УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ НА ВЫСОКОЙ СТОРОНЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ ПРЕДПРИЯТИЯ Российский патент 2012 года по МПК H02M5/25 G05F1/10 

Предлагаемое техническое решение относится к электротехнике, в частности к электроэнергетическим системам, и может быть использовано для стабилизации напряжения на высокой стороне трансформаторных подстанций пром- и агропромпредприятий, предусматривающих подключение термоэлектронагревателей для отопления помещений, нагрева воды и т.п., а также объектов пищевой промышленности, в технологических процессах которых требуется непрерывная подача пара.

Известно устройство для стабилизации напряжения на высокой стороне трансформаторных подстанций предприятия (патент РФ №2178232, 7 H02M 5/257, G05F 1/30, 2002, Бюл. №1. - С.413), которое взято за прототип.

Оно содержит силовой и вольтодобавочный трансформаторы, первичные обмотки которых соединены последовательно и подключены к сети, трехфазный ключ, подключающий вторичную обмотку вольтодобавочного трансформатора к выходным зажимам трансформаторной подстанции или к зажимам нагрузки, электронагреватель с основным элементом, подключенным к нагрузке, и дополнительным элементом, шунтированным трехфазным ключом, выполненным, например, в виде трехфазного диодного моста, в диагональ которого включен GTO-тиристор или IGBT-транзистор. При изменении длительности проводящего состояния трехфазного ключа устройство обеспечивает плавное регулирование напряжения на низкой стороне трансформаторной подстанции вверх и вниз относительно его номинального значения за счет плавного изменения величины и смены знака магнитного потока вольтодобавочного трансформатора, работающего в режиме двойного питания.

К недостаткам устройства следует отнести низкие энергетические показатели на подстанциях, в сети и у потребителей предприятия. Это вызвано искажениями напряжения и тока на входе и выходе силовых трансформаторов подстанций предприятия при применении на каждой из них индивидуального стабилизатора.

Задачей изобретения является повышение коэффициентов мощности и полезного действия силовых трансформаторов подстанций предприятия, рациональное использование энергии потерь вольтодобавочного трансформатора, сохранение синусоидальности форм напряжения и тока у потребителей и в сети в процессе импульсного регулирования добавочного напряжения на входе трансформаторных подстанций.

Технический результат от решения поставленной задачи заключается в рациональном энергопотреблении вследствие улучшения качества напряжения на входе трансформаторных подстанций и снижении потребляемого из сети тока.

Решение поставленной задачи достигается тем, что введен трехфазный блок конденсаторов, который пофазно параллельно подключен к первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, первичные обмотки силовых трансформаторов всех подстанций предприятия соединены параллельно, вход датчика отклонения напряжения подключен к вторичной обмотке силового трансформатора основной подстанции, имеющей наиболее критичные к качеству напряжения потребители, а основной электронагревательный элемент и другие выводы вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора подключены к вторичной обмотке силового трансформатора другой наименее загруженной подстанции, имеющей менее критичные к качеству напряжения потребители.

Кроме этого, решается задача потребления тока из сети без искажений.

Ее решение достигается тем, что введен дополнительный трехфазный блок конденсаторов, который соединен в звезду или треугольник и подключен к другим выводам вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора.

Устройство для стабилизации напряжения на высокой стороне трансформаторных подстанций предприятия представлено на фиг. 1. Оно содержит силовой трансформатор 1 основной подстанции, вольтодобавочный трансформатор 2, трехфазный ключ 3 с системой управления 4, датчик отклонения напряжения 5 нагрузки, электронагреватель 6 с основным 7 и дополнительным 8 элементами, сеть 9, нагрузку 10, к которой относятся наиболее критичные к качеству напряжения потребители, основной и дополнительный трехфазные блоки конденсаторов 11 и 12, силовой трансформатор 13 другой наименее загруженной подстанции с нагрузкой 14, имеющей менее критичные к качеству напряжения потребители, силовые трансформаторы 15 и 16 подстанций предприятия с нагрузками 17 и 18, которые не связаны с элементами стабилизатора трехфазного напряжения.

Элементы устройства соединены следующим образом.

Первичные обмотки силового и вольтодобавочного трансформаторов 1 и 2 соединены последовательно и подключены к сети 9. Вторичная обмотка силового трансформатора 1 соединена в звезду с нулевым проводом и подключена к нагрузке 10, в состав которой входят наиболее критичные к качеству напряжения потребители. Вход датчика 5 отклонения напряжения нагрузки подключен к нагрузке 10, а его выход - к управляющему входу системы управления 4 трехфазным ключом 3. Одни выводы вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора 2 подключены к вторичной обмотке силового трансформатора 13 другой наименее загруженной подстанции, имеющей менее критичные к качеству напряжения потребители, названные нагрузкой 14, в состав которой входит электронагреватель 6 с основным элементом 7, а другие выводы вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора 2 подключены к трехфазному ключу 3 и к дополнительному элементу 8 электронагревателя 6. В зависимости от типа применяемого в устройстве трехфазного ключа 3, система управления 4 может быть асинхронной или синхронизированной с сетью. Первичные обмотки силовых трансформаторов всех подстанций предприятия соединены параллельно, основной трехфазный блок конденсаторов 11 пофазно параллельно подключен к первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора 2, а дополнительный трехфазный блок конденсаторов 12 соединен в звезду или треугольник и подключен к другим выводам вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора 2.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

При пониженном напряжении в сети 9 трехфазный ключ 3 включен и вольтодобавочный трансформатор 2 повышает напряжение на входе силового трансформатора 1 и на нагрузке 10 до заданного уровня за счет наведения на первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора 2 ЭДС, синфазной с напряжением нагрузки 10. В режиме полной вольтодобавки дополнительный элемент 8 электронагревателя 6 закорочен открытым тиристорным ключом 3 и обесточен, т.е. вспомогательный электронагреватель отключен.

При повышении напряжения в сети 9 устройство уменьшает длительность проводящего состояния трехфазного ключа 3 внутри каждого полупериода напряжения нагрузки. При этом происходит изменение величины и фазы основного магнитного потока вольтодобавочного трансформатора 2 и на его первичной обмотке наводится противофазная по отношению к напряжению сети ЭДС, сохраняющая тем самым напряжение на нагрузке 10. При этом на интервалах запертого состояния трехфазного ключа 3 в работу вступает дополнительный элемент 8 электронагревателя 6.

Величина сопротивления дополнительного нагревательного элемента 8 выбирается из условия обеспечения нижнего предела стабилизации, при котором трехфазный тиристорный ключ 3 полностью выключен. Дополнительный нагревательный элемент 8 в режиме полного вольтовычета устраняет дроссельный режим вольтодобавочного трансформатора 2 и выполняет роль защиты трехфазного тиристорного ключа 3 от перенапряжений.

Наиболее рациональной областью применения являются молокозаводы, мясокомбинаты с двух- и трехтрансформаторными подстанциями, в производстве которых используются импортные автоматические линии, требующие высокого качества питающего напряжения, а в технологическом процессе используются нагревательные элементы для производства горячей воды и пара.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в улучшении качества напряжения и снижении потребляемого из сети тока. Стабилизатор трехфазного напряжения содержит вольтодобавочный трансформатор и трехфазный ключ, включенный в рассечку звезды вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, подключенной к вторичной обмотке силового трансформатора. Первичные обмотки силовых трансформаторов подстанций подключены к сети через первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора, к которому пофазно параллельно подключен трехфазный блок конденсаторов. К зажимам трехфазного ключа подключен еще один нагревательный элемент, который дополняет работу основных нагревателей, имеющихся у потребителей трансформаторных подстанций. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для стабилизации напряжения на высокой стороне трансформаторных подстанций предприятия, в состав потребителей которого входит основной электронагревательный элемент, содержащее вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого включена между сетью и первичной обмоткой силового трансформатора основной подстанции, а вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора одними выводами подключена к дополнительному электронагревательному элементу и к трехфазному ключу с системой управления, при этом вход системы управления подключен к выходу датчика отклонения напряжения, отличающееся тем, что введен основной трехфазный блок конденсаторов, который пофазно параллельно подключен к первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, первичные обмотки силовых трансформаторов всех подстанций предприятия соединены параллельно, вход датчика отклонения напряжения подключен к вторичной обмотке силового трансформатора основной подстанции, имеющей наиболее критичные к качеству напряжению потребители, а основной электронагревательный элемент и другие выводы вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора подключены к вторичной обмотке силового трансформатора другой наименее загруженной подстанции, имеющей менее критичные к качеству напряжения потребители.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введен дополнительный трехфазный блок конденсаторов, который соединен в звезду или треугольник и подключен к другим выводам вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, а выходное напряжение другой наименее загруженной подстанции устанавливается на номинальном уровне при помощи штатного переключающего устройства, предназначенного для переключения отпаек первичной обмотки силового трансформатора этой наименее загруженной подстанции.