УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ

Изобретение относится к устройству автоматического воздействия на электрические сети энергоснабжения или соответственно распределения и может быть использовано в трехфазной сети переменного тока.

Известны технические решения в виде регулирующих устройств, устанавливаемых между источником переменного напряжения и нагрузкой.

Известно устройство для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в трехфазных электросетях. Оно содержит трансформаторы, первичные обмотки которых последовательно подключены между входными и выходными зажимами устройства, зажимы вторичных обмоток и отводы через тиристорные ключи подключены к источнику трехфазного напряжения и узел управления с блоком выходных каскадов, выходы которых подключены к управляющим электродам тиристорных ключей (авторское свидетельство SU №1534686, МПК Н02М 5/257, 1990). Недостатком устройства является содержание большого количества промежуточных элементов, что ведет к потери мощности и нагреву, а также дороговизне устройства. Наличие выпрямителя и инвертора создает в сети токи высших гармоник, что отрицательно сказывается на качестве электроэнергии и сроках службы электрооборудования.

Известно устройство регулирования напряжения и передаваемой мощности электрической сети (патент RU 2446537, д. пр. 29.12.2010), содержащий первый силовой трансформатор без устройства регулирования напряжения под нагрузкой, второй силовой вольтодобавочный трансформатор с устройством регулирования напряжения под нагрузкой на вторичной обмотке, трехфазный неуправляемый выпрямитель, конденсатор, первый и второй трехфазные инверторы, первый и второй измерительные трансформаторы напряжения, измерительный трансформатор тока, блок измерения напряжения, блок измерения мощности, первый и второй блоки управления, блок логики, третий питающий силовой трансформатор с устройством РПН на первичной обмотке, установленный в начале линии, блок управления устройством РПН трансформатора, блок синхронизации регулирования напряжений, блок управления устройством РПН вольтодобавочного трансформатора.

Недостатком устройства является также наличие большого количества промежуточных элементов, что ведет к потере мощности и нагреву, а также дороговизне устройства.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство по патенту на изобретение RU №2280316 МПК H02P 7/20, H02J 3/12.

Устройство для автоматического регулирования напряжения сети включает регулятор, содержащий трансформатор напряжения с первичной обмоткой, подсоединяемой к линии электрической сети, вторичной регулировочной обмоткой, включающей ответвления ее последовательно соединенных ступеней для подключения ступеней обмотки с помощью электропривода. Регулятор также содержит контроллер, выполненный с возможностью непрерывного фиксирования действительного значения напряжения сети, сравнения его с предварительно установленным заданным значением напряжения и формирования в зависимости от результата сравнения исполнительной команды на приведение электропривода, в котором он установлен, во взаимодействие с переключателем ступеней вторичной регулировочной обмотки силового трансформатора. Регулятор содержит дополнительный трансформатор для создания фактического значения напряжения в контроллере, установленный непосредственно на первом трансформаторе. Контроллер установлен непосредственно в электроприводе. Недостатком такого устройства является то, что регулятор расположен непосредственно на трансформаторе, что вызывает затруднение при его обслуживании и использовании. Кроме того, такой регулятор недостаточно надежен в работе, так как вывод в ремонт регулятора требует полного отключения силового трансформатора, внутри которого встроен регулятор, а это снижает надежность электроснабжения. При работе регулятора в режиме переключений между ответвлениями обмоток возникает электрическая дуга большой мощности. При горении дуги в масле трансформатора выделяются продукты горения, из-за чего масло загрязняется, снижаются его изоляционные свойства, в результате со временем это приводит к выходу из строя силового трансформатора.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым устройством, является повышение надежности работы устройства, а также улучшение условий обслуживания.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для регулирования напряжения сети, включающем регулятор, содержащий трансформатор со ступенчатым регулированием напряжения, регулировочная обмотка которого, состоящая из ступеней, снабжена ответвлениями, подключаемыми без разрыва переключателем ступеней регулировочной обмотки трансформатора с механически соединенным с ним электроприводом, измерительный трансформатор для регистрации действительного значения напряжения, подлежащего регулированию, контроллер для сравнения измеренного действительного значения напряжения с предварительно установленным заданным значением и для формирования в зависимости от результата сравнения исполнительной команды на приведение в действие электропривода, взаимодействующего с переключателем ступеней обмоток трансформатора, В СООТВЕТСТВИИ С ЗАЯВЛЯЕМЫМ ИЗОБРЕТЕНИЕМ, первичная обмотка трансформатора, соединенная через реверсивный переключатель полярности с регулировочной обмоткой, являющейся вторичной обмоткой этого трансформатора, и размещенная с ней на одном магнитопроводе, установлена с возможностью взаимодействия с обмоткой измерительного трансформатора напряжения, подключенной к контроллеру, соединенному с электроприводом, при этом устройство содержит два дополнительных регулятора, одинаковых с первым, причем регуляторы включены в сеть трехфазного напряжения с образованием схемы подключения в виде полного треугольника так, что ввод первого регулятора, являющийся общей точкой соединения концов основной и регулировочной обмоток трансформатора подключен к проводу первой фазы питающей сети, вывод этого регулятора, соединенный с регулировочной обмоткой подключен через трансформатор тока, подключенного к контроллеру, к проводу первой фазы со стороны нагрузки, а свободный конец основной обмотки трансформатора соединен с проводом третьей фазы, ввод другого регулятора, являющийся общей точкой соединения концов основной и регулировочной обмоток трансформатора, подключен к проводу второй фазы питающей сети, вывод этого регулятора, соединенный с регулировочной обмоткой, подключен через трансформатор тока, подключенного к контроллеру, к проводу второй фазы со стороны нагрузки, а свободный конец основной обмотки трансформатора соединен с проводом первой фазы, ввод третьего регулятора, являющийся общей точкой соединения концов основной и регулировочной обмоток трансформатора подключен к проводу третьей фазы питающей сети, вывод этого регулятора, соединенный с регулировочной обмоткой подключен через трансформатор тока, подключенного к контроллеру, к проводу третьей фазы со стороны нагрузки, а свободный конец основной обмотки трансформатора соединен с проводом второй фазы

На рис.1 изображена схема регулятора, который содержит трансформатор, со ступенчатым регулированием напряжения, регулировочная обмотка 11 которого состоит из ступеней и снабжена ответвлениями 13-14, для подключения ступеней без разрыва с реверсивным переключателем 4 ступеней регулировочной обмотки трансформатора механически соединенным с ним электроприводом 7, измерительный трансформатор 9 для регистрации действительного значения напряжения, подлежащего регулированию, контроллер 8 для сравнения измеренного действительного значения напряжения с предварительно установленным заданным значением и для формирования в зависимости от результата сравнения исполнительной команды на приведение в действие электропривода 7 и тем самым переключателя 12 ступеней с ответвлениями 13-14 обмоток трансформатора, причем первичная обмотка 5 трансформатора, соединена через реверсивный переключатель 4 полярности с регулировочной обмоткой 11, являющейся вторичной обмоткой этого трансформатора. Обмотка 5 размещена с обмоткой 11 на одном магнтопроводе, установлена с возможностью взаимодействия с обмоткой 9 измерительного трансформатора напряжения, подключенной к контроллеру 8. Регулятор снабжен вводом 1, являющимся общей точкой соединения концов основной и регулировочной обмоток трансформатора, выводом 2, соединенным с регулировочной обмоткой 11 через трансформатор тока 10, подключенного к контроллеру, а также клеммой 3 для соединения свободного конца обмотки 5 с проводом сети.

На рис.2 изображена схема подключения трех одинаковых регуляторов 15.1, 15.2, 15.3 в сеть трехфазного напряжения с образованием схемы подключения в виде полного треугольника.

При этом ввод 1 одного из регуляторов 15.1, являющийся общей точкой соединения концов основной 5 и регулировочной 11 обмоток трансформатора, подключен к проводу первой фазы I питающей сети. Вывод 2 этого регулятора, соединенный с регулировочной обмоткой 11 через трансформатор тока 10, подключенный к контроллеру, подключен к проводу первой фазы I со стороны нагрузки так, что ввод 1 и вывод 2 включены цепь I-й фазы, свободный конец основной обмотки 5 трансформатора соединен через клемму 3 с проводом третьей фазы III.

Ввод 1 другого регулятора 15.2, являющийся общей точкой соединения концов основной 5 и регулировочной обмоток 11 трансформатора этого другого регулятора, подключен к проводу второй фазы II питающей сети, вывод 2 этого регулятора, соединенный с регулировочной обмоткой 11 через трансформатор тока 10, подключенный к контроллеру 8, подключен к проводу второй фазы II со стороны нагрузки так, что ввод 1 и вывод 2 включены в цепь II-й фазы, а свободный конец основной обмотки 5 трансформатора через клемму 3 соединен с проводом первой фазы I.

Ввод 1 регулятора 15.3, являющийся общей точкой соединения концов основной 5 и регулировочной обмоток 11 трансформатора этого другого регулятора, подключен к проводу третей фазы III питающей сети, вывод 2 этого регулятора, соединенный с регулировочной обмоткой 11 через трансформатор тока 10, подключенный к контроллеру 8, подключен к проводу третей фазы III со стороны нагрузки так, что нагрузки так, что ввод 1 и вывод 2 включены в цепь III-й фазы, а свободный конец основной обмотки 5 трансформатора через клемму 3 соединен с проводом второй фазы II.

Каждый из регуляторов работает следующим образом. На ввод 1 и клемму 3 подают напряжение источника питания. К выводу 2 и клемме 3 подключают нагрузку (потребитель). В настройках контроллера устанавливают значение напряжения (уставка), которое должно обеспечиваться регулятором в автоматическом режиме. Реверсивный переключатель 4 устанавливают в нейтральное положение. Напряжение из сети подается на первичную основную обмотку 5 через ввод 1 и клемму 3. Это напряжение измеряется трансформатором напряжения 9, высоковольтная обмотка которого взаимодействует с первичной обмоткой 5.Через основную обмотку 5 начинает протекать электрический ток. При протекании тока в обмотке 5 в ее центре наводится электромагнитный поток. Обмотки 5 и 11 размещены на одном магнитопроводе, в результате электромагнитный поток, наведенный от обмотки 5, начинает протекать через обмотку 11, вследствие чего на ней наводится напряжение. Результирующее выходное напряжение на клемме 3 складывается из напряжения обмотки 5 и обмотки 11. В случае, если полярность обмоток 5 и 11 совпадает (управляется от переключателя 4), то напряжения на обмотках 5 и 11 складываются, и выходное результирующее напряжение возрастает. В случае, если полярности обмоток 5 и 11 противоположны, то напряжение на обмотке 11 компенсирует напряжение обмотки 5, и выходное результирующее напряжение уменьшается.

Трансформатор тока 10 измеряет выходной ток на нагрузке. Измеренные значения напряжения и тока заводятся в контроллер 8. В настройках контроллера устанавливают значение напряжения, которое должно обеспечиваться регулятором в автоматическом режиме.

На регулировочной обмотке 11 первого регулятора наводится напряжение от первичной обмотки 5, к которой подключено межфазное напряжение I и III фаз источника питания. На регулировочной обмотке 11 второго регулятора наводится напряжение от первичной обмотки 5, к которой подключено междуфазное напряжение II и I фаз источника питания. На регулировочной обмотке 11 третьего регулятора наводится напряжение от первичной обмотки 5, к которой подключено междуфазное напряжение III и II фаз источника питания.

В случае если напряжение источника питания соответствует заданному значению в контроллере регуляторов, все они остаются в нейтральном положении.

В нейтральном положении переключатель 12 находится на ответвлении 13 ступени обмотки - в начале регулировочной обмотки, реверсивный переключатель 4 в положении «+». В этом случае вывод 2 подключен к выводу 1 минуя регулировочную обмотку, т.е. входное напряжение равно выходному. Данное положение называется нейтральным - регулятор не регулирует, необходимость регулирования отсутствует.

Если напряжение в сети меньше заданного значения, то контроллер, получая сигнал от трансформатора напряжения о том, что входное напряжение меньше заданного, переводит регулятор, подавая сигнал на электродвигатель, из нейтрального положения в режим повышения напряжения. В этом случае реверсивный переключатель 4 должен быть в положении «+», контроллер подает сигнал, и при помощи электропривода переключатель 12 от ответвления ступени 13 регулировочной обмотки 11 переводится на соответствующее величине повышения напряжения ответвление соответствующей ступени. В результате вывод 2 регулятора становится подключенным к ступеням обмотки 11. Чем дальше подключение от ступени 13, тем к большему количеству ступеней подключен вывод 2 через переключатель 12. Чем больше количество ступеней подключено, тем большее дополнительное напряжение подводится к выводу 2. В результате выходное напряжение первого регулятора (между фазами I и III) повышается за счет дополнительного напряжения от регулировочной обмотки. Аналогично выходное напряжение второго регулятора (между фазами II и I) повышается за счет дополнительного напряжения от регулировочной обмотки. Аналогично выходное напряжение третьего регулятора (между фазами III и II) повышается за счет дополнительного напряжения от регулировочной обмотки. Результат: напряжение на нагрузке между I и III, II и I, III и II фазами выравнивается до нормы.

Если напряжение в сети больше заданного значения, то контроллер, получая сигнал от трансформатора напряжения о том, что входное напряжение больше заданного, переводит регулятор из нейтрального положения в режим понижения напряжения. Для этого реверсивный переключатель 4 должен быть в положении «-», это означает, что напряжение на регулировочной обмотке 11 имеет противоположное направление по сравнению с первичной обмоткой 5. Контроллер каждого из регуляторов перемещает при помощи электропривода переключатель 12 от ответвления ступени 13 регулировочной обмотки 11 на ответвление соответствующей ступени. В результате вывод 2 регулятора подключен к ступеням обмотки 11. Чем дальше от ступени 14, тем к большему числу ступеней подключен вывод 2 через переключатель 12. Чем больше ступеней, тем больше значение дополнительного напряжения с противоположным знаком, которое компенсирует основное напряжение, т.е. на выводе 2 оказывается уменьшенное напряжение. В результате выходное напряжение первого регулятора (между фазами I и III) понижается за счет компенсации напряжения регулировочной обмоткой. Аналогично выходное напряжение второго регулятора (между фазами II и I) понижается за счет компенсации напряжения регулировочной обмоткой. Аналогично выходное напряжение третьего регулятора (между фазами III и II) понижается за счет компенсации напряжения регулировочной обмоткой.

В случае понижения входного напряжения, которое может возникнуть, например, в аварийных случаях, контроллер 8 получает соответствующий сигнал от трансформатора напряжения и трансформатора тока и подает сигнал на электропривод реверсивного переключателя 4 в сторону повышения. В режиме повышения выходного напряжения происходит смена полярности на последовательной обмотке 11. Смена полярности напряжения на последовательной обмотке производится реверсивным переключателем. Реверсивный переключатель переводит свои контакты на ответвление необходимой ступени, чтобы на выходах 1 и 3 установилось напряжение, равное заданному.

Например. В уставке контроллера задано напряжение 10 кВ, который регулятор должен обеспечивать в автоматическом режиме. Если входное напряжение имеет значение 9 кВ, то контроллер получает информацию через трансформатор напряжения и сравнивает с заданным. Так как оно отличается от заданного напряжения, то контроллер переводит реверсивный переключатель 4 в то положение, при котором в обмотке 11 наведенное напряжение будет складываться с входным (смена полярности). Также контроллер подает сигнал на двигатель 7, который начинает последовательно переключает контакты 12 до тех пор, пока на обмотке 11 не получится требуемое дополнительное напряжение 1 кВ, таким образом, на выходе обеспечится суммарное требуемое напряжение 10 кВ.

Если входное напряжение имеет значение 11 кВ, то контроллер получает информацию через трансформатор напряжения и сравнивает с заданным. Так как оно отличается, то контроллер переводит реверсивный переключатель 4 в противоположное положение, при котором в обмотке 11 наведенное напряжение будет направлено встречно входному, т.е. компенсировать его (смена полярности). Также контроллер подает сигнал на двигатель 7, который начинает последовательно переключает контакты 12 до тех пор, пока на обмотке 11 не получится требуемое напряжение 1 кВ, которое должно компенсировать основное. Таким образом, на выходе обеспечится суммарное требуемое напряжение 10 кВ.

Для измерения выходного напряжения могут использоваться трансформаторы напряжения TV 3-4 регуляторов напряжения AT 1-2.

Для измерения токов нагрузки используются трансформаторы тока ТА 4-5 регуляторов напряжения AT 1-2.

Таким образом, повышение надежности электроснабжения достигается за счет:

1) применения обособленных однофазных регуляторов напряжения, соединенных по схеме полного треугольника вне силового трансформатора, поскольку при работе регулятора не портится масло силового трансформатора, а это в свою очередь продлевает срок службы оборудования;

2) отсутствия в схеме работы регуляторов нелинейных элементов, которые являются источниками высших гармоник, а они в свою очередь ухудшают качество электроэнергии и отрицательно сказываются на сроке службе всего электрооборудования;

3) применения пофазного регулирования за счет однофазных регуляторов, что позволяет регулировать напряжение только на тех фазах, которые отклонены от нормы, т.е. обеспечивается симметрия фаз.

Также здесь важно отметить улучшение условий при обслуживании регуляторов. В данном случае это заключается в том, что при выводе в ремонт регуляторов достаточно их отключить от сети, а нагрузку подключить напрямую к источнику, таким образом, обеспечивается надежность и бесперебойность электроснабжения.