або спільні приєднання регульованого компенсуючого реактора 24 і активного опору 26 до заземлюючого контуру через регульований активний опір 29 при відключеному роз'єднувачі 28 забезпечують статичну і динамічну стійкість захисного пристрою навіть при застосуванні комбінованих енерготехнологічних процесів зі збереженням електромагнітної сумісності. На додаток необхідно відзначити, що комбіновані функціональні взаємодії між зазначеними елементами підвищують надійність роботи релейного захисту, автоматики, телемеханіки, засобів зв'язку, програмного керування й обчислювальної техніки, усувають додаткові утрати від вищих гармонік, особливо в електричних машинах, трансформаторах і конденсаторах, знижують електричні втрати при транспортуванні і використанні електричної енергії, забезпечують підвищення ізоляційної міцності застарілого електроустаткування, особливо існуючих ненадійних конструкцій токових компенсаторів реактивної потужності типу ТКРМ, сприяють подальшому розвиткові технологічних засобів керування: силових напівпровідникових приладів, елементів мікроелектроніки і мікропроцесорної техніки при зросту енергоємних технологій і ускладненнях технологічних операцій з підвищеними вимогами до якості їхнього виконання з забезпеченням координації ізоляції між лініями електропередач і устаткуванням підстанцій і підвищенням рівня енергопостачання. Джерела інформації: 1. П.Л. Калантаров і Л.Р. Нейман. Теоретичні основи електротехніки. Частина друга. Теорія перемінних струмів. Госенергоіздат, Л.М., 1948, с.56, рис.42 і с.57, рис.43. 2. Ав.св. Російської Федерації №2284084, 32, Н02Н 9/00, 9/06. Пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів у високовольтних мережах. Автор Єфименко Т.И. Опубл. 20.09.2006р. Бюл. №26. 9 50663 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 50663 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601