RU180433U1 - Трехфазный реактор-трансформатор с регулируемым насыщением магнитопровода - Google Patents

Abstract

Заявленное техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве насыщаемых реакторов-трансформаторов с плавным регулированием потребляемого реактивного тока и стабилизации напряжения нагрузки, в том числе, в составе управляемых шунтирующих реакторов, источников реактивной мощности и статических компенсаторов реактивной мощности. Трехфазный реактор-трансформатор с регулируемым насыщением магнитопровода содержит магнитопровод с шестью стержнями, по два стержня на фазу, наружную сетевую и компенсационную внутреннюю обмотки, а также на каждом стержне регулировочную обмотку, разделенную на две части и подключенную к регулятору насыщения. В устройство введены шесть резистивных сопротивлений и выключатель, регулировочная обмотка имеет схему соединения в виде двойной звезды с общей средней точкой. Шесть резистивных сопротивлений соединены в схему двойной звезды с общей средней точкой и подключены параллельно регулировочной обмотке, а через выключатель - к регулятору насыщения. Максимально допустимая величина резистивного сопротивления R соответствует условию R≤U/I, где U- максимально допустимое перенапряжение регулировочной обмотки, I- максимальный ток регулировочной обмотки. Отличительной особенностью устройства является то, что при соблюдении соотношения размеров площадей сечения обмоток 1/8<(S-S)/(S+S)<2/5 и 1/8<S/(S+S)<2/5, где S- сечение наружной сетевой обмотки, S- сечение внутренней компенсационной обмотки, S- сечение регулировочной обмотки, обеспечивается оптимальное снижение массы и габаритов устройства в целом. В предлагаемом устройстве пофазное управление насыщением магнитной системы позволяет независимо от соседних фаз изменять и стабилизировать напряжение каждой фазы, обеспечивать симметрирование напряжения фаз сети, что очень важно при резко несимметричной нагрузке в фазах, например, в схемах тяговых подстанций железнодорожного транспорта, а также делать диагностику каждой из фаз в отдельности при заводских испытаниях и текущей эксплуатации. Повышается быстродействие и надежность устройства. Таким образом, достигается повышение технико-экономических характеристик и расширение функциональных возможностей реактора-трансформатора.

Description

Заявленное техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве насыщаемых реакторов-трансформаторов с плавным регулированием потребляемого реактивного тока и стабилизации напряжения нагрузки, в том числе в составе управляемых шунтирующих реакторов, источников реактивной мощности и статических компенсаторов реактивной мощности.

Известен аналог [1] - статический компенсатор реактивной мощности, в котором регулируемая индуктивность представляет собой трансформатор с регулируемым насыщением магнитопровода. Аналог не предназначен для работы как обычный трансформатор. Из-за отсутствия заземления как в регулировочной обмотке, соединенной в треугольник, так и в подключенном к ней регуляторе насыщения могут возникать перенапряжения, например, при подключении или отключении аналога от электрической сети.

Частично недостатки аналога устранены в прототипе [2], источнике реактивной мощности, где входящий в его состав трехобмоточный трехфазный управляемый подмагничиванием реактор также выполняет не только функцию управляемой индуктивности, но и трансформатора. Средняя точка регулировочной обмотки, т.е. обмотки управления, заземлена, что устраняет возможность появления перенапряжений при подключении прототипа к электрической сети.

Однако в прототипе, как и в аналоге, сохраняется возможность внутренних перенапряжений в регулировочной обмотке, например, при быстродействующем снижении потребляемого реактивного тока прототипа при отключении от вводов регулировочной обмотки регулятора насыщения, выполненного в виде управляемого источника постоянного напряжения. Кроме того, соединение фаз регулировочной обмотки в три параллельные ветви в прототипе исключает возможность пофазного управления насыщением магнитной системы, что не позволяет независимо от соседних фаз изменять и стабилизировать напряжение каждой фазы и обеспечивать симметрирование напряжений фаз, а также делает невозможной диагностику каждой из фаз в отдельности при заводских испытаниях и текущей эксплуатации. Кроме того, масса активных и конструктивных материалов, а также габариты устройства завышены, т.к. их величина не является оптимальной. Эти недостатки существенно снижают функциональные возможности реактора-трансформатора прототипа.

Технической задачей заявленной полезной модели является расширение функциональных возможностей реактора-трансформатора.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, достигается тем, что в трехфазный реактор-трансформатор с регулируемым насыщением магнитопровода, содержащий магнитопровод с шестью стержнями, по два стержня на фазу, наружную сетевую и компенсационную внутреннюю обмотки, регулировочную обмотку, расположенную на каждом стержне, разделенную на две части и подключенную к регулятору насыщения, введены шесть резистивных сопротивлений и выключатель. В регулировочной обмотке применена схема соединения в виде двойной звезды с общей средней точкой. Шесть резистивных сопротивлений соединены в схему двойной звезды с общей средней точкой и подключены параллельно регулировочной обмотке, а через выключатель - к упомянутому регулятору насыщения. Максимально допустимая величина резистивного сопротивления R соответствует условию R≤U_мax/I_мax, где U_мах - максимально допустимое перенапряжение регулировочной обмотки, I_мах - максимальный ток регулировочной обмотки. При этом соотношения размеров поперечных сечений обмоток находятся в пределах 1/8<(S_н-S_в)/(S_н+S_в)<2/5 и 1/8<S_po/(S_н+S_в)<2/5, где S_н - сечение наружной сетевой обмотки, S_в - сечение внутренней компенсационной обмотки, S_po - сечение регулировочной обмотки.

Предлагаемый трехфазный реактор-трансформатор поясняется чертежами. На фиг. 1 показана электрическая схема устройства. На фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 показаны поперечные разрезы наружной трансформаторной обмотки, внутренней трансформаторной обмотки и регулировочной обмотки.

В электрической схеме устройства (фиг. 1) содержатся наружная трансформаторная обмотка 1, выполняющая роль сетевой обмотки, и внутренняя трансформаторная обмотка 2, выполняющая роль компенсационной обмотки, а также регулировочная обмотка 3, выполняющая роль обмотки управления, которые размещены на шестистержневом магнитопроводе 4 в соответствии фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4. Регулировочная обмотка 3 соединена в двойную звезду с общей заземленной средней точкой. Наружная трансформаторная обмотка 1 подключена к трехфазной электрической сети U_A, U_B, U_C. К выводам u_a u_b, u_c внутренней трансформаторной обмотки 2 подключена нагрузка 6 активного R_n, индуктивного L_n, емкостного C_n или смешанного активно-реактивного характера. К регулировочной обмотке 3 с шестью резистивными сопротивлениям R5, соединенными в двойную звезду, через выключатель К подключен регулятор насыщения РН 7 - пофазно регулируемый источник постоянного напряжения. На фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 заштриховкой показаны в разрезе поперечные сечения всех трех обмоток. Сечение наружной трансформаторной обмотки 1 составляет S_н (фиг. 2). Сечение внутренней трансформаторной обмотки 2 - S_в (фиг. 3). Суммарное сечение каждых двух соседних регулировочных обмоток 3 каждой фазы обмотки составляет S_po (фиг. 4).

Устройство, выполненное в соответствии с формулой предлагаемого технического решения, работает следующим образом. При подключении устройства к сети U_A, U_B, U_C через трансформаторные обмотки 1 и 2 электроэнергия напряжением u_a, u_b, u_c, передается в нагрузку б как в обычном трансформаторе. При подключении регулировочной обмотки 3 через ключ К к регулятору насыщения РН 7 стержни магнитопровода 4 начинают насыщаться, и в устройстве начинает возрастать потребление реактивной мощности из электрической сети U_A, U_B, U_C. В результате устройство работает не только как трансформатор, но и как управляемый подмагничиванием реактор. Соединение фаз регулировочной обмотки 3 в три независимые ветви позволяет регулировать выдаваемую реактором-трансфоратором в каждой фазе независимо от соседних фаз, т.е. в отличие от прототипа осуществляется пофазное управление насыщением магнитной системы. Это позволяет независимо от соседних фаз изменять и стабилизировать напряжение каждой фазы, обеспечивать симметрирование напряжений фаз сети. Это особенно важно для сетей с резко неравномерной нагрузкой, например, для тяговых подстанций электроснабжения железнодорожного транспорта. В таких сетях (например, при работе электровозов) из-за резкого изменения нагрузки возникает необходимость быстрого снижения потребляемой реактивной мощности устройства. В связи с этим в целях расширения функциональных возможностей в устройство введен выключатель К, который отключает регулировочную обмотку 3 от регулятора насыщения РН 7, в течение короткого времени снижая реактивную мощность реактора-трансформатора до нуля. Однако в результате разрыва цепи постоянного тока в индуктивности на выводах регулировочной обмотки 3 возникают перенапряжения, величина которых ограничивается резистивными сопротивлениями 5. Максимально допустимое перенапряжение, возникающее в регулировочной обмотке 3 при отключении регулятора насыщения РН 7 ключом К, определяет верхний предел максимально допустимой величины резистивного сопротивления R:

где U_мax - максимально допустимое перенапряжение регулировочной обмотки 3; I_мax - максимальный ток регулировочной обмотки 3. Нижний предел допустимой величины резистивного сопротивления R зависит от допустимых потерь мощности в сопротивлениях R и их нагреву при номинальном режиме насыщения. Это нормируется для каждого реактора в зависимости от его мощности и требований в технических условиях. Введенное пофазное регулирование позволяет осуществить диагностику каждой из фаз в отдельности при заводских испытаниях и текущей эксплуатации, что позволяет расширить функциональную возможностей устройства в целом.

Отличительной особенностью устройства является то, что при соблюдении соотношения размеров площадей сечения обмоток

где S_н - сечение наружной сетевой обмотки, S_в - сечение внутренней компенсационной обмотки, S_po - сечение регулировочной обмотки, обеспечивается оптимальное снижение массы и габаритов устройства в целом. Нижний предел выражения (2) характерен для емкостного характера нагрузки, а верхний предел - для емкостного. Для смешанной активно-реактивной нагрузки целесообразно выбирать промежуточные значения диапазона выражения (2). Чем меньше номинальная мощность передаваемой нагрузки по отношению к номинальной мощности устройства, тем ближе к нижнему пределу выбирается значение выражения (3) и, наоборот, чем выше относительная мощность передаваемой нагрузки, тем ближе к верхнему пределу принимается значение выражения (3).

Работоспособность предлагаемого устройства экспериментально проверена на его физических моделях, а также путем математического моделирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Статический компенсатор реактивной мощности. Патент РФ №2510556. H02J 3/18. Дата подачи заявки: 05.09.2012. Опубликовано: 27.03.2014.

2. Источник реактивной мощности. Патент РФ №2410785. H01F 29/14. Дата подачи заявки: 18.01.2010. Опубликовано: 27.01.2011.

Claims (6)

1. Трехфазный реактор-трансформатор с регулируемым насыщением магнитопровода, содержащий магнитопровод с шестью стержнями, по два стержня на фазу, наружную сетевую и компенсационную внутреннюю обмотки, регулировочную обмотку, расположенную на каждом стержне, разделенную на две части и подключенную к регулятору насыщения, отличающийся тем, что в устройство введены шесть резистивных сопротивлений и выключатель, регулировочная обмотка имеет схему соединения в виде двойной звезды с общей средней точкой, шесть резистивных сопротивлений соединены в схему двойной звезды с общей средней точкой и подключены параллельно регулировочной обмотке, а через выключатель - к упомянутому регулятору насыщения, при этом максимально допустимая величина резистивного сопротивления R соответствует условию
2. R≤U_мax/I_мах,
3. где U_мax - максимально допустимое перенапряжение регулировочной обмотки, I_мах - максимальный ток регулировочной обмотки, а соотношения размеров поперечных сечений обмоток находятся в пределах
4. 1/8<(S_н-S_в)/(S_н+S_в)<2/5 и
5. 1/8<S_po/(S_н+S_в)<2/5,
6. где S_н - сечение наружной сетевой обмотки, S_в - сечение внутренней компенсационной обмотки, S_po - сечение регулировочной обмотки.

Images