УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ Российский патент 2014 года по МПК H02J3/00 H02J3/12 

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

Уровень техники заявляемого изобретения определяется известными техническими решениями в виде регулирующих устройств, устанавливаемых между источником переменного напряжения и нагрузкой.

Известное устройство для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в трехфазных электросетях 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 H02M 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), содержащее 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 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, а также 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 сложен в обслуживании, так как вывод в ремонт регулятора требует отключения силового трансформатора, внутри которого встроен регулятор, а это снижает надежность электроснабжения.

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

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве регулирования напряжения сети, включающем регулятор, содержащий трансформатор со ступенчатым регулированием напряжения, регулировочная обмотка которого снабжена различными 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 и тем самым переключателя 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 дополнительный регулятор, одинаковый с первым, причем оба регулятора включены в сеть трехфазного напряжения с образованием схемы подключения в виде неполного треугольника так, что ввод одного из регуляторов, 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, подключенный к контроллеру, к проводу первой фазы со стороны нагрузки, а свободный конец основной обмотки трансформатора соединен с проводом второй фазы, а ввод другого регулятора, являющийся общей точкой соединения концов основной и регулировочной обмоток трансформатора, подключен к проводу третей фазы питающей сети, вывод этого регулятора, соединенный с регулировочной обмоткой, подключен через трансформатор тока, подключенный к контроллеру, к проводу третей 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 снабжена различными ответвлениями 13-14, подключаемыми без разрыва переключателем 4 ступеней регулировочной обмотки трансформатора механически соединенным с ним электроприводом 7, измерительный трансформатор для регистрации действительного значения напряжения 9, 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 обмоток трансформатора, причем первичная обмотка 5 трансформатора, соединенная через реверсивный переключатель 4 полярности с регулировочной обмоткой 11, являющейся вторичной обмоткой этого трансформатора, и размещенная с ней на одном магнитопроводе, 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, подключенный к контроллеру, а также клеммой 3 для соединения свободного конца обмотки 5 с проводом сети.

На рис.2 изображена схема подключения двух одинаковых регуляторов 15 в сеть трехфазного напряжения с образованием схемы подключения в виде неполного треугольника так, что ввод 1 одного из регуляторов, являющийся общей точкой соединения концов основной и регулировочной обмоток трансформатора, подключен к проводу первой фазы I питающей сети, вывод 2 этого регулятора, соединенный с регулировочной обмоткой 11 через трансформатор тока, подключенный к контроллеру, подключен к проводу первой фазы I со стороны нагрузки так, что включен в цепь I-й фазы, свободный конец основной обмотки трансформатора соединен через клемму 3 с проводом второй фазы II.

Ввод 1 другого регулятора 15, 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 включен в цепь III-й фазы, а свободный конец основной обмотки 5 трансформатора через клемму 3 соединен с проводом второй фазы II.

Заявляемое устройство 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.

Межфазное напряжение I-II, II-III, III-I источника питания подводится к основной и регулировочной обмоткам. Напряжение нагрузок фаз I, II, III может иметь отличное значение или равное входному напряжению, обусловленное положением реверсивного переключателя и полярностью регулировочной обмотки.

При соединении двух регуляторов по схеме неполного треугольника первая фаза I источника питания подключается к выводу 1 первого регулятора, а вывод 2 этого регулятора подключается к фазе I нагрузки, вывод 3 подключается к фазе II источника питания. Трансформатор напряжения 9 измеряет напряжение между I и II фазой источника питания и передает это значение в контроллер. Контроллер сравнивает это напряжение с заданным значением в настройках. Второй регулятор подключается выводом 1 к III фазе источника питания, а выводом 2 к фазе III нагрузки, вывод 3 подключается к фазе II источника питания. Трансформатор напряжения 9 измерят напряжение между II и III фазой источника питания и передает это значение в контроллер. Контроллер сравнивает это напряжение с заданным значением в настройках.

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

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

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

Если напряжение в сети меньше заданного значения, то контроллер, получая сигнал от трансформатора напряжения о том, что входное напряжение меньше заданного, переводит регулятор из нейтрального положения в режим повышения напряжения. Для этого реверсивный переключатель должен быть в положении «+», также контроллеры перемещают при помощи электропривода переключатель 12 из отпайки 13 регулировочной обмотки 11 на соответствующую отпайку. В результате вывод 2 регулятора становится подключенным к виткам обмотки 11. Чем дальше от отпайки 13, тем к большим виткам подключен вывод 2 через переключатель 12. Чем больше витков, тем большее дополнительное напряжение подводится к выводу 2. В результате выходное напряжение первого регулятора (между фазами I и II) повышается за счет дополнительного напряжения от регулировочной обмотки. Аналогично выходное напряжение второго регулятора (между фазами II и III) повышается за счет дополнительного напряжения от регулировочной обмотки. Результат: напряжение на нагрузке между I и II фазами и напряжение на нагрузке между II и III фазами повышается.

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 должен быть в положении «-», это означает, что напряжение на регулировочной обмотке 11 имеет противоположное направление по сравнению с первичной обмоткой 5. Контроллеры перемещают при помощи электропривода переключатель 12 из отпайки 13 регулировочной обмотки 11 на соответствующую отпайку. В результате вывод 2 регулятора становится подключенным к виткам обмотки 11. Чем дальше от отпайки 14, тем к большему числу витков подключен вывод 2 через переключатель 12. Чем больше витков, тем больше значение дополнительного напряжения, которое компенсирует основное напряжение, т.е. на выводе 2 оказывается уменьшенное напряжение. В результате выходное напряжение первого регулятора (между фазами I и II) понижается за счет компенсации напряжения регулировочной обмоткой. Аналогично выходное напряжение второго регулятора (между фазами II и III) понижается за счет компенсации напряжения регулировочной обмоткой.

Когда напряжение питания соответствует заданному в настройках контроллера 8, регулятор находится в нейтральном положении.

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 ту ступень, чтобы на выходе L и SL получилось выходное напряжение, равное заданному.

Например. В уставке контроллера задано напряжение 10 кВ, которое 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, 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 переключать 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. будет компенсировать его (смена полярности). Также контроллер подает сигнал на двигатель 7, который начинает последовательно переключать 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.

При включении в сеть двух регуляторов по схеме неполного треугольника диапазон регулирования напряжения составляет ±10%.

Для измерения выходного напряжения могут использоваться трансформаторы напряжения TV3-4 регуляторов напряжения AT1-2.

Для измерения токов нагрузки используются трансформаторы тока ТА4-5 регуляторов напряжения AT1-2.

Таким образом, повышение надежности электроснабжения достигается за счет:

1) применения обособленных однофазных регуляторов напряжения, соединенных по схеме неполного треугольника вне силового трансформатора;

2) 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.

Изобретение относится к устройствам регулирования напряжения в электрических трехфазных сетях. Технический результат заключается в повышении надежности работы, а также улучшении условий обслуживания заявленного устройства. Для этого заявленное устройство содержит регулятор, содержащий трансформатор со ступенчатым регулированием напряжения, 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 и тем самым переключателя ступеней обмоток трансформатора. Согласно изобретению первичная обмотка трансформатора, соединенная через реверсивный переключатель полярности с регулировочной обмоткой, установлена с возможностью взаимодействия с обмоткой измерительного трансформатора напряжения, устройство также содержит дополнительный регулятор, одинаковый с первым, причем оба регулятора включены в сеть трехфазного напряжения с образованием схемы подключения в виде неполного треугольника. 2 ил.

Устройство регулирования напряжения сети, включающее регулятор, содержащий трансформатор со ступенчатым регулированием напряжения, регулировочная обмотка которого снабжена различными 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 и тем самым переключателя ступеней обмоток трансформатора, отличающееся тем, что первичная обмотка трансформатора, соединенная через реверсивный переключатель полярности с регулировочной обмоткой, являющейся вторичной обмоткой этого трансформатора и размещенная с ней на одном магнтопроводе, установлена с возможностью взаимодействия с обмоткой измерительного трансформатора напряжения, подключенной к контроллеру, соединенному с электроприводом, при этом, устройство содержит дополнительный регулятор, одинаковый с первым, причем, оба регулятора включены в сеть трехфазного напряжения с образованием схемы подключения в виде неполного треугольника так, что ввод одного из регуляторов, 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 второй фазы, а ввод другого регулятора, являющийся общей точкой соединения концов основной и регулировочной обмоток трансформатора подключен к проводу третей фазы питающей сети, вывод этого регулятора, соединенный с регулировочной обмоткой подключен через трансформатор тока, подключенного к контроллеру, к проводу третей фазы со стороны нагрузки, а свободный конец основной обмотки трансформатора соединен с проводом второй фазы.