Конденсаторна установка для автоматичної компенсації реактивної

17.07.2015

конденсаторна установка для автоматичної компенсації реактивної потужності
Малюнки до патенту РФ 2467448

Пропоноване винахід відноситься до електротехніки, зокрема до електророзподільного обладнання, і служить для компенсації в автоматичному режимі реактивної потужності індуктивного характеру в умовах змінних навантажень з метою підтримки рівня реактивної потужності в заданому діапазоні значень.

З рівня техніки для автоматичної компенсації реактивної потужності в техніці застосовується, наприклад, конденсаторна установка типу УКМ, що складається з трансформатора струму, регулятор реактивної потужності, першого, другого, третього і четвертого електромагнітних пускачів, першої, другої, третьої і четвертої ступенів регулювання, причому перший вхід трансформатора струму з’єднаний з лінійним проводом фази А джерела живлення, а другий вхід трансформатора струму з’єднаний з лінійним проводом фази А навантаження, перший і другий виходи трансформатора струму з’єднані з першим і другим входами регулятора реактивної потужності, третій і четвертий входи якого з’єднані з лінійними проводами фаз В і С, перший, другий, третій і четвертий виходи регулятора реактивної потужності з’єднані з входами першого, другого, третього і четвертого електромагнітних пускачів, п’ятий вхід і п’ятий вихід регулятора реактивної потужності приєднані до нейтрального проводу N, перший, третій і п’ятий контакти електромагнітних пускачів з’єднані з лінійними проводами фаз А, В і С, а другий, четвертий і шостий контакти електромагнітних пускачів з’єднані з входами першої, другої, третьої і четвертої ступенів регулювання, причому контакти першого електромагнітного пускача з’єднані з першим ступенем регулювання, контакти другого електромагнітного пускача з’єднані з другою сходинкою регулювання, контакти третього електромагнітного пускача з’єднані з третьою сходинкою регулювання, контакти четвертого електромагнітного пускача з’єднані з четвертою сходинкою регулювання (Керівництво по експлуатації. ДИАФ.673820.015 РЕ, 1990, Установка конденсаторна типу УКМ. 28 с. с. 13, 14).

Найбільш близькою до заявленого пристрою є конденсаторна установка компенсації реактивної потужності, що складається з трансформатора струму, регулятор реактивної потужності, першого, другого, третього і четвертого електромагнітних пускачів, першої, другої, третьої і четвертої ступенів регулювання, причому перший вхід трансформатора струму з’єднаний з лінійним проводом фази А джерела живлення, а другий вхід трансформатора струму з’єднаний з лінійним проводом фази А навантаження, перший і другий виходи трансформатора струму з’єднані з першим і другим входами регулятора реактивної потужності, третій і четвертий входи якого з’єднані з лінійними проводами фаз В і С, перший, другий, третій і четвертий виходи регулятора реактивної потужності з’єднані з входами першого, другого, третього і четвертого електромагнітних пускачів, п’ятий вхід і п’ятий вихід регулятора реактивної потужності приєднані до нейтрального проводу N, перший, третій і п’ятий контакти електромагнітних пускачів з’єднані з лінійними проводами фаз А, В і С, а другий, четвертий і шостий контакти електромагнітних пускачів з’єднані з входами першої, другої, третьої і четвертої ступенів регулювання, причому контакти першого електромагнітного пускача з’єднані з першим ступенем регулювання, контакти другого електромагнітного пускача з’єднані з другою сходинкою регулювання, контакти третього електромагнітного пускача з’єднані з третьою сходинкою регулювання, контакти четвертого електромагнітного пускача з’єднані з четвертою сходинкою регулювання, ємності конденсаторів З2. 3 і4 ступенів регулювання2. A3. А4 вибираються рівними C2 =2*С1. 3 =4*1. C4 =8*C1. де під1 розуміється ємність конденсаторів першої ступені регулювання.1 (Патент РФ на корисну модель № 96670, G04F 10/04, 2010 р.).

Відоме пристрій дозволяє автоматично змінювати сумарну ємність конденсаторів при зміні величини індуктивної складової реактивної потужності навантаження шляхом послідовного підключення і відключення окремих ступенів регулювання за допомогою магнітних пускачів. До його недоліків відносяться: великий рівень комутаційних перешкод при підключенні і відключенні окремих ступенів, підвищений знос контактних груп магнітних пускачів, великі величини зарядно-розрядних струмів, що протікають через конденсатори при підключенні і відключенні, що призводить до скорочення терміну служби останніх. Інерційність магнітних пускачів, які застосовуються в даному пристрої в якості комутаційних вузлів, не дозволяє компенсувати швидкі зміни величини індуктивної складової реактивної потужності навантаження. Крім того, схемотехнічні особливості відомого пристрою не дозволяють ефективно застосовувати його для компенсації величини індуктивної складової реактивної потужності при несиметричною навантаженні.

Технічною задачею заявленого винаходу є підвищення швидкодії, надійності, пожежної безпеки і терміну служби конденсаторної установки за рахунок застосування безіскрової комутації за допомогою напівпровідникових двонаправлених ключів, збільшення діапазону компенсується реактивної потужності і точності компенсації за рахунок забезпечення компенсації реактивної індуктивної потужності навантаження незалежно в кожній з фаз, зниження рівня комутаційних завад за рахунок застосування спеціального алгоритму комутації конденсаторів.

Поставлена технічна задача вирішується за рахунок того, що в конденсаторної установки для компенсації реактивної потужності, що складається з трансформатора струму, регулятор реактивної потужності, першого, другого, третього і четвертого електромагнітних пускачів, першої, другої, третьої і четвертої ступенів регулювання, причому перший вхід трансформатора струму з’єднаний з лінійним проводом фази А джерела живлення, а другий вхід трансформатора струму з’єднаний з лінійним проводом фази А навантаження, перший і другий виходи трансформатора струму з’єднані з першим і другим входами регулятора реактивної потужності, третій і четвертий входи якого з’єднані з лінійними проводами фаз В і С, перший, другий, третій і четвертий виходи регулятора реактивної потужності з’єднані з входами першого, другого, третього і четвертого електромагнітних пускачів, п’ятий вхід і п’ятий вихід регулятора реактивної потужності приєднані до нейтрального проводу N, перший, третій і п’ятий контакти електромагнітних пускачів з’єднані з лінійними проводами фаз А, В і С, а другий, четвертий і шостий контакти електромагнітних пускачів з’єднані з входами першої, другої, третьої і четвертої ступенів регулювання, причому контакти першого електромагнітного пускача з’єднані з першим ступенем регулювання, контакти другого електромагнітного пускача з’єднані з другою сходинкою регулювання, контакти третього електромагнітного пускача з’єднані з третьою сходинкою регулювання, контакти четвертого електромагнітного пускача з’єднані з четвертою сходинкою регулювання, причому ємності конденсаторів З2. 3 і4 ступенів регулювання2. A3. А4 вибираються рівними C2 =2*С1. 3 =4*1. C4 =8*C1. де під1 розуміється ємність конденсаторів першої ступені регулювання.1. згідно винаходу додатково встановлені зарядно-розрядний пристрій з функцією компенсації струмів витоку конденсаторів, два трансформатора струму таким чином, що перші входи додаткових трансформаторів струму з’єднані з лінійними проводами фаз В і З джерела живлення, другі входи додаткових трансформаторів струму з’єднані з лінійними проводами фаз В і С навантаження, регулятор реактивної потужності виконаний щонайменше з сімома входами, з яких три підключені до перших виходів трансформаторів струму, причому другі виходи трансформаторів струму приєднані до нейтрального проводу, три входу регулятора реактивної потужності підключені до лінійних проводів фаз А, В і С, сьомий вхід приєднаний до нейтрального проводу, і 3*K виходами, де K — кількість ступенів регулювання; замість електромагнітних пускачів застосовуються двонаправлені керовані напівпровідникові ключі загальною кількістю 3*K, керуючі входи яких з’єднані з відповідними виходами регулятора реактивної потужності таким чином, що є можливість роздільної по фазах комутації гілок ступенів регулювання.

Заявлений винахід пояснюється графічним матеріалом, де представлена блок-схема конденсаторної установки для автоматичної компенсації реактивної потужності.

Конденсаторна установка для автоматичної компенсації реактивної потужності містить вхідну трифазну четырехпроводную шину 1 для підключення до фаз А, В, С і нульового проводу N джерела живлення, вихідну трифазну четырехпроводную шину 2 для підключення навантаження, три трансформатора 3 струму, перші входи яких підключені до фаз А, В і С вхідний трифазної чотирипровідної шини 1, другі входи трансформаторів 3 струму підключені до фаз А, В і С вихідний трифазної чотирипровідної шини 2 таким чином, щоб струм споживаний навантаженням повністю проходив через первинні обмотки трансформаторів 3 струму, перші виходи трансформаторів 3 струму підключені до трьох струмовим входів регулятора 4 реактивної потужності, другі виходи трансформаторів 3 струму підключені до нульового проводу N, загальним для вхідних трифазної чотирипровідної шини 1 і вихідний трифазної чотирипровідної шини 2, і до нейтрального входу регулятора 4 реактивної потужності, причому фази А, В і С вхідний трифазної чотирипровідної шини підключені до трьох входів напруги регулятора 4 реактивної потужності, K 5 ступенів регулювання, кожна з яких складається з трьох двонаправлених напівпровідникових ключів 6, керуючі входи яких підключені до виходів регулятора 4 реактивної потужності, силові входи двонаправлених напівпровідникових ключів 6 підключені до фаз А, В і С вихідний трифазної чотирипровідної шини 2, силові виходи двонаправлених напівпровідникових ключів 6 підключені до перших входів конденсаторів 7, другі входи конденсаторів 7 підключені до фаз В, С і А тієї ж вихідної трифазної чотирипровідної шини 2 в зазначеному порядку з утворенням схеми трикутника, причому ємності конденсаторів, що належать до ступеня регулювання під номером k, визначаються за формулою (1):

де через C1 позначена ємність конденсаторів першої ступені регулювання, зарядно-розрядний пристрій 8 з функцією компенсації струмів витоку, кожен з 3*K виходів якого незалежно підключений до відповідного конденсатора розглянутої установки по окремому проводу спеціальної зарядно-розрядної шини 9.

Конденсаторна установка для автоматичної компенсації реактивної потужності працює наступним чином.

Вхідні трифазна чотирипровідна шина 1 пристрою підключається до трьох фазах А, В і З джерела живлення, а також до нульового проводу N. Навантаження підключається до фаз А, В і С вихідний шини 2 і при необхідності до нульового проводу N, який є спільним для шин 1 і 2. Споживані навантаженням фазові струми проходять через первинні обмотки трансформаторів 3 струму. Перші виходи трансформаторів 3 струму підключені до трьох струмовим входів регулятора 4 реактивної потужності, другі виходи трансформаторів струму 3 приєднані до нейтрального проводу N. Три фазових дроти А, В і С вхідний трифазної чотирипровідної шини 1 підключені до трьох входів напруги регулятора 4 реактивної потужності, нейтральний провід N трифазної чотирипровідної шини 1 підключений до входу нейтралі регулятора 4 реактивної потужності. При подачі живлячої напруги на вхідну четырехпроводную шину 1 підключений до неї зарядно-розрядний пристрій 8 по всім 3*K проводах зарядно-розрядної шини 9 здійснює процес заряду всіх конденсаторів 7 до напруги, рівної амплітудної величиною лінійного напруги. Після завершення процесу заряду починає працювати регулятор 4 реактивної потужності, який вимірює величини і знаки реактивних потужностей, споживаних навантаженням окремо по кожній фазі, і видає управляючі сигнали на двосторонні ключі 6 таким чином, щоб сумарна реактивна потужність конденсаторів підключених 7 максимально можливо повно компенсувала індуктивні реактивні потужності навантаження по кожній фазі. Керуючі сигнали на включення відповідних ключів подаються у моменти досягнення лінійним напругою, під яке підключається конкретний конденсатор 7, амплітудного значення, при цьому різниця потенціалів на ключі 6 в момент включення дорівнює нулю. Відключення конкретного конденсатора 7 також відбувається в момент досягнення лінійним напругою, під який підключений конкретний конденсатор, амплітудного значення, при цьому дорівнює нулю величина протікає через ключ 6 струму. Описаний алгоритм комутації конденсаторів 7 ключами 6 дозволяє звести до мінімуму комутаційні стрибки струмів і напруг. Для того щоб тимчасово відключені конденсатори 7 можна було при необхідності знову підключити в момент досягнення лінійним напругою, під яке підключаються конкретні конденсатори 7, амплітудного значення, напруга на них підтримується рівним амплітудної величиною лінійного напруги за допомогою зарядно-розрядного пристрою 8 за рахунок того, що в тимчасово відключені конденсатори 7 по відповідним проводах зарядно-розрядної шини 9 подаються струми, компенсуючі струми витоку (струм саморозряду) конденсаторів 7. При відключенні живлячої напруги від вхідної чьотирьох шини 1 зарядно-розрядний пристрій 8 по зарядно-розрядній шині 9 здійснює процес плавного розряду всіх конденсаторів 7.

Таким чином, описаний пристрій дозволяє компенсувати індуктивне реактивну потужність навантаження індивідуально в кожній фазі, причому точність компенсації визначається величиною ємності конденсаторів першої ступені регулювання, а діапазон компенсації залежить від кількості K ступенів регулювання. Автоматичний режим роботи пристрою звільняє оператора від необхідності втручання в його роботу. Застосування напівпровідникових ключів забезпечує високу швидкість реагування пристрої на зміну параметрів навантаження, безшумність роботи і пожежобезпечність у зв’язку з відсутністю іскріння на контактах. Запропонований алгоритм роботи ключів підвищує надійність силових елементів і пристрою в цілому. Практична відсутність комутаційних викидів забезпечує відсутність електромагнітних завад від даного пристрою, що розширює сферу його застосування. Тим самим заявлений у формулі винаходу результат реалізований.

Аналіз заявленого технічного рішення на відповідність умовам патентоспроможності показав, що зазначені в незалежному пункті формули ознаки є суттєвими і взаємопов’язані між собою з утворенням стійкої сукупності необхідних ознак, достатню для отримання необхідного синергетичного (сверхсуммарного) технічного результату.

Властивості, регламентовані в заявленому з’єднанні окремими ознаками, загальновідомі з рівня техніки і не вимагають додаткових пояснень.

Таким чином, вищевикладені відомості свідчать про виконання при використанні заявленого технічного рішення наступної сукупності умов:

— об’єкт, що втілює заявлене технічне рішення, при його здійсненні призначений для використання в галузі промислового електророзподільного обладнання;

— для заявленого об’єкта в тому вигляді, як він охарактеризований у незалежному пункті формули корисної моделі, підтверджена можливість його здійснення за допомогою описаних у матеріалах заявки відомих з рівня техніки на дату пріоритету засобів і методів;

— об’єкт, що втілює заявлене технічне рішення, при його здійсненні здатний забезпечити досягнення вбачаються заявником технічного результату.

Отже, заявлений об’єкт не відповідає вимогам умові патентоспроможності «новизна» і «промислова придатність» по чинному законодавству.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Конденсаторна установка компенсації реактивної потужності, що складається з трансформатора струму, регулятор реактивної потужності, першого, другого, третього і четвертого електромагнітних пускачів, першої, другої, третьої і четвертої ступенів регулювання, причому перший вхід трансформатора струму з’єднаний з лінійним проводом фази А джерела живлення, а другий вхід трансформатора струму з’єднаний з лінійним проводом фази А навантаження, перший і другий виходи трансформатора струму з’єднані з першим і другим входами регулятора реактивної потужності, третій і четвертий входи якого з’єднані з лінійними проводами фаз В і С, перший, другий, третій і четвертий виходи регулятора реактивної потужності з’єднані з входами першого, другого, третього і четвертого електромагнітних пускачів, п’ятий вхід і п’ятий вихід регулятора реактивної потужності приєднані до нейтрального проводу N, перший, третій і п’ятий контакти електромагнітних пускачів з’єднані з лінійними проводами фаз А, В і С, а другий, четвертий і шостий контакти електромагнітних пускачів з’єднані з входами першої, другої, третьої і четвертої ступенів регулювання, причому контакти першого електромагнітного пускача з’єднані з першим ступенем регулювання, контакти другого електромагнітного пускача з’єднані з другою сходинкою регулювання, контакти третього електромагнітного пускача з’єднані з третьою сходинкою регулювання, контакти четвертого електромагнітного пускача з’єднані з четвертою сходинкою регулювання, причому ємності конденсаторів C2. C3, C4 ступенів регулювання A2. A3. A4 вибираються рівними C2 =2·C1. C3 =4·C1. C4 =8·C1. де C1 розуміється ємність конденсаторів першої ступені регулювання A11. відрізняється тим, що вона додатково містить зарядно-розрядний пристрій з функцією компенсації струмів витоку конденсаторів, два додаткових трансформатора струму, при цьому перші входи додаткових трансформаторів струму з’єднані з лінійними проводами фаз В і З джерела живлення, другі входи додаткових трансформаторів струму з’єднані з лінійними проводами фаз В і С навантаження, регулятор реактивної потужності виконаний, щонайменше, з сімома входами, три з яких підключені до перших виходів трансформаторів струму, причому другі виходи трансформаторів струму приєднані до нейтрального проводу, три входу регулятора реактивної потужності підключені до лінійних проводів фаз A, B і C, сьомий вхід приєднаний до нейтрального проводу, і 3·K виходами, де K — кількість ступенів регулювання, замість електромагнітних пускачів застосовуються двонаправлені керовані напівпровідникові ключі загальною кількістю 3·K, керуючі входи яких з’єднані з відповідними виходами регулятора реактивної потужності таким чином, що є можливість роздільної по фазах комутації гілок ступенів регулювання.

Короткий опис статті: регулятор реактивної потужності

Джерело: конденсаторна установка для автоматичної компенсації реактивної потужності — патент РФ 2467448 — Змієва Кіра Анатоліївна ,Кулагін Олег Абильнагимович

Також ви можете прочитати