Пристрій для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача

1. Пристрій для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача, який містить затискачі проводів трифазної розподільчої мережі, вхідний автоматичний вимикач, фільтр струмів нульової послідовності із затискачами лінійних і нульової фаз, а також затискачі лінійних та штучної нульової фази на виході пристрою, при цьому кожен перший вивід вхідного автоматичного вимикача приєднаний по одному до одного затискача лінійних фаз розподільчої мережі, а кожен другий вивід вхідного автоматичного вимикача приєднаний по одному до одного затискача лінійних фаз фільтра струмів нульової послідовності та одного затискача лінійних фаз на виході пристрою, який відрізняється тим, що до пристрою додано однополюсний контактор та реле обриву проводу нульової фази, причому вимірювальні виводи реле обриву проводу нульової фази приєднані до лінійних фаз мережі та штучної нульової фази, один вивід вихідної пари контактів цього реле приєднаний до однієї довільної лінійної фази, а другий вивід цієї пари контактів реле приєднаний до першого виводу обмотки однополюсного контактора, 2 (19) 1 3 Пристрій для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача відноситься до електротехніки і призначений для використання у низьковольтній чотирипровідній трифазній мережі 0,380,4кВ із глухо заземленою нульовою фазою (нейтраллю). Пристрій призначений для використання на вводі мережі у споруду або житловий будинок, а також у проміжному пункті мережі споживача. Пристрій доцільно використовувати для живлення приймачів, які є чутливими до глибоких посадок напруги (до 90%) тривалістю, найменше значення якої рівне 0,01, а найбільше значення посадки не обмежене в часі. Типовими представниками таких приймачів є комп'ютери та електронні засоби автоматизації виробництва. Відомий пристрій для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача [1, 2]. Ефект у цьому пристрою досягається за рахунок створення штучної нульової фази з допомогою двох однофазних трансформаторів [1], або одного трифазного автотрансформатора, обмотки якого ввімкнені у зиґзаґ [2]. Штучна нульова фаза приєднана тільки до контуру заземлення. Недолік пристрою - відсутність глухого заземлення нульової фази, приписаного правилами технічної експлуатації і пов'язаного з можливістю виникнення загрози для безпеки обслуговуючого персоналу та засобів електронної техніки, оскільки «...живлення електроприймачів повинне передбачатися від мережі напругою 380/220В із глухо заземленою нейтраллю...» [3]. Відомий пристрій для зменшення коливань та посадок фазних напруг приймача, який містить фільтр струмів нульової послідовності [4-7], нульова фаза якого приєднана до нульової фази чотирипровідної трифазної мережі. Цей пристрій має задовільне подавлення посадок напруги при накидах потужності однофазного приймача, або у випадку однофазного короткого замикання. Його недолік - неспівмірно велика встановлена потужність та вартість фільтру струмів нульової послідовності. Через це пошук науковців був направлений у бік здешевлення і підвищення надійності таких пристроїв [11]. Відомий пристрій для зменшення коливань та посадок фазних напруг приймача, який містить фільтр струмів нульової послідовності та котушку індуктивності [8, 9]. Пристрій має у 2-3 рази мешу встановлену потужність, але має істотний недолік - коливання потенціалу нульової фази та посадки фазних напруг до 25-35% при однофазних коротких замиканнях. Це негативно впливає на режим чутливих приймачів, зокрема коливання потенціалу нульового проводу порушує процес екранування чутливих провідників та блоків. Відомий пристрій для зменшення коливань та посадок фазних напруг приймача (прототип), який містить затискачі лінійних та нульової фаз розподільчої мережі, вхідний автоматичний вимикач, фільтр струмів нульової послідовності та подільник, виконаний у вигляді автотрансформатора [10]. Пристрій задовільно знижує посадки та коли 90608 4 вання напруг трифазної мережі, має знижені у 3-6 разів масо-технічні характеристики, забезпечує потенціал штучної нульової фази на рівні потенціалу землі (контура заземлення), але не задовольняє вимогам ПУЭ у частині вимог до глухого заземлення нульової робочої фази через великий індуктивний опір обмоток автотрансформатора [3]. У зв'язку з указаним недоліком прототипу була поставлена задача: знизити опір між нульовою фазою розподільчої мережі та нульовою штучною фазою при коротких замиканнях у фільтрі струмів нульової послідовності або розподільчої мережі. Поставлена задача вирішена шляхом відокремлення штучної нульової фази від нульової фази розподільчої мережі за допомогою силових контактів контактора, а саме тим що: до пристрою для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача, який містить затискачі проводів трифазної розподільчої мережі, вхідний автоматичний вимикач, фільтр струмів нульової послідовності із затискачами лінійних і нульової фаз, а також затискачі лінійних та штучної нульової фази на виході пристрою, при цьому кожен перший вивід вхідного автоматичного вимикача приєднаний по одному до одного затискача лінійних фаз розподільчої мережі, а кожен другий вивід вхідного автоматичного вимикача приєднаний по одному до одного затискача лінійних фаз фільтру струмів нульової послідовності та одного затискача лінійних фаз на виході пристрою, додано однополюсний контактор та реле обриву проводу нульової фази, причому вимірювальні виводи реле обриву проводу нульової фази приєднані до лінійних фаз мережі та штучної нульової фази, один вивід вихідного пари контактів цього реле приєднаний до однієї довільної лінійної фази, а другий вивід цієї пари контактів реле приєднаний до першого виводу обмотки однополюсного контактора, другий вивід якого приєднаний до штучної нульової фази, причому перший вивід пари контактів однополюсного контактора приєднаний до нульової фази розподільчої мережі, а другий вивід пари контактів однополюсного контактора приєднаний до штучної нульової фази та до нульової фази фільтру струмів нульової послідовності. Реле обриву проводу нульової фази містить нормально закриту пару вихідних контактів, а однополюсний контактор містить нормально відкриту пару контактів. Реле обриву проводу нульової фази містить нормально відкриту пару вихідних контактів, а однополюсний контактор містить нормально закриту пару контактів. Штучна нульова фаза приєднана до контуру заземлення. Кожен однофазний приймач, який не є чутливим до посадок та/або коливань напруги, приєднаний одним виводом до довільної фази розподільчої трифазної мережі, а другий вивід нечутливого приймача приєднаний до нульової фази розподільчої мережі. 5 Пристрій устатковано однофазним вимикачем, виводи якого приєднано паралельно вказаній нормально закритій парі контактів реле обриву проводу нульової фази. Пристрій устатковано однофазним вимикачем, виводи якого ввімкнені у розсічку кола обмотки однополюсного контактора. Пояснення суті винаходу представлені Фіг.1-4. На Фіг.1 подана блок-схема пристрою для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача. На Фіг.2 показана блок-схема першого варіанту виконання пристрою для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача, який містить нормально відкриту пару силових контактів однополюсного контактора. На Фіг.3 зображений варіант використання триполюсного контактора не менше ніж удвічі меншої потужності для виконання функцій однополюсного контактора. На Фіг.4 представлена блок-схема другого варіанту виконання пристрою для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача, який містить нормально закриту пару силових контактів однополюсного контактора. На Фіг.1 позначено: А, В, С, 0 - затискачі лінійних та нульової фази розподільчої мережі; А1, В1, С1, 01 - затискачі лінійних та штучної нульової фази вихідної трифазної мережі для живлення приймачів, чутливих до посадок та коливань трифазних напруг; АВ1 - вхідний автоматичний вимикач; 1 фільтр струмів нульової послідовності; 2 - однополюсний контактор; 3 - лінія зв’язку та напрямку керування між реле обриву проводу нульової фази 5 та однополюсним контактором 2; 4 - лінія зв’язку між вимірюваними параметрами фільтру струмів нульової послідовності та входом реле обриву проводу нульової фази 5. На Фіг.2 позначено: АВ2 - автоматичний вимикач; А2, В2, С2, 0 - затискачі лінійних та нульової фаз трифазної розподільчої мережі для живлення приймачів, нечутливих до посадок та коливань трифазних напруг; 6 - обмотка однополюсного контактора; 7 - пара нормально відкритих силових контактів однополюсного контактора; 8 - обмотка реле обриву проводу нульової фази; 9 - пара нормально закритих контактів реле обриву проводу нульової фази; 10 - контур заземлення; Ви1 - вимикач, який виконує функцію перемикача режиму роботи пристрою; решта позначень співпадає з позначеннями Фіг.1. На Фіг.3 позначено: 11-13 - перша, друга та третя пари контактів триполюсного контактора, який виконує функцію пари контактів 7 однополюсного контактора 2. На Фіг.4 позначено: 14 - обмотка однополюсного контактора; 15 - нормально замкнена пара силових контакторів однополюсного контактора 2; 16 - обмотка реле обриву проводу нульової фази 5; 17 - пара нормально відкритих контактів реле обриву проводу нульової фази; Ви2 - вимикач, який виконує функцію перемикача режиму роботи пристрою; решта позначень співпадає з позначеннями Фіг.1 та Фіг.2. 90608 6 Склад і будова пристрою для зменшення коливань та посадок фазних напруг приймача. Пристрій містить: А, В, С, 0 - вхідні затискачі - затискачі лінійних та нульової фази розподільчої мережі (Фіг.1); А1, В1, С1, 01 - вихідні затискачі - затискачі лінійних та штучної нульової фази трифазної мережі для живлення приймачів, чутливих до посадок та коливань трифазних напруг; затискачі вхідного автоматичного вимикача АВ1; фільтр струмів нульової послідовності 1; однополюсний контактор 2 та реле обриву проводу нульової фази 5. Кожен вхідний затискач лінійних фаз А, В, С розподільчої мережі, наприклад, А по одному приєднаний до одного першого виводу вхідного автоматичного вимикача АВ1. Кожен другий вивід вхідного автоматичного вимикача АВ1 по одному приєднаний до одного затискача вихідної лінійної фази А1, В1, С1. Нульова фаза 0 розподільчої мережі приєднана до першого контакту пари контактів однополюсного контактора 2. Другий контакту пари контактів однополюсного контактора 2 з'єднаний із вихідною штучною нульовою фазою 01 та нульовою фазою фільтру струмів нульової послідовності 1. Вимірювальні входи реле обриву проводу нульової фази 5 приєднані до лінійних та нульової фаз фільтру струмів нульової послідовності за допомогою лінії зв’язку 4. Вихід реле 5 приєднаний до входу однополюсного контактора 2 за допомогою лінії зв'язку 3. Приймачі, які є чутливими до посадок та/або коливань напруги, приєднані одним виводом до довільної лінійної фази вихідної розподільчої трифазної мережі А1, В1, С1, а другий вивід чутливого приймача приєднаний до штучної нульової фази розподільчої мережі 01. На Фіг.2 подана блок-схема першого з варіантів виконання пристрою для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача, який містить нормально відкриту пару силових контактів 7 в однополюсному контакторі 2. При цьому реле обриву проводу нульової фази 5 (наприклад, реле G2PM400VSY10 у режимі ASYM) споряджене нормально закритою парою контактів 9. Вимірювальні входи реле 5 приєднані до лінійних фаз розподільної мережі та до штучної нульової фази 01. Роботою нормально закритої пари контактів 9 реле 5 керує обмотка 8 цього реле. Нормально закрита пара контактів 9 реле 5 розміщена у колі обмотки 6 однополюсного контактора 2. Обмотка 6 керує нормально відкритою парою контактів 7 однополюсного контактора 2. Вимикач Ви1 увімкнений паралельно парі нормально закритих контактів 9 реле 5. Вимикач Ви1 може блокувати нормально замкнену пару контактів 9 реле 5 з метою паралельного ввімкнення нульових фаз мережі та штучного нуля, наприклад, при необхідності зменшення опору нульової послідовності. Контур заземлення 10 приєднаний до штучної нульової фази 01 у випадку, якщо на вході пристрою не ввімкнене диференційне реле контролю суми струмів (ВЗП вхідний захисний пристрій) Крім першого виходу , утвореного затискачами А1, В1, С1, 01, пристрій маже бути устаткований другим виходом А2, В2, С2, 0. Другий вихід пристрою призначений для приєднання однофазних 7 приймачів, нечутливих до посадок та коливань напруг. На Фіг.3 показаний спосіб використання паралельного з'єднання силових контактів триполюсного контактора для збільшення надійності роботи пристрою; 11-13 - перша 11, друга 12 та третя 13 пари контактів триполюсного контактора з'єднані між собою паралельно; таке виконання підвищує надійність роботи контактів 7 однополюсного контактора 2. На Фіг.4 подана блок-схема другого з варіантів виконання пристрою для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача, який містить нормально закриту пару силових контактів 15 в однополюсному контакторі 2. При цьому реле обриву проводу нульової фази 5 споряджене нормально відкритою парою контактів 16. Вимірювальні входи реле 5 приєднані до лінійних фаз розподільної мережі та до штучної нульової фази 01. Роботою нормально відкритої пари контактів 17 реле 5 керує обмотка 16 цього реле. Нормально відкрита пара контактів 17 реле 5 розміщена у колі обмотки 14 однополюсного контактора 2. Обмотка 14 керує нормально закритою парою контактів 15 однополюсного контактора 2. Вимикач Ви2 увімкнений послідовно у колі обмотки 14, яка керує нормально закритою парою контактів 15 контактора 2. Вимикач Ви2 може блокувати контактор 2, наприклад, з метою збільшення струму (потужності) нульової фази, зменшення небалансу фазних напруг та подавлення гармонік напруг кратних трьом. Робота пристрою для зменшення коливань та посадок фазних напруг приймача полягає у наступному. Даний пристрій може працювати у двох режимах: робочому та аварійному. Аварійний режим може наступати при короткому замиканні одного з приймачів, при короткому замиканні, яке виникло у фільтрі струмів нульової послідовності 1 або трифазній мережі. Як показали наші дослідження, посадки та коливання напруги понад 10% виникають у розподільчій мережі з частотою 2-7 разів на добу і викликають збої у роботі приймачів електричної енергії, наприклад, електронного устаткування, типовим представником якого є комп'ютер. Тому усунення впливу посадок та коливань становить важливу проблему. Розглянемо робочий режим приймача. Після приєднання пристрою за допомогою автоматичного вимикача АВ1 до розподільчої мережі та подачі напруги 380/220 вольт на пристрій фільтр струмів нульової послідовності збуджується починає ґенерацію штучної нульової фази. У робочому режимі контакти однополюсного контактора 2 є відкритими (розірваними). Тому штучна нульова фаза не з'єднана із нульовою фазою розподільчої мережі. Отже генерована нульова фаза із фільтру нульової послідовності 1 подається тільки на затискач вихідної напруги 01. У робочому режимі нульова фаза розподільчої мережі 0 безпосередньо не зв'язана із штучної нульовою фазою 01. А це приводить до того, що при фазному короткому замиканні, яке виникло у розподільчій мережі, наприклад, між фазами А та 0, фазні напруги на затискачах А, В, С, 0 приблизно рівні: 90608 8 UА0=≈0 вольт; UB0=≈290-345 вольт; (1) UC0=≈270-325 вольт. В результаті подачі на однофазні приймачі напруг (1) замість 220±22 вольти створюється аварійна ситуація: приймачі, приєднані до фази А, перестають працювати, а приймачі, приєднані до фаз В та С, можуть за декілька секунд вийти з ладу. Освітлювальні лампи у такому випадку перегорають, а іноді вибухають. Подібна ситуація нерідко трапляється також у випадку обриву нульової фази розподільчої мережі 0. Підкреслимо, що такі аварійні режими настають у розподільчій мережі без штучного нуля. За таких же умов розглянемо фазні напруги на виході пристрою на затискачах А1, В1, С1, 01 трифазної мережі зі штучною нульовою фазою, які приблизно дорівнюють: UА0=≈173-181 вольт; UB0=≈204-214 вольт; (2) UC0=≈200-311 вольт. Ефект застосування пристрою видно із порівняння (1) та (2). Якщо врахувати вимогу до живлення комп'ютерів (нижнє значення напруги змінного струму частотою 50Гц імпульсних джерел живлення повинне бути не меншим за 165 вольт), то значення вихідних напруг на затискачах А1, В1, С1, 01 є цілком придатними для живлення комп'ютерів при фазному короткому замиканні у розподільчій мережі. Зазначимо, що перерва живлення комп'ютера не повинна перевищувати 10 мікросекунд; тому пристрої гарантованого живлення, наприклад, стабілізаторів напруг не завжди задовольняють вказаній вимозі. Що ж стосується пристрою, що заявляється, то при фазному короткому замиканні він не має перерви живлення, що збільшує надійність і живучість електропостачання приймачів. Нагадаємо, що у робочому режимі при умові відсутності обриву однієї з лінійних фаз розподільчої мережі, нульові фази мережі та штучний нуль роз'єднанні; при цьому силова пара контактів однополюсного контактора 2 знаходиться у розімкненому стані. Робота пристрою в аварійному режимі протікає так. При обриві однієї з лінійних фаз розподільчої мережі та/або порушенні роботи фільтру струмів нульової послідовності реле обриву проводу нульової фази 5 формує сигнал для автоматичного замикання контактів однополюсного контактора 2. В результаті штучна нульова фаза приєднується до нульової фази розподільчої мережі, яка є також глухо заземленою. Цим досягається виконання вимоги ПУЭ щодо глухого заземлення нульової фази в аварійних режимах. Для пояснення роботи пристрою за першим з варіантів розглянемо Фіг.2. У робочому режимі (при відсутності обриву лінійної фази розподільчої мережі та/або пошкоджень фільтру струмів нульової послідовності) одмотка 8 реле обриву нульової фази 5 обтікається струмом, а його нормально закрита пара контактів 9 знаходиться у розімкненому стані. Через це обмотка 6 однополюсного контактора 2 є знеструмленою, а силові контакти 7 роз'єднаними. У робочому режимі штучна нульова 9 фаза приєднана до контура заземлення. При обриві лінійної фази розподільчої мережі та/або пошкодженні фільтру струмів нульової послідовності зірка векторів фазних напруг деформується так, що небаланс фазних напруг досягає недопустимої величини, а кути між векторами фазних напруг не рівні 120°. В результаті обмотка 8 реле 5 знеструмлюється, якір обмотки 8 відпадає, через що нормально закрита пара контактів 9 з'єднується між собою; після з'єднання пари контактів 9 починає обтікатися струмом обмотка 6 однополюсного контактора 2, що приводить до з'єднання пари контактів 7 між собою. В результаті штучна нульова фаза пристрою приєднується до нульової фази розподільчої мережі, яка є також глухо заземленою. Отже в аварійному режимі штучна нульова фаза є двічі глухо заземленою. Цим задовольняються вимоги ПУЭ [3] і в робочому, і в аварійному режимах. Для пояснення роботи пристрою за другим з варіантів виконання розглянемо Фіг.4. У робочому режимі (при відсутності обриву лінійної фази розподільчої мережі та/або пошкоджень фільтру струмів нульової послідовності) одмотка 16 реле обриву нульової фази 5 обтікається струмом, а його нормально відкрита пара контактів знаходиться у з'єднаному стані. Через це обмотка 14 однополюсного контактора 2 обтікається струмом, а силові контакти 15 є роз'єднаними. У робочому режимі штучна нульова фаза 01 приєднана до контура заземлення 10. При обриві лінійної фази розподільчої мережі та/або пошкодженні фільтру струмів нульової послідовності зірка векторів фазних напруг деформується так, що небаланс фазних напруг досягає недопустимої величини, а кути між векторами фазних напруг не рівні 120°. В результаті цього обмотка 16 знеструмлюється, якір обмотки 16 відпадає, через що нормально закрита пара контактів 17 роз'єднується між собою; після роз'єднання пари контактів 17 знеструмлюється обмотка 14 однополюсного контактора 2, що приводить до з'єднання нормально замкненої пари контактів 15 між собою. В результаті штучна нульова фаза пристрою 01 приєднується до нульової фази розподільчої мережі, яка є також глухо заземленою. Отже в аварійному режимі штучна нульова фаза з двічі глухо заземленою. Цим задовольняються вимоги ПУЭ [3] і в робочому, і в аварійному режимах. Отже пристрій для зменшення посадок та коливань фазних напруг приймача має у 3-6 разів менші масо-габаритні характеристики, на порядок зменшує посадки та коливання фазних напруг та задовольняє вимогам Правил влаштування електроустановок. В аварійних режимах його штучна нульова фаза є двічі заземленою. Цей пристрій знижує небаланс напруг та подавляє гармоніки 90608 10 напруг та струмів у 3-5 разів. Введення перемикача режимів роботи дозволяє регулювати опір нульової послідовності у мережі приймача. Одержані корисні властивості відповідають вимогам НКРЕ [11]. Лабораторні випробування підтвердили технічні характеристики пристрою. Пристрій, що заявляється, може бути використаний як ввідний у житло та споруду пристрій мережі 0,4кВ. Джерела інформації: 1. Randall R.P, Grounding transformer and protective system therefor. Патент США №2523778, публікація 23.02.1949. 2. Beachley R.W. Protective automatically disconnectable grouping means for an ungrounded A.C. electrical distribution system. Патент США №3678338, публікація 18.06.1972. 3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). - Μ. - Энергоатомиздат. - 1987. - С.518,519. 4. Музиченко О.Д., Музиченко Ю.О., Музиченко О.О. Фільтр струмів нульової послідовності. Патент України №34226А, Η02Η7/08. Опубліковано 2001. Бюл. №1. 5. Шидловский А.К., Музыченко А.Д., Трофименко А.П., Алексеенко В.В., Каплычный Η.Η., Заика Π.Η., Алешин И.Ε., Майер В.Я., Беляева Е.В. Электрическая трехфазная сеть с нулевой фазой. Авт. свид. СССР №1304124, H02J3/26, 1987, Бюл. 14. 6. Bottrell G.W., Yu L.Y. Transformer protection system for protecting source transformers from ill effects of zero-sequence currents. Патент США, №5790356, МПК Н01Н3/00, опубліковано 4.08.1998. 7. Ferguson G.N. Zero phase sequence current filter apparatus and method for connection to the load end of six or four-wire branch circuits. Патент США, № 6043569, МПК H02J1/02, опубліковано 28.03.2000. 8. Beverly L.H., Hance R.D., Kristalinski A.L., Visser AT. Method and apparatus for reducing the harmonic current distribution networks. Патент США, № 5576942, МПК H02J 1/02, опубліковано 19.11.1996. 9. Larsen E. Filter for removing harmonic current from a neutral conductor. Патент США №5914540, МПК Н02М1/12, АППК 307/105, публікація 22.06.1999. 10. Шидловский А.К., Музыченко А.Д., Заика П.Н., Трофименко А.П., Долгинцев А.В., Лога В.В., Алешин И.Е., Гуров А.А. Трехфазная электрическая сеть. Авт. свид СССР №1379867, 1988, Бюл.9. 11. Правила користування електричною енергією. - НКРЕ. - Київ. - 2002. - С. 63 - п.11.2. - 4). 11 90608 12 13 Комп’ютерна верстка А. Рябко 90608 Підписне 14 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