[1]Фильтр заземляющий нулевой последовДательности
[2]Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к электрическим реакторам и трансформаторам, и может быть использована в трехфазных воздушных или кабельных электрических сетях с изолированной нейпралью для отфилыровывания составляющей тока нулевой последовательности путем создания «искусственного заземления, «искусственной нейтрали, необходимой, например, для подсоединения к ней заземляющего дугогасящего реактора, компенсирующего емкостной ток замыкания одной фазы сети на землю и ликвидирующего или предотвращающего таким образом опасное дуговое замыкание на землю.
[3]Аналогом предлагаемой полезной модели, который имеет такие же конструктивные признаки и выполняет такие же функции, является трехфазный трансформатор (см. 1 , стр.42, рис.31 и стр.194, рис.140,а). Аналог содержи1 вводы трехфазной сети и ввод нейтрали, трехфазный сердечник , шихтованный из электротехнической стали, на каждом из трех стержней которого расположены внутренняя и внещняя обмотки. Одни обмотки соединены в звезду с нулем, другие обмотки соединены в треугольник. Недостаток известного устройства состоит в его больщой стоимости из-за того, что оно выполняет как функции трансформатора, так и заземляющего реактора. Кроме того, трансформатор можно загружать только наполовину его мощности, т.к. при возникновении замыкания на землю в сети он будет нагружаться током нулевой последовательности, компенсирующим ток в месте замыкания, и этот режим может продолжаться несколько часов, пока линия не будет отремонтирована.
[4]Указанные недостатки частично устранены в дрзтом известном устройстве , принятом в качестве прототипа (см. 1, стр.193-194, рис.139), во вспомогательным заземляющем трансформаторе для создания «искусственной нейтральной точки, необходимой для подсоединения к ней заземляющего дугогасящего реактора. В современной стандартизованной терминологии для рассматриваемого электромагнитного устройства специального термина не предусмотрено. Поэтому в технической литературе оно называется и вспомогательным заземляющим трансформатором, и трехфазным заземляющим реактором, и трехфазным трансформатором с одной обмоткой, соединенной в зигзаг (без вторичной обмотки). Наиболее подходит для этого термин «фильтр заземляющий нулевой последовательности , как это также встречается в литературе. Такой термин характеризует основную функциональную особенность, основную функциональную принадлежность устройства, в то время как другие термины отражают конструктивные особенности рассматриваемого устройства, являющегося изделием трансформаторного производства. В прототипе - фильтре заземляющем нулевой последовательности (трехфазном заземляющем реакторе)
[6]имеются вводы трехфазной сети и ввод нейтрали, трехфазный сердечник, шихтованный из электротехнической стали, на каждом из трех стержней сердечника расположены внутренняя и внешняя части обмоток, соединенные в зигзаг. Недостатком прототипа является неравномерное распределение напряжений, воздействующих на основные изоляционные промежутки реактора, снижающее надежность его работы и увеличивающее затраты активных и изоляционных материалов.
[7]Полезная модель предлагается с целью повышения электрической прочности фильтра заземляющего нулевой последовательности путем наиболее рационального распределения напряжений, воздействующих на изоляционные промежутки, путем введения ndBbix связей, т.е. соединений частей обмоток.
[8]Поставленная цель достигается тем, что фильтр заземляющий нулевой последовательности, содержащий вводы трехфазной сети, ввод нейтрали и трехфазный сердечник, шихтованный из электротехнической стали , имеет расположенные на каждом из трех стержней внутренние и внешние части обмоток, соединенные в зигзаг, причем начала и концы частей обмоток соединены между собой, подсоединены к вводам трехфазной сети и к вводу нейтрали.
[9]Отличительными признаками является то, что все шесть частей обмоток имеют одну и ту же намотку, например, правую (или левую), начало внутренней части обмотки стержня А соединено с началом внешней части обмотки стержня С, начало внутренней части обмотки стержня В еоединено с началом внешней части обмотки стержня А, начало внутренней части обмотки стержня С соединено с началом внешней части обмотки стержня В, при этом концы внешних частей обмоток еоответствующих стержней подсоединены к вводам трехфазнрй сети, а концы внутренних частей обмоток подеоединены к вводу нейтрали.
[10]Новым в предлагаемой полезной модели является установление новых связей между элементами - направление намотки и соединение-частей обмоток . Повые признаки, отличающие предполагаемую полезную модель от прототипа, в аналогах не выявлены.
[11]Устройство поясняется чертежами. На фиг.1 показан фильтр заземляющий нулевой последовательное и в осевом сечении, на фиг.2 - в плане, на фиг.З дана схема электричеекой сети с фильтром заземляющим нулевой последовательносги, на фиг.4 приведена векгорная диаграмма напряжений .
[12]Фильтр заземляющий нулевой последовательности (фиг.1 и фиг.2) имеет трехфазный еердечник I, шихюванный из лиетов электротехнической стали. Сердечник еостоит из трех стержней 2, 3 и 4 (А, В и С), а также верхнего 5 и нижнего 6 ярем. На каждом етержне раеположено по две чарти обмотки: внутренние части 7 и внешние части 8. Конструкция обмотки может быть любой, например, многослойного цилиндрического типа, для которой начало каждой части обмотки находится на внутреннем слое ( для
[13]внутренних частей обмотки это отводы А1, В1 и С1, а для внешних - X, Y и Z) а конец - на внешнем (для внутренних частей обмоток это отводы XI, Y1 и Z1, а для внешних - А, В и С). Намотка всех частей обмоток - одного вида, например, левая (или правая). При четном числе слоев начало и конец каждой части обмотки располагается на одном и том же, в данном случае верхнем торце обмотки. Фильтр заземляюший нулевой последовательности имеет три ввода 9, 10 и 11 трех стержней А, В и С, а также ввод О нейтрали 12. Вводы расположены на крышке бака реактора 13. Концы внешних частей обмоток А, В и С подсоединены к вводам трехфазной 9,10 и 11, а концы внутренних частей XI, Y1 и Z1 соединены между собой и подсоединены к вводу нейтрали 12. Начало внутренней части обмотки стержня А (отвод At) соединено с началом внешней части обмотки стержня С (с отводом Z), начало внутренней части обмотки стержня В (отвод В1) соединено с началом внеишей части обмотки стержня А (с отводом X), начало внутренней части обмотки стержня С (отвод С1) соединено с началом внешней части обмотки стержня В (с отводом У).
[14]Поясним принцип дсйспзия и работу устройства, выполненного в соответствии с формулой предлагаемой полезной модели.
[15]Распределительные трехфазные электрические сети 6 - 35 кВ (фиг.З) часто имеют изолированную нейтраль, например, если силовой трансформатор 14 имеег сетевую обмогку, соединенную в 1реугольник. В этом случае для образования «искусственной нейтрали, необходимой для подключения дугогасяшсго реактора, применяется фильтр заземляющий нулевой последовательности 15, обмотки которого соединены в зигзаг. К нейтрали этого фильтра 15 и подключается однофазный дугогасящий реактор 16, например, дугогасяший управляемый реактор, регулируемый подмагничиванием .
[16]При нормальном режиме в сети к фильтру заземляющему нулевой поел едовагельносч и 15 к вводам 9 (А), 10 (В) и 11 (С) приложена симметричная система трехфазных напряжений сети. Поэтому напряжение на нейтрали филыра - вводе 12 (0) огносигельно земли равно нулю, ток всех трех фаз реактора - ток намагничивания стали замкнутого сердечника весьма мал (аншюгично току хо;юсго1 о хода чрехфазного трансформатора ), ток нейтрали (ток дугогасяшего реактора) также в силу симметрии напряжений , естественно, равен нулю.;
[17]При возникновении в сети замыкания на землю 17 одной фазы, например , фазы С на схеме фиг.З, симметрия напряжений нарушается, на нейтрали появляется напряжение. Это напряжение оказывается приложенным к дугогасяшему реактору 16, управляемому подмагничиванием, индуктивность которого автоматиг1ески подстраивается в резонанс с распределенной емкостью 18 сети, в результате чего ток в точке замыкания на землю 17 снижается почти до нуля, что и требуется для гашения этой дуги или для продолжения эксплуатации до ремонта сети. На время замыкания на землю через обмотки фильтра заземляющего нулевой последовательности 15 протекает ток нулевой последовательности, для которого индуктивность фильтра из-за соединения его обмоток в зигзаг мала. В результате в таком режиме основное напряжение падает не на фильтр заземляющий нулевой последовательности 15, а на дугогасящий реактор 16. Поэтому режимом , определяющим электрическую прочность фильтра заземляющего нулевой последовательности, является длительный первый описанный практически бестоковый режим холостого хода, когда к нему приложено трехфазное симметричное напряжение сети.
[18]В этом режиме в трех стержнях фильтра 2, 3 и 4 имеются три сдвинутых на переменных магнитных потока Фл , Фв и Фс (фиг.1), которые наводят в частях обмоток, расположенных на этих стержнях, напряжения UOA, UOB и U()c. В соответствии со схемой соединения в зигзаг (фиг.2 и фиг.З) напряжения на вводах 10, 11 и 12 (А, В и С) можно найти из векторной диаграммы на фиг.4. Из этой же веюорной диаграммы можно определить напряжения, воздействующие па наиболее важные изоляционные промежутки: обмотка - стержень 19 и впутрепняя часть обмотки - внещняя часть обмотки 20 (канал между частями обмоток). Если принять за 100% линейное напряжение на фильтре (линейное напряжение сети, на фиг.4 это отрезки UAB, UBC или UAC) то напряжения на этих промежутках 19 и 20 будут соответственно 33,33% (вектору Uo-ль Uo-ni и ) и 33,33% (BeKiopbiUxi-x, иу1-уи Uzi-z). Как видно, имеет место равномерное распределение напряжений по изоляционным промежуткам, что позволяет выбрать размеры этих изоляционных промежутков минимальными, обеспечив минимальные затраты активных и изоляционных материалов и повышенную надежность работы изоляции фильтра заземляющего нулевой последовательности .
[19]В прототипе возможно несколько вариантов выполнения частей обмоток и соединения их отводов. Можно показать, например, что при левой намотке внутренней части обмотки 7 и правой намотке внешней части обмотки 8 распределение напряжений в двух рассматриваемых изоляционных промежутках 19 и 20 в одном варианте прототипа оказывается 0% и 88,18%, а в другом варианте прототипа - 0% и 57,70%, т.е. получается большая неравномерность распределения напряжений и существенно большие напряжения на одном из основных промежутков.
[20]Таким образом, в предлагаемом фильтре заземляющем нулевой последовательности из всех возможных схем соединений отводов частей обмоток осуществлена единственная оптимальна схема соединений, т.е. по сравнению с прототипом введепы связи, придающие новому устройству новые положительные свойства.
[21]В итоге предлагаемый фильтр заземляющий нулевой последовательности имеет преимущества в затратах материалов и в надежности по сравнению с прототипом.
[22]Работоспособность предлагаемого фильтра заземляющего нулевой последовательности и его более высокие технико-экономические показатели подтверждены расчетами и испытаниями опытных образцов типа ФМЗО.
[23]По сравнению с базовым устройством (трехфазным трансформатором с соединением обмоток звезда - треугольник), выполняющим те- же. функции , предлагаемый фильтр заземляющий нулевой последовательности имеет ряд преимуществ, из которых 1лавные - меньшие габариты, масса и стоимость.
[24]Использованная литература
[25]1.Вильгейм Р., Уотсрс М., Заземление нейтрали в высоковольтных системах. -М.-Л. Госэнергоиздат, 1959.-416 с.
[26]Формула полезной модели
[27]Фильтр заземляющий нулевой последовательности для трехфазных сетей с изолированной нейтралью, содержащий вводы трехфазной сети и ввод нейтрали, шихтованный из электротехнической стали трехфазный сердечник, на каждом из трех стерж11бй сердечника которого А, В и С расположены внутренняя и внешняя части обмоток, соединенные в зигзаг, (причем начала и концы 4€i t € miomoK соодшшни ({ч)у собой, подсос диисны Л трехфазной ccnniir f f c fffшшt},o шluчaющнйcя тем, что (о ifc повышения эJ cкtnpu ii кou fю шюtmt -€ tt(W cнuil ооэ(ойотоующых на
[28]пряж-ент на ujOMiifiK ftHhitf ,жумш4г-Н( иа()слсности} упомянутые части обмрток имеют одну и гу же намотку, например, левую, начало внутренней Хасти обмотки А соеди11ено с началом внешней части обмотки сфержня С, начало внутренней части обмотки стержня В соединено с началом внешней части обмотки стержня А, начало внутренней части обмотки стержня С соединено с началом внсщней части обмотки стержня В, при этом концы внешних часте|1 обмоток соответств тощих стержней подсоединены к вводам трехфазной сети, а концы внутренних частей обмоток подсоединены к вводу нейтрали.
