Устройство для плавнорегулируемой компенсации емкостных токов Советский патент 1992 года по МПК H02H9/08 H01F29/14 

Изобретение относится к электротехнике и энергетике, в частности к устройствам для плавнорегулируемой компенсации емкостных токов в сетях напряжением 6-35 кВ.

Известны устройства для плавнорегулируемой компенсации емкостных токов.

Однако наличие регулируемого зазора и электромеханического привода значительно снижает надежность работы реактора, увеличивает время регулирования, случаются заклинивания плунжеров.

Известны управляемые ДГР с подмаг- ничиванием магнитопровода. Они обладают высоким быстродействием и простотой регулирования, надежны в работе. В энергосистемах эксплуатируются опытные образцы с продольным, поперечным и продольно-поперечным подмагничивани- ем. Регулирование тока компенсации достигается за счет изменения магнитной проводимости на пути переменного магнитного потока. Проводимость магнитопровода изменяется подмагничйванием его постоянным потоком, создаваемым током в обмотках подмагнйчивания.

Однако известный способ регулирования тока компенсации, при котором по одному и тому же магнитопроводу или части его замыкаются магнитные потоки тока компенсации и тока подмагнйчивания, приводит к деформации кривой намагничивания и. увеличению содержания высших гармоник до 2-10% (Кг 0,02-0,1). Известные устройства требуют постоянного расхода электроэнергии на подмагничивание. Поэтому нужно уменьшать величины токов подмагнйчивания.

Наиболее близким к изобретению является трехстержневой магнитопровод, на среднем с зазором стержне которого размещена рабочая обмотка, а на крайних - обмотки для получения противодействующих намагничивающих сил и подмагнйчивания. При появлении напряжения нейтрали противодействующие намагничивающие силы и поток от тока подмагнйчивания. насыщая магнитопровод. изменяют магнитную проводимость на пути переменного магнитного потока.

Однако в известном устройстве поток подмагнйчивания замыкается по пути с большой длиной магнитной линии. Поэтому для подмагнйчивания требуется большой величины ток- подмагнйчивания что вытекает из второго закона Кирхгофа для магнитной цепи:, 21 -W 2H-E- . Наложение постоянного и переменного потоков деформирует кривую намагничивания магнитопровода и приводит к возникновению высших гармоник в токе компенсации (Кг 0).

Целью изобретения является снижение

энергозатрат путем уменьшения величины тока подмагнйчивания и содержания высших гармоник в токе компенсации за счет разделения потоков тока компенсации и тока подмагнйчивания по разным магнито0 проводам.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для плавнорегулируемой компенсации емкостных токов содержится трехстержневой магнитопровод с воздуш5 ным зазором в среднем стержне, выполненным в виде Ш-образного магнитопровода с обмоткой подмагнйчивания на ее среднем стержне; рабочая и вторичная короткозамк- нутая обмотки, размещенные на разных

0 крайних стержнях основного магнитопровода.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства для плавнорегулируемой компенсации емкостных

5 токов; на фиг. 2 - схемы, поясняющие процесс разделения потоков; на фиг. 3 - кривые изменения магнитной индукции предлагаемого устройства и известного в функции тока подмагнйчивания; на фиг. 4 - кривая

0 зависимости тока во вторичной обмотке от тока подмагнйчивания; на фиг. 5 - изменение коэффициента регулирования от тока подмагнйчивания.

Рабочая 1 и вторичная короткозамкну5 тая 2 обмотки размещены на разных крайних стержнях основного магнитопровода;3. Между ярмами основного магнитопровода установлен Ш-образный магнитопровод 4 с обмоткой 5 подмагнйчивания на его сред0 нем стержне. Между ярмами и Ш-образным магнитопроводом предусмотрены немагнитные зазоры 6. Рабочая обмотка t подсоединяется между нейтралью и заземлителем. Она имеет несколько отпаек

5 для настройки тока компенсации для условий разных сетей. Обмотка 2 всегда закорочена. К обмотке 5 подсоединяется источник постоянного тока.

При появлении напряжения на нейтра-.

0 ли ток обмотки 1 создает переменный ток, который замыкается по двум путям: большая часть - по пути среднего Ш-образного сердечника, а меньшая - по пути стержня с вторичной короткозамкнутой обмоткой

5 (фиг. 2,а). Воздушный зазор б позволяет работать на линейном участке кривой намагничивания при малом токе подмагничивания.Ток компенсации синусоидален. Ток подмагнйчивания, протекая по обмотке 5, создает поток подмагнйчивания

в магнитолроводе 4 Ш-образного сердечника, препятствуя протеканию переменного потока. Переменный поток тем самым вытесняется в ярма основного магнитопрово- да 3 и замыкается по пути через стержень с вторичной короткозамкнутой обмоткой 2. В результате магнитная проводимость меняется, вызывая изменение тока компенсации. Этот ток сохраняет синусоидальную форму кривой благодаря взаимодействию обмоток 1 и 2. По мере увеличения тока подмагничивания и вытеснения переменного потока происходит увеличение противодействующей намагничивающей силы обмотки 2 (тока в ней). Ответной реакцией на это - увеличение тока компенсации об мотки 1 в соответствии с теорией трансформаторов. Так происходит до тех пор, пока не наступит насыщение магнитопровода 4 от возрастающего тока подмагничивания обмотки 5. Переменный поток полностью вытесняется в ярма общего магнитопровода 3, наступает полное взаимодействие обмоток 1 и 2, прекращается регулирование тока компенсации (фиг. 2,6). Ток компенсации достигает своего максимального значения. ,

Предлагаемое устройство позволяет воплотить новый способ регулирования тока компенсации. Минимальное его значение при токе подмагничивания. равно нулю, и весь переменный поток замыкается по пути среднего Ш-образного сердечника основного магнитопровода 3. Коэффициент регулирования равен отношению максимального тока к минимальному, значение которого зависит от величины немагнитного зазора 6, от размеров основного и Ш-образного магнитопроводов, магнитной индукции и числа витков обмоток.

Предлагаемое устройство имеет меньшую среднюю длину магнитной линии потока подмагничивания по сравнению с известными. Поэтому появляется возможность уменьшить ток подмагничивания, что вытекает из второго закона Кирхгофа для магнитной цепи.

Предлагаемое устройство реализовано в виде лабораторной установки. На одном и том же трехстержневом магнитопроводе реализованы известное и предлагаемое устройства. Число витков рабочей обмотке прототипа, намотанной на средний Ш-об- разный стержень, равно суммарному числу витков обмоток, размещенных на крайних стержнях. Их используют в качестве обмоток подмагничивания в известном и в качестве рабочей и вторичной в предлагаемом устройствах. Напряжение устанавливают такой величины на рабочих обмотках, чтобы магнитная индукция в крайних стержнях

была одинаковой, а ток компенсации был синусоидальным при токе подмагничивания, равном нулю. Средняя длина магнитной линии потока подмагничивания 84,3 см 5 у известного и 49,1 см у предлагаемого устройства.

О процессе разделения потоков можно судить по изменению магнитной индукции в стержне с рабочей обмоткой (кривая 1, 10 фиг.З) и в стержне Ш-образного магнитопровода (кривая 2, фиг.З) по изменению тока во вторичной обмотке. В стержне с рабочей обмоткой поток практически не изменяется, а в Ш-образном сердечнике переменный 15 поток быстро уменьшается потере увеличения тока подмагничивания. При токе подмагничивания примерно 6 А, когда практически наступает максимум тока компенсации, индукция переменного потока

0 составляет около .10 % индукции при токе подмагничивания, равном нулю, Переменный магнитный поток вытесняется в свой магнитопровод 3, вызывая увеличивающееся взаимодействие рабочей и вторичной об5 моток. Это взаимодействие увеличивает ток во вторичной обмотке (фиг.4).

Разделение потоков переменного и постоянного по своим магнитопроводам обеспечивает синусоидальную форму кривой

0 тока компенсации. При подмагничивании индукция переменного потока в крайних стержнях заметно уменьшается (кривая 3, фиг.З), а в среднем стержне - уменьшается в меньшей степени (кривая 4, фиг-,3). Форма

5 кривой тока компенсации - искаженная си нусоида, за исключением случаев, когда 1Л

0 и при большом токе подмагничивания (1П

10А). В последнем случае регулирование

прекращается.

0 На фиг.5 даны кривые изменения коэффициента регулирования от тока подмагничивания. Одинаковый уровень регулирования достигнут при разных токах подмагничивания: у известного

5 10 А, у предлагаемого устройства 6 А. Отношение этих токов примерно равно отношению длин пути потоков подмагничивания сравниваемых технических

решений: 10/6 1.67-84,3/9,1 1,71.

0 В предлагаемом устройстве разделение потоков переменного тока компенсации и тока подмагничивания и их циркуляции по разным магнитопроводам обеспечивает

5 снижение энергозатрат за счет уменьшения величины тока подмагничивания и содержания высших гармоник в токе компенсации. Это приводит к уменьшению потерь мощности, снижению установленной мощности источника постоянного тока, применению легких аппаратов в цепи постоянного тока.

Кроме того, технология изготовления остается простой, так как она разбивается на технологию изготовления известных устройств: двух- и трехстержневого остовов без зазоров, затем сочленение готовых изделий в общее устройство.

Формула изобретения Устройство для плавнорегулируемой компенсации емкостных токов, содержащее основной трехстержневой магнитопровод с воздушным зазором в среднем стержне и расположенные на его стержнях рабочую и

0

вторичную обмотки и обмотку подмагничи- вания, отличаю щееся тем, что, с целью снижения энергозатрат путем уменьшения величины тока подмагничивания и содержания высших гармоник в токе компенсации, средний стержень выполнен в виде Ш-об- разного магнитопровода с обмоткой подмагничивания на его среднем стержне, вторичная обмотка выполнена короткозам- кнутой, причем рабочая и вторичная обмотки размещены на разных крайних стержнях основного магнитопровода.

Изобретение относится к электротехнике и энергетике, в частности к конструкциям дугогасящих реакторов, предназначенных для плавнорегулируемой компенсации емкостных токов замыканий фазы на землю в электрических сетях напряжением 6-35 кВ, Цель изобретения - снижение энергозатрат путем уменьшения величины тока подмагничивания и содержания высших гармоник в токе компенсации за счет разделения потоков от тока подмагничивания и тока компенсации по своим магнитопроводам. Устройство содержит трехстержневой маг- нитопровод 3 с воздушным зазором 6 в среднем стержне 4, который выполнен в ви- де Ш-образного магнитопровода с обмоткой подмагничивания 5 на его среднем стержне, рабочую и вторичную 2 короткозамкнутую обмотки, размещенные на разных крайних стержнях основного магнитопровода. Воздушные зазоры выполнены между ярмами основного магнитопровода с Ш-образным магнитопроводом потока подмагничивания. -При токе подмагничивания. равном нулю, переменный поток рабочей обмотки замыкается в основном через средний Ш-образный стержень. Воздушные зазоры обеспечивают линейную вольт-амперную характеристику. По мере увеличения тока в обмотке подмагничивания и потока подмагничивания. замыкающегося по Ш-образному магнитопроводу, происходит все большее вытеснение переменного потока из Ш-образного магнитопровода в ярма основного магнитопровода. В результате все возрастающая часть переменного потока тока компенсации замыкается по стержню с вторичной короткозамкнутой обмоткой. Ток компенсации при взаимодействии потоков рабочей и вторичной обмоток увеличивается в соответствии с теорией трансформаторов. Регулирование прекращается одновременно с насыщением Ш-образного магнитопровода потоком подмагничивания. Ток компенсации все время синусоидален, Ш-обрззный магнитопровод имеет меньшую длину магнитной линии известных управляемых устройств, что позволяет снизить величину тока подмагничивания и мощность источника постоянного тока. 5 ил. СО С 00 со ho

If, MUH

.0,

Г

frrff

п

Фиг.2

4

Q90,8

№

0,6

Q5II,HUX

#v

, . б

0 .2 e &

Фиг.ty

10

S6

«иг. 6

10 A