Устройство питания и распределения электрической энергии в системах электроснабжения

 

Область использования: изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам питания и распределения электроэнергии в системах электроснабжения промышленных предприятий. Сущность изобретения: устройство содержит источник питания, подключенный к входному выключателю, и трансформатор, включающий первичную обмотку, подключенную к входному выключателю, и две вторичные обмотки, к которым через выходные выключатели подключена нагрузка. Устройство снабжено вторым источником питания и вторым входным выключателем, а в трансформатор введена дополнительная первичная обмотка, соединенная через второй входной выключатель с вторым источником питания, причем первичная и вторичная обмотки трансформатора концентрически расположены на общих стержнях магнитопровода. Устройство позволяет повысить надежность работы устройства за счет сокращения времени восстановления нормального питания нагрузки при нарушениях ее электроснабжения из - за отказов и отключений одного из источников. 7 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам питания и распределения электроэнергии в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Известны устройства питания и распределения электроэнергии, выполненные на базе двухобмоточных трехфазных трансформаторов, которые могут быть включены по нерезервированной или резервированной схеме [1] В нерезервированной схеме первичная обмотка двухобмоточного трансформатора подключена к шинам нагрузки через выключатель. В резервированной схеме первичные обмотки двух трехфазных двухобмоточных трансформаторов подключены к двум источникам питания через соответствующие выключатели, при этом в обычном рабочем режиме секционный выключатель отключен и секции шин разделены. По сравнению с нерезервированной схемой резервирования схема включения двухобмоточных трансформаторов обеспечивает большую надежность электроснабжения нагрузки, в частности при повреждениях в электрических сетях нагрузки может отключиться выключатель на вводе одной из секций шин, но другая секция шин и соответствующая половина нагрузки останутся в работе.

Из известных устройств питания и распределения электроэнергии в системах электроснабжения наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее источник питания и трехфазный трехобмоточный трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, причем первичная обмотка подсоединена через выключатель к источнику питания, а вторичные обмотки подключены через выключатели к нагрузке [2] Известные устройства с трехобмоточным трансформатором могут быть построены по резервированной или нерезервированной схеме. В нерезервированной схеме первичная обмотка трехобмоточного трансформатора подключена к источнику питания через выключатель, а две вторичные обмотки подключены к двум секциям шин нагрузки через выключатели, при этом в обычном режиме секционный выключатель отключен и секции шин разделены. В резервированной схеме первичные обмотки двух трехобмоточных трансформаторов подключены к двум источникам питания через выключатели, при этом две вторичные обмотки одного трансформатора подключены к двум секциям шин нагрузки через выключатели, а две вторичные обмотки другого трансформатора подключены к двум другим секциям шин нагрузки через выключатели, причем секционные выключатели в обычном режиме отключены и все секции шин разделены.

По сравнению со схемами включения двухобмоточных трансформаторов соответствующие схемы включения трехобмоточных трансформаторов обеспечивают более высокую надежность за счет большой степени деления нагрузки: при повреждениях в электрических сетях нагрузки может отключаться соответствующий выключатель на вводе одной секции, но остальная нагрузка: 50% для нерезервированной схемы и 75% для резервированной схемы остается в работе, в то время как в схемах с двухобмоточными трансформаторами в такой же ситуации остается соответственно 0 и 50% нагрузки.

Однако для крупных промышленных объектов с непрерывной технологией (газо- и нефтехимических предприятий, металлургических заводов и других) остро стоит проблема нарушений электроснабжения со стороны источников в электрических сетях питающей энергосистемы. Короткие замыкания, неизбежные при эксплуатации электрических сетей энергосистем, часто приводят к кратковременным нарушениям электроснабжения промышленных предприятий. Даже при кратковременном (от 0,2 до нескольких секунд) нарушении питания, проявляющемся в виде посадки напряжения на входе и выходе трансформатора, возможна потеря динамической устойчивости его электродвигательной нагрузки и ее отключение, на последующее восстановление технологического процесса предприятия затрачиваются многие часы (см. Ершов М.С. Егоров А.В. и Федоров В.А. Вопросы повышения устойчивости электроприводов многомашинных комплексов с непрерывным технологическим процессом при возмущениях в системе электроснабжения. Промышленная энергетика, 1992, N 7, с.23-26).

Использование существующих двух- и трехобмоточных трансформаторов, в том числе включенных по резервированным схемам, как правило, не обеспечивает полного сохранения в работе всей нагрузки трансформатора, подключенного к поврежденному вводу, из-за значительного времени восстановления питания, превышающего допустимое по условию устойчивости время перерыва электроснабжения. При этом время восстановления питания складывается из времени срабатывания защиты от потери питания шин нагрузки, времени подготовки и срабатывания автоматики включения секционного выключателя, а также собственного времени включения секционного выключателя (см. Корогодский В.И. Кужеков А.В. и Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1000 В. М. Энергоатомиздат, 1987, с.175-177) и достигает нескольких секунд.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет сокращения времени восстановления нормального питания нагрузки при нарушениях ее электроснабжения.

Цель достигается тем, что устройство питания и распределения электрической энергии в системах электроснабжения, содержащее источник питания, присоединенный к входному выключателю, и трансформатор, включающий первичную обмотку, подключенную к входному выключателю, и две вторичные обмотки, к которым через выходные выключатели подключена нагрузка, снабжено вторым источником питания и вторым входным выключателем, а в трансформатор введена дополнительная первичная обмотка, соединенная через второй входной выключатель с вторым источником питания, причем первичные и вторичные обмотки трансформатора концентрически расположены на общих стержнях магнитопровода.

На фиг.1 изображена общая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 схема размещения обмоток на стержне магнитопровода; на фиг.3 вариант электрической схемы соединения обмоток (У/У/Д/Д) трансформатора с двумя вводами (А1,В1,С1; А2,В2,С2) и двумя выходами (а1, b1, с1; а2, b2, с2); на фиг.4-7 схемы известных устройств с использованием двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов с резервированной и нерезервированной схемами включения.

Устройство содержит трехфазный многообмоточный трансформатор с двумя первичными обмотками 1 и 2 и двумя вторичными обмотками 3 и 4, две первичные обмотки 1 и 2 подключены через входные выключатели 5 и 6 к двум источникам 7 и 8 питания, а две вторичные обмотки трансформатора подключены через выключатели 9 и 10 к двум секциям шин нагрузки 11 и 12. Первичные и вторичные обмотки трансформатора 1-4 расположены на общих стержнях магнитопровода 13 (см. фиг. 2). Первичные и вторичные обмотки трансформатора могут быть соединены как в звезду (с нейтралью Y_н, без нейтрали Y), так и в треугольник Д (см.фиг.3).

Устройство работает следующим образом. В случае нарушения питания от одного из источников 7 или 8 и его отключения быстродействующей защитой за время до 0,2 с нормальное питание нагрузки сразу же восстанавливается за счет дополнительной обмотки, подключенной к неповрежденному источнику и создающей в стержнях магнитопровода магнитные потоки, которые индуцируют электродвижущие силы (ЭДС) в обеих вторичных обмотках трансформатора, при этом отпадает необходимость в использовании секционного выключателя.

После восстановления питания по ранее отключенному вводу нагрузка вновь перераспределяется по обоим вводам, причем более мощный ввод, обладающий меньшим сопротивлением источника, принимает на себя большую часть электрической нагрузки, за счет чего выравнивается устойчивость вводов. Кроме того, что трехфазный многообмоточный трансформатор с дополнительной первичной обмоткой позволяет принципиально решить проблему повышения устойчивости узлов электродвигателей нагрузки за счет значительного сокращения времени нарушения электроснабжения, система электроснабжения на базе предлагаемого устройства обладает и меньшей материалоемкостью по сравнению с соответствующими резервированными схемами на базе двух- и трехобмоточных трансформаторов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ, содержащее источник питания, подсоединенный к входному выключателю, и трансформатор, включающий первичную обмотку, подключенную к входному выключателю, и две вторичные обмотки, к которым через выходные выключатели подключена нагрузка, отличающееся тем, что оно снабжено вторым источником питания и вторым входным выключателем, а в трансформатор введена дополнительная первичная обмотка, соединенная через второй выходной выключатель с вторым источником питания, причем первичная и вторичная обмотки трансформатора концентрически расположены на общих стержнях магнитопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7