PL219641B1 - Stacja transformatorowa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest stacja transformatorowa, przeznaczona do zasilania urządzeń elektrycznych, przystosowana do pracy w uciążliwych warunkach środowiskowych, przy podwyższonych temperaturach otoczenia oraz dużej wilgotności, zwłaszcza w podziemiach kopalń.

Znana jest, z polskiego zgłoszenia patentowego numer 381835, stacja transformatorowa, której elementy zamontowane są w dwóch oddzielnych obudowach w kształcie prostopadłościanów o płaskich ścianach. Obudowy zamocowane na wspólnej ramie, umieszczone są w pewnej odległości obok siebie tak, że między nimi pozostaje wolna przestrzeń - szczelina powietrzna. W pierwszej obudowie umieszczona jest aparatura pomiarowo sygnalizacyjna i odpływy niskiego napięcia w drugiej zaś, transformator mocy, wentylator, wyłącznik średniego napięcia, oraz izolatory przepustowe. Pierwsza obudowa podzielona jest na dwie komory dolną w której umieszczona jest aparatura pomiarowo sygnalizacyjna i w górną w której umieszczone są odpływy niskiego napięcia. Druga obudowa podzielona jest na cztery komory, przy czym w jednej komorze umieszczony jest transformator mocy, w drugiej wentylator w trzeciej rozłącznik średniej mocy a w czwartej izolatory przepustowe. Ściana boczna dolnej komory pierwszej obudowy od strony szczeliny zaopatrzona jest w osłonę z warstwą izolacyjną odbijającą promienie elektromagnetyczne i warstwą termoizolacyjną. Poszczególne komory drugiej obudowy rozmieszczone są tak, że komora rozłącznika średniej mocy znajduje się nad komorą wentylatora, a obie oddzielone są poziomą ścianką działową od siebie i pionową - wspólną - ścianką działową od komory transformatora mocy, ponadto nad komorą rozłącznika średniej mocy umieszczona jest komora izolatorów przepustowych. Przestrzeń wokół transformatora mocy zamontowanego w komorze podzielona jest, za pomocą poziomej przegrody, na dwie części. W pionowej ściance działowej, poniżej poziomej przegrody, umieszczony jest w otwór łączący dolny oraz, powyżej poziomej przegrody, otwór łączący górny. Oba otwory połączone są z komorą wentylatora. W otworze łączącym dolnym umieszczony jest wirnik wentylatora, który w zależności od kierunku obrotów wentylatora, albo wymusza ruch powietrza z dolnej przestrzeni komory transformatora do komory wentylatora, a następnie górnym otworem łączącym wprowadza je do górnej przestrzeni transformatora mocy, albo odwrotnie. Nagrzane powietrze poprzez trzy ściany boczne, dno i ścianę górną oddaje ciepło do otoczenia. W ściance górnej komory rozłącznika średniej mocy, która jednocześnie stanowi dno komory izolatorów, umieszczone są otwory rozprężeniowe gazów, zaś w poziomej ściance działowej - między komorą wentylatora a komorą rozłącznika średniej mocy - rozłącznie - zamocowana jest przepona bezpieczeństwa stanowiąca zabezpieczenie obudowy przed rozerwaniem powodowanym nadmiernym przyrostem ciśnienia gazów od zwarcia łukowego - przyrost ciśnienia wypycha przeponę bezpieczeństwa z gniazda co nie dopuszcza do przyrostu ciśnienia. Wszystkie komory w obu obudowach zaopatrzone są w szczelne zamknięcia w postaci drzwi lub pokryw z uszczelkami.

Znany jest także z patentu USA nr US 7,142,410 B2 „Transformator z obudową i rozdzielnicą” składający się z obudowy, której wnętrze podzielone jest na następujące komory: komorę główną w której umieszczony jest transformator; pierwszą komorę w której umieszczone są zaciski wejściowe głównego zasilania: drugą komorę w której umieszczone są zaciski zasilania wyjściowego; trzecią komorę w której umieszczone są obsługiwane ręcznie urządzenia przełączające. Komory: pierwsza druga i trzecia wyposażone są w otwierane ręcznie, blokowane pokrywy dające dostęp do danej komory. Komora główna w której zamontowany jest transformator wypełniona jest olejem izolującym. Urządzenia elektryczne połączone są ze sobą w znany sposób.

Znany jest ze wzoru użytkowego Chińskiej Republiki Ludowej nr CN 201051615Y „Odporny na eksplozję i samoistnie bezpieczny przełącznik grupowy do użytku w kopalniach” składający się z odpornej na eksplozję prostopadłościennej obudowy i części z obwodami elektrycznymi zamontowanymi w tej obudowie. Wewnętrzna przestrzeń obudowy podzielona jest na co najmniej dwie części - wnęki. Główną wnękę kontrolną i wnękę połączenia przewodów. Główna wnęka kontrolna zaopatrzona jest pionową podstawę montażową na której z jednej strony umieszczone są półki do mocowania napędów a z drugiej główny transformator sterujący. Główna wnęka kontrolna zaopatrzona jest w szybko otwierające się drzwiczki z blokadą urządzenia. Wnęka połączenia przewodów posiada wejścia i wyjścia przewodów zasilających oraz odizolowaną przestrzeń przełącznikową zawierającą przełączniki zmiany kierunku z przyciskami odcięcia energii elektrycznej na poszczególnych odpływach, oraz wyłącznik główny całego urządzenia. Część elektryczna urządzenia zawiera dwa do ośmiu obwodów głównych - każdy wyposażony w stycznik, obwód tłumiący, obwód ochronny upływu prądu i obwód ochronny pomiaru natężenia prądu. Obwody ochronne i kontrolne każdego obwodu podłączone są do

PL 219 641 B1 sterownika PLC z klawiaturą i ekranem kontrolnym. Sterownik PLC wykorzystywany jest do ochrony i kontroli oraz włączania i wyłączania obwodów urządzeń zasilanych poprzez ten przełącznik, może również wyświetlać oraz zapamiętywać informacje dotyczące pracy przełącznika oraz jego awarii.

Znana jest ze wzoru użytkowego Chińskiej Republiki Ludowej nr CN 201315432Y „Kompaktowa stacja transformatorowa typu kontenerowego”, która zabudowana jest w kontenerze wewnątrz którego za pomocą metalowych płyt wydzielone są; pomieszczenie wysokiego napięcia, pomieszczenie niskiego napięcia i pomieszczenie transformatora. W pomieszczeniu transformatora zainstalowane są: instalacja kontroli temperatury, instalacja wentylacji oraz instalacja usuwania powietrza. Kontener przykryty jest dachem składającym się z dwóch warstw z izolacyjną warstwą powietrza między nimi. Instalacja elektryczna stacji transformatorowej przystosowana jest do diagnozowania i kontroli za pomocą komputera. Urządzenie według tego wzoru jest przeznaczone do pracy na powierzchni w obiektach administracji miejskiej, fabrykach, na polach naftowych oraz w innych miejscach gdzie tymczasowo potrzebna jest energia elektryczna.

Wadą pierwszego rozwiązania jest to, że ściany komory transformatora mocy są płaskie a ponadto, jedna ze ścian tej komory nie ma bezpośredniej styczności z otoczeniem (ze wzglądu na umieszczenie bezpośrednio przy komorach: wentylatora i rozłącznika średniej mocy) co powoduje ograniczenie efektywności wymiany ciepła z otoczeniem, a co za tym idzie wymusza zwiększanie gabarytów obudowy ze wzrostem mocy transformatora. Ponadto taka konstrukcja komory poddana jest niekontrolowanym naprężeniom powstającym w wyniku rozszerzalności cieplnej materiału, a także naprężeniom wynikające ze wzrostu ciśnienia powietrza podgrzewanego w szczelnie zamkniętej przestrzeni komory transformatora mocy.

„Transformator z obudową i rozdzielnicą” według drugiego rozwiązania nie nadaje się do stosowania w warunkach podziemnych kopalń, przeznaczony jest do pracy stacjonarnej w związku z czym mocowany jest na stałe na betonowej podstawie. Zastosowany system chłodzenia z wykorzystaniem cieczy chłodzącej znacznie podnosi ciężar urządzenia, a ponadto ciecz chłodząca jest zwykle palna co utrudnia obsługę w warunkach kopalnianych.

Wadą trzeciego rozwiązania jest to, że nie zawiera transformatora obniżającego napięcie, a stanowi jedynie rozdzielnicę prądu umożliwiającą zasilanie wielu urządzeń, w związku z tym nie nadaje się do bezpośredniego wykorzystania w kopalniach w których napięcie źródła zasilania doprowadzone do rozdzielnicy jest inne - zwykle wyższe - niż napięcie wyprowadzane do zasilania odbiorników.

Stacja transformatorowa według czwartego rozwiązania nie nadaje się do pracy w warunkach kopalnianych gdzie panuje wysoka temperatura otoczenia, duża wilgotność powietrza a ponadto istnieje możliwość uszkodzenia lub zniszczenia kontenera od spadających odłamków skał - pojawiających się w wyniku ruchu górotworu. Duże gabaryty kontenera (do wnętrza kontenera może wchodzić obsługa) powodują trudności w trakcie ewentualnego transportu pionowego - na dół kopalni i poziomego wzdłuż wyrobisk kopalni do miejsca przeznaczenia.

Stacja transformatorowa według wynalazku zawiera co najmniej: transformator mocy, rozłącznik średniego napięcia, wyłącznik niskiego napięcia, jeden odpływ, aparaturę kontrolno - sterowniczą oraz połączenia szynowe. Każde urządzenie umieszczone jest w odrębnym, korzystnie, prostopadłościennym panelu w związku z tym w stacji występują następujące panele: transformatora mocy, rozłącznika średniego napięcia, wyłącznika niskiego napięcia, odpływu, aparatury kontrolno - sterowniczej, a ponadto panele przedziałów szynowych. Panele umieszczone są na wspólnej ramie nośnej. Wszystkie panele po zabudowaniu elementów są szczelnie zamknięte. Urządzenia elektrycznie połączone są ze sobą w znany sposób. Panel transformatora mocy ma obrys prostopadłościanu przy czym wszystkie ściany zbudowane są z blachy falistej co powoduje zwiększenie powierzchni ścian, a więc ułatwia wymianę ciepła z otoczeniem, ponadto panel transformatora mocy umieszczony jest w pewnej odległości od pozostałych, przy czym odległość jest tak dobrana by ciepło pochodzące od ścian panelu transformatora mocy nie nagrzewało pozostałych paneli. Powierzchnia ścian po rozwinięciu w porównaniu do powierzchni ścian płaskich zwiększona jest do trzech razy, przy czym wielkość tą dobiera się w zależności od rodzaju i mocy zamontowanego transformatora. W dolnej części transformatora mocy wewnątrz panelu umieszczony jest co najmniej jeden wentylator przeznaczony do wymuszania ruchu powietrza w kanałach wentylacyjnych pomiędzy uzwojeniami oraz w warstwach przylegających do ścian panelu - takie rozwiązanie umożliwia utrzymanie równomiernej temperatury w całej przestrzeni wewnętrznej panelu, a ponadto poprawia sprawność wymiany ciepła z otoczeniem, czyli podnosi sprawność chłodzenia transformatora. Korzystnie użebrowanie ścian bocznych zorientowane jest

PL 219 641 B1 pionowo. Zastosowanie blachy falistej na ściany panelu transformatora mocy całkowicie kompensuje naprężenia powstające w wyniku rozszerzalności cieplnej materiału, a także naprężenia wynikające ze wzrostu ciśnienia związanego z podgrzewaniem powietrza w szczelnie zamkniętej przestrzeni. Stacja transformatorowa według wynalazku wyposażona jest w układ chłodzenia transformatora oraz w układ zabezpieczenia temperaturowego. Czujniki poziomu temperatury układu chłodzenia transformatora są umieszczone w każdej cewce transformatora, osiągnięcie dolnej granicy temperatury - w zadanym polu tolerancji - powoduje włączenie zespołu wentylatorów zaś przekroczenie górnej granicy tolerancji powoduje wyłączenie całej stacji spod obciążenia (wyłączenie wszystkich odpływów 500 V). Czujniki poziomu temperatury układu zabezpieczenia temperaturowego - są umieszczone w rdzeniu transformatora oraz w każdym panelu odpływu - przekroczenie zadanych wielkości na poszczególnych odpływach powoduje wyłączenie tego odpływu, zaś przekroczenie zadanej temperatury rdzenia transformatora powoduje wyłączenie całej stacji spod obciążenia (wyłączenie wszystkich odpływów 500 V). Ponadto stacja transformatorowa według wynalazku zaopatrzona jest w sterownik PLC, który stanowi jednostkę logiczną w której zaimplementowane są:

• system określania i synchronizacji procedur czasowych: układów załączania/wyłączania poszczególnych wyłączników, pomiaru rezystancji izolacji, kontroli izolacji w stanie beznapięciowym i zabezpieczenia upływowego;

• system wykonywania operacji logicznych w systemie chłodzenia i zabezpieczenia temperaturowego stacji, • system monitorowanie stanu wybranych elementów stacji zawierający, wejście sygnałów stanu obiektów monitorowanych, • system zapisu pomiarów • system zapisu zdarzeń.

• system przetwarzania - umożliwiający lokalną komunikację z użytkownikiem, współpracę z zewnętrznym systemem wizualizacji lub zewnętrznym systemem sterowania przy czym zewnętrzna komunikacja może odbywać się z systemem nadzorującym za pomocą linii dwuprzewodowej lub z systemem sterowania przenośnikami taśmowymi za pomocą linii czteroprzewodowej.

Sterownik PLC połączony jest z: wyjściem przycisku - załączenie stacji, wyjściem przycisków załączenie/wyłączenie poszczególnych odpływów, wyjściem rozłączników odpływów, wyjściem centralnego zabezpieczenia upływowego, a także wyjściem czujników temperatury, oraz z wejściem przekaźnika samoczynnego załączenia wyłącznika po powrocie napięcia zasilającego stację, z wejściem czasowego wyłączenia wyłącznika po wystąpieniu doziemienia, z wejściem czasowego opóźnienia pomiaru izolacji odpływu, z wejściem opóźnionego załączenia odpływu, z wejściem czasowej blokady załączenie odpływu, z wejściem zdalnego załączenia/wyłączenia odpływu, z wejściem sygnalizacji przed startowej załączenia odpływu, z wejściem załączenia odpływu po sygnalizacji przedstartowej, z wejściem załączenia wentylatorów w komorze transformatora, z wejściem wyłączającym stację po przekroczeniu wartości granicznych temperatury, z wejściem zdalnego kasowania zadziałania centralnego zabezpieczenia upływowego, z wejściem zdalnego wyłączenia wyłącznika, a także z wejściem/wyjściem analizatora parametrów sieci oraz wejściem/wyjściem zabezpieczenia trójfazowych silników asynchronicznych.

Sterownik PLC na podstawie zbieranych informacji z wnętrza stacji, monitoruje, analizuje, kontroluje i steruje pracą podzespołów stacji, umożliwia wykorzystanie tych samych elementów wykonawczych i urządzeń towarzyszących niezależnie od wybranego trybu sterowania. W przypadku podłączenia modułu komunikacyjnego dołączanego do panelu operatorskiego istnieje możliwość zdalnej kontroli nad procesami zachodzącymi w stacji monitorowanie parametrów sieci (pomiar prądów, napięć, mocy), odczyt parametrów stanu poszczególnych urządzeń zainstalowanych w stacji (wyłącznika, odpływów), zdalne sterowanie stacją i odpływami za pomocą transmisji danych poprzez komunikację z operatorem zdalnym.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że pozwala na lepsze w stosunku do znanych rozwiązań, wychłodzenie panelu transformatora mocy, eliminuje naprężenia związane z rozszerzalnością cieplną, jest odporne na zagrożenia związane z przyrostem objętości podgrzewanego powietrza wewnątrz panelu transformatora mocy, zaopatrzone jest w elementy zabezpieczeń przed nadmiernym wzrostem temperatury i w elementy do monitorowania pracy, a także przystosowane jest do zdalnego sterowania. Stacja transformatorowa w przykładowym wykonaniu pokazana jest na rysunku na którym fig. 1 przedstawia widok stacji transformatorowej z przodu fig. 2 widok stacji transformatorowej z góry, fig. 3 widok stacji transformatorowej z tyłu, a fig. 4 widok stacji transformatorowej z prawej strony.

PL 219 641 B1

Stacja transformatorowa w przykładowym wykonaniu składa się z transformatora mocy umieszczonego w panelu transformatora mocy 1; rozłącznika średniego napięcia - umieszczonego w panelu rozłącznika średniego napięcia 2; wyłącznika niskiego napięcia - umieszczonego w panelu niskiego napięcia - 3; trzech odpływów - umieszczonych w panelach odpływów 4; aparatury kontrolno - sterowniczej - umieszczonej w panelu - aparatury kontrolno sterowniczej 5 oraz połączeń szynowych - umieszczonych w panelach połączeń szynowych 6. Panele umieszczone są na wspólnej ramie nośnej 7. Wszystkie panele po zabudowaniu elementów są szczelnie zamknięte. Panel transformatora mocy 1 ma obrys prostopadłościanu, wszystkie jego ściany boczne 8 i górna 9 zbudowane są z blachy falistej. Panel transformatora mocy 1 umieszczony jest w pewnej odległości od pozostałych. Wewnątrz panelu transformatora mocy 1 w dolnej jego części umieszczony jest jeden wentylator. Użebrowanie ścian bocznych zorientowane jest pionowo. Stacja transformatorowa wyposażona jest w układ chłodzenia transformatora oraz w układ zabezpieczenia temperaturowego. Czujniki poziomu temperatury układu chłodzenia transformatora są umieszczone w każdej cewce transformatora. Osiągnięcie dolnej granicy temperatury - w zadanym polu tolerancji - powoduje włączenie zespołu wentylatorów zaś przekroczenie górnej granicy tolerancji powoduje wyłączenie całej stacji spod obciążenia (wyłączenie wszystkich odpływów 500 V). Czujniki poziomu temperatury układu zabezpieczenia temperaturowego są umieszczone w rdzeniu transformatora oraz w każdym panelu odpływu - przekroczenie zadanych wielkości na poszczególnych odpływach powoduje wyłączenie tego odpływu, zaś przekroczenie zadanej temperatury rdzenia transformatora powoduje wyłączenie całej stacji spod obciążenia (wyłączenie wszystkich odpływów 500 V). Ponadto stacja w przykładowym wykonaniu zaopatrzona jest w sterownik PLC.

Stacja transformatorowa według wynalazku przeznaczona jest do zasilania, w znany sposób, urządzeń elektrycznych.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Stacja transformatorowa zawierająca transformator mocy, rozłącznik średniego napięcia, wyłącznik niskiego napięcia, odpływy, aparaturę kontrolno - sterowniczą, które umieszczone są w obudowach na wspólnej ramie a ponadto wyposażona jest w układ chłodzenia transformatora, wentylator oraz w sterownik PLC stanowiący jednostkę logiczną, w której zaimplementowane są systemy sterujące - nadzorujące, znamienna tym, że każde urządzenie umieszczone jest w odrębnym, korzystnie, prostopadłościennym panelu przy czym panel transformatora mocy (1) umieszczony jest w pewnej odległości od pozostałych a jego ściany boczne (8) i górna (9) zbudowane są z blachy falistej przy czym wentylator umieszczony jest wewnątrz panelu transformatora mocy (1), zaś układ chłodzenia transformatora zaopatrzony jest w czujniki poziomu temperatury - umieszczone w każdej cewce transformatora a ponadto stacja transformatorowa według wynalazku wyposażona jest w układ zabezpieczenia temperaturowego, który zaopatrzony w czujniki umieszczone w rdzeniu transformatora oraz w każdym panelu odpływu.