СИЛОВОЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯМИ Российский патент 2003 года по МПК H01F27/40 H02H9/02 H02H7/04 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к силовому распределительному оборудованию, а более конкретно к силовому распределительному устройству с распределительным трансформатором и переключателями.

Предшествующий уровень техники
В настоящее время в Китае большинство силовых распределительных шкафов оснащены трехфазным трехстержневым распределительным трансформатором, соединенным по схеме "треугольник - звезда с нулевым проводом" (Δ/Y_о), тогда как переключатели нагрузки высокого напряжения, переключатели ответвлений, плавкие предохранители высокого напряжения (или автоматические выключатели) и т.д. устанавливаются снаружи запечатанного корпуса распределительного трансформатора. В результате, силовой распределительный шкаф, используемый в Китае, имеет больший объем, занимает больше места и больше нуждается в техническом обслуживании. В Соединенных Штатах широко применяется объединенный силовой распределительный шкаф, в котором установлен трехфазный пятистержневой распределительный трансформатор, соединенный по схеме "звезда с нулевым проводом - звезда с нулевым проводом" (Y_o/Y_o), причем основные группы переключателей нагрузки высокого напряжения, переключателей ответвлений и плавких предохранителей высокого напряжения установлены внутри запечатанного корпуса распределительного трансформатора. Следовательно, силовой распределительный шкаф, используемый в Соединенных Штатах, имеет меньший объем, занимает меньше места и меньше нуждается в техническом обслуживании. Однако объединенный силовой распределительный шкаф имеет недостаток, заключающийся в том, что его нельзя использовать в системе электропитания с незаземленной нейтралью. Поскольку в системе электропитания с незаземленной нейтралью трансформатор соединен либо по схеме ΔY_o/Y_o, либо по схеме Δ/Y_o, обрыв одной фазы плавкого предохранителя высокого напряжения вызовет в других двух фазах напряжения электропитания значительно выше или значительно ниже их номинальных напряжений. Это не только снижает качество электропитания, но и, вероятно, вызывает повреждения электрического устройства пользователя, поскольку оно работает при таком повышенном или пониженном напряжении. Решение, практикуемое в настоящее время в Китае, заключается в одновременном искусственном отключении всех трех фаз, когда происходит обрыв одной фазы. Очевидно, что это не очень целесообразно.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать устройство, объединяющее распределительный трансформатор и переключатели, которое можно использовать и в системе электропитания с заземленной нейтралью, и в системе электропитания с незаземленной нейтралью. Когда плавкие предохранители высокого напряжения прерывают подачу электропитания после того, как происходит однофазное короткое замыкание на землю или междуфазное короткое замыкание, неповрежденные фазы могут работать в состоянии нормального электропитания, и только поврежденные фазы находятся в полностью разомкнутом состоянии, так что устройство, соответствующее изобретению, имеет три фазы, не подверженные взаимному влиянию.

Для достижения этой цели, устройство с распределительным трансформатором и переключателями, соответствующее изобретению, содержит кожух, снабженный вводами низкого напряжения и вводами высокого напряжения, в котором размещен трехфазный пятистержневой распределительный трансформатор. Обмотки низкого напряжения трехфазного пятистержневого распределительного трансформатора соединены по схеме "звезда с нулевым проводом" (Y_o), а их выходные выводы выведены из кожуха через вводы низкого напряжения, служащие в качестве выходных выводов низкого напряжения устройства. Обмотки высокого напряжения трехфазного пятистержневого распределительного трансформатора соединены последовательно, по меньшей мере, с одной группой плавких предохранителей высокого напряжения для образования трех фазовых ответвлений высокого напряжения, а эти три фазовых ответвления высокого напряжения соединены по схеме "треугольник" (Δ). Выходные выводы высокого напряжения устройства выведены из кожуха через вводы высокого напряжения от точек соединения трех фазовых ответвлений высокого напряжения. Чтобы улучшить отключающую способность и времятоковые характеристики плавких предохранителей высокого напряжения, два плавких предохранителя высокого напряжения, имеющих одинаковые рабочие характеристики или разные рабочие характеристики, можно соединять последовательно в каждом фазовом ответвлении высокого напряжения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 условно изображает конструкцию устройства соответствующего изобретению,
фиг.2а и 2b условно изображают соединения двух групп фазовых ответвлений высокого напряжения устройства, соответствующего изобретению, соответственно, причем две группы плавких предохранителей высокого напряжения соединены разными способами.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 условно изображает конструкцию устройства по изобретению. Как показано на фиг.1, устройство, соответствующее изобретению, содержит кожух 2, снабженный вводами 10 низкого напряжения и вводами 20 высокого напряжения, и трехфазный пятистержневой распределительный трансформатор 3, размещенный в кожухе 2. Выводы обмоток W_A2, W_B2, W_C2 низкого напряжения трансформатора соответственно обозначены позициями х, а; у, b; z, с, причем выводы х, у, z непосредственно соединены друг с другом для образования вывода n в качестве заземляющего вывода. Таким образом, обмотки W_A2, W_B2, W_C2 низкого напряжения соединены друг с другом по схеме "звезда с заземляющим проводом" (Y_o). Через вводы 10 низкого напряжения выходные выводы низкого напряжения устройства выведены наружу от выводов а, b, с и n. Входные выводы обмоток W_A1, W_B1, W_C1 высокого напряжения трехфазного пятистержневого распределительного трансформатора 3 соответственно соединены с первыми выводами группы переключателей К_2A, К_2B, K_2C ответвлений, тогда как вторые выводы группы переключателей К_2A, К_2B, К_2C ответвлений соответственно соединены с первыми выводами группы плавких предохранителей R_A, R_B, R_C высокого напряжения. Вторые выводы А', В', С' группы плавких предохранителей R_A, R_B, R_C высокого напряжения соответственно соединены с выходными выводами Z, Х и Y обмоток W_A1, W_C1, W_B1 высокого напряжения. Далее, выводы А', В', С' соответственно соединены с первыми выводами переключателей К_1A, K_1B, K_1C нагрузки высокого напряжения, тогда как вторые выводы А, В, C переключателей K_1A, K_1b, K_1C нагрузки высокого напряжения соответственно выведены из кожуха 2 через вводы 20 высокого напряжения, служащие в качестве выводов высокого напряжения устройства. Вышеупомянутая схема соединения является схемой "треугольник - звезда с нулевым проводом" (Δ/Y_о), при этом предпочтительным является вариант Δ/Y_о-11. Обмотки W_A1, W_C1, W_B1 высокого напряжения, переключатели К_2A, K_2B, К_2C ответвлений и плавкие предохранители R_A, R_B, R_C высокого напряжения, соответственно соединенные последовательно, образуют три фазовых ответвления A'X, B'Y, C'Z высокого напряжения. Фактически, в трехфазном пятистержневом распределительном трансформаторе 3 схема "треугольник" (Δ) создается путем последовательного соединения фазовых ответвлений A'X, B'Y, C'Z высокого напряжения. Кроме того, кожух 2 заполнен изолирующим веществом 4, чтобы гарантировать достаточную прочность изоляции.

Плавкие предохранители R_A, R_B, R_C высокого напряжения устройства, соответствующего изобретению, предпочтительно являются плавкими предохранителями от перегрузки.

Далее, ручные исполнительные механизмы переключателей К_2А, К_2В, К_2С ответвлений и переключателей K_1А, K_1В, K_1С нагрузки высокого напряжения, а также плавкие элементы 5 плавких предохранителей R_A, R_B, R_С высокого напряжения размещены снаружи кожуха 2 устройства для удобства их эксплуатации и технического обслуживания.

Ниже основное внимание уделяется операциям устройства соответствующего изобретению, в случае, когда возникает неисправность. Прежде всего, рассмотрим обрыв одной фазы. Когда происходит однофазное короткое замыкание на землю, в обмотке W_A1 высокого напряжения трехфазного пятистержневого распределительного трансформатора 3, фаза А плавкого предохранителя R_A высокого напряжения обрывается, и поэтому обмотка W_A1 высокого напряжения теряет свой ток возбуждения, тогда как обмотки W_В1 и W_С1 высокого напряжения исправных фаз В и С по-прежнему запитаны нормальными номинальными напряжениями от трехфазного источника электропитания, при этом соответствующие потоки Фb и Фс образуют контур, соответственно, через два боковых стержня. Поскольку обмотка W_A2 низкого напряжения фазы А соединена с полным сопротивлением нагрузки, составной поток из потоков Фb и Фс с трудом может протекать обратно через стержень фазы А, и поэтому эдс самоиндукции в обмотке W_A2 низкого напряжения очень мала. Следовательно, при условии, что плавкий предохранитель R_A прерывает подачу электропитания, напряжение U_A0 между фазой А и "землей", выдаваемое со стороны низкого напряжения трехфазной четырехпроводной системы электропитания, приблизительно равно нулю, тогда как исправные фазы В и С по-прежнему выдают номинальные напряжения.

Далее рассматривается разрыв двух фаз. Когда неисправность возникает в обмотках W_A1 и W_B1 высокого напряжения трехфазного пятистержневого распределительного трансформатора, плавкие предохранители R_A и R_B высокого напряжения фаз А и В прерывают подачу электропитания, и поэтому обмотки W_A1 и W_B1 высокого напряжения теряют свой ток возбуждения, тогда как обмотка W_C1 высокого напряжения исправной фазы С по-прежнему запитана нормальным номинальным напряжением от трехфазного источника электропитания, при этом соответствующий поток Фс образует контур, соответственно, через два боковых стержня. Поскольку обмотки W_A2 и W_B2 низкого напряжения фаз А и В соединены с полным сопротивлением нагрузки, поток Фс с трудом может протекать обратно через стержни фаз А и В, и поэтому эдс самоиндукции обмоток W_A2 и W_B2 низкого напряжения поврежденных фаз очень малы. Следовательно, при условии, что плавкие предохранители R_A и R_B фаз А и B прерывают подачу электропитания, напряжение U_A0 между фазой А и землей и напряжение U_B0 между фазой В и землей, выдаваемые со стороны низкого напряжения трехфазной четырехпроводной системы электропитания, приблизительно равны нулю, тогда как исправная фаза С по-прежнему выдает номинальное напряжение.

Конечно, при необходимости, две или более групп плавких предохранителей высокого напряжения можно соединять последовательно в фазовых ответвлениях высокого напряжения устройства, соответствующего изобретению. Фиг.2а и 2b условно изображают два различных соединения между тремя фазовыми ответвлениями высокого напряжения устройства, соответствующего изобретению, при этом две группы плавких предохранителей высокого напряжения соединены последовательно. На фиг. 2а в фазовом ответвлении высокого напряжения фазы А два плавких предохранителя R_A1 и R_A2 высокого напряжения последовательно соединены на входном выводе обмотки W_A1 высокого напряжения. Аналогично, в фазовых ответвлениях высокого напряжения фаз В и С по два плавких предохранителя R_B1, R_B2 и R_C1, R_C2 высокого напряжения последовательно соединены на входных выводах обмоток W_B1 и W_C1 высокого напряжения. Оба плавких предохранителя высокого напряжения, соединенных последовательно в каждом фазовом ответвлении высокого напряжения, могут быть одинаковыми или разными. Предпочтительно, плавкие предохранители R_A1, R_B1 и R_C1 высокого напряжения являются токоограничивающими плавкими предохранителями, а плавкие предохранители R_A2, R_В2 и R_C2 высокого напряжения являются плавкими предохранителями от перегрузки, имеющими лучшие обратные времятоковые характеристики.

Соединительные связи трех фаз фазовых ответвлений высокого напряжения устройства, показанные на фиг.2b, аналогичны соединительным связям, показанным на фиг.2а. Различие заключается лишь в том, что группа плавких предохранителей R_A1, R_B1, R_C1 высокого напряжения соответственно соединены последовательно на входных выводах обмоток W_A1, W_B1, W_C1 высокого напряжения, тогда как другая группа плавких предохранителей R_A1, R_B2, R_C2 высокого напряжения соответственно соединены последовательно на выходных выводах обмоток W_A1, W_B1, W_C1 высокого напряжения.

Устройства по изобретению, снабженные фазовыми ответвлениями высокого напряжения, как показано на фиг.2а и 2b, имеют рабочие состояния, аналогичные вышеуказанным. Их дальнейшие описания опущены.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Устройство, соответствующее изобретению, можно использовать либо в системе электропитания с заземленной нейтралью, либо в системе электропитания, нейтраль которой заземлена через дугогасящие катушки или малые сопротивления, а также можно использовать в системе электропитания, нейтраль которой заземлена непосредственно. Поскольку плавкие предохранители высокого напряжения последовательно установлены в трех фазовых ответвлениях высокого напряжения, соединенных по схеме "треугольник" (Δ), можно гарантировать, что нормальное электропитание исправных фаз не будет нарушено неисправными фазами, так что надежность электропитания может быть повышена.

Изобретение может быть использовано в системе электропитания с незаземленной нейтралью, либо в системе электропитания, нейтраль которой заземлена через дугогасящие катушки или малые сопротивления, либо непосредственно. Силовое распределительное устройство с распределительным трансформатором и переключателями содержит трехфазный пятистержневой распределительный трансформатор. Обмотки низкого напряжения трансформатора соединены по схеме "звезда с нулевым проводом" (Y_о), а каждая фаза обмотки высокого напряжения распределительного трансформатора соединена последовательно с плавкими предохранителями высокого напряжения для образования фазового ответвления высокого напряжения. Три фазовых ответвления высокого напряжения соединены по схеме "треугольник" (Δ). Технический результат заключается в том, что при однофазном КЗ или при междуфазном КЗ в полностью разомкнутом состоянии находятся только поврежденные фазы, то есть нормальное электропитание исправных фаз не будет или нарушено. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Силовое распределительное устройство с распределительным трансформатором и переключателями, содержащее кожух (2), снабженный вводами (10) низкого напряжения и вводами (20) высокого напряжения, и трехфазный пятистержневой распределительный трансформатор (3), размещенный в указанном кожухе (2), при этом обмотки (W_А2, W_В2, W_С2) низкого напряжения указанного трехфазного пятистержневого распределительного трансформатора (3) соединены по схеме "звезда с нулевым проводом" (Y_о), а их выводы выведены из указанного кожуха (2) через указанные вводы (10) низкого напряжения, служащие в качестве выходных выводов низкого напряжения устройства, отличающееся тем, что обмотки (W_А1, W_В1, W_С1) высокого напряжения указанного трехфазного пятистержневого распределительного трансформатора (3) соединены последовательно, по меньшей мере, с одной группой плавких предохранителей (R_А, R_А1, R_А2; R_В, R_B1, R_В2; R_С, R_С1, R_С2) высокого напряжения для образования трех фазовых ответвлений высокого напряжения, а указанные фазовые ответвления высокого напряжения соединены по схеме "треугольник" (Δ), при этом входные выводы высокого напряжения устройства выведены из указанного кожуха (2) через указанные вводы (20) высокого напряжения от точек соединения указанных трех фазовых ответвлений высокого напряжения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанные плавкие предохранители высокого напряжения являются плавкими предохранителями от перегрузки. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанные плавкие предохранители высокого напряжения являются токоограничивающими плавкими предохранителями. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в указанных трех фазовых ответвлениях высокого напряжения дополнительно последовательно предусмотрена группа токоограничивающих плавких предохранителей. 5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что обмотки трансформатора соединены по схеме Δ/Y_о-11.