Электропередача

 

1. ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧА по авт. св. № 855848, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности оборудования электропередачи, несимметричный источник выполнен в виде симметричного источника, подключенного к трехфазной первичной обмотке несимметричного автотрансформатора на Ш-образном магнитопроводе , который содержит, кроме того, две вторичных и две третичных однофазных обмотки, причем первичные обмотки с числом витков Wj в каждой фазе расположены на всех трех стержнях .магнитопровода, вторичные обмотки с числом витков W2 - на крайних стержнях, а третичные с числом витков Wj - расположены на среднем стержне, и к первичной, обмотке, расположенной на среднем стержне, с обоих ее концов подключены последовательно соединенные в цепочки встречно включенные вторичные и третичные обмотки, свободные концы которых подключены к линии, причем к упомянутым концам первичной обмотки подключены одноименные с ними концы вторичных обмоток, а одна из фаз симметричного источника не связанная с вторичными обмотками , подключена к электропроводному объекту, при этом отношение чисел витков упомянутых обмоток соответственно равно Vi: i:(l-|f cosoJ)(-|-g)si«(|-f) ; Причем o(-2a,rctg. где Z(.H Z - сопротивления электропроводного объекта и одного из проводов несим (О метричной линии соответственно. 2. Электропередача по п. 1, отличающаяся , что, с целью подсоединения к ней симметричных нагрузок, она снабжена дополнительным трехфазным несимметричным автотрансформатором нагрузки, выполненным аналогично включенному на входе линии с обратным расположением вход00 ных и выходных зажимов. оо со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1081733 зов Н 02 J 3/00

«t !" sH1i;+. ° с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 855848 (21) 3523971/24-07 (22) 20. 12.82 (46) 23.03.84. Бюл. № 11 (72) О. Г. Денисенко, А. Д. Музыченко и А. П. Трофименко (71) Институт электродинамики АН Украинской ССР (53) 621.311.4.0.16313 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 855848, кл. Н 02 J 3/00, 1980. (54) (57) 1. ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧА по авт. св. № 855848, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности оборудования электропередачи, несимметричный источник выполнен в виде симметричного источника, подключенного к трехфазной первичной обмотке несимметричного автотрансформатора на Ш-образном магнитопроводе, который содержит, кроме того, две вторичных и две третичных однофазных обмотки, причем первичные обмотки с числом витков W, в каждой фазе расположены на всех трех стержнях,магнитопровода, вторичные обмотки с числом витков W на крайних стержнях, а третичные с числом витков W — расположены на среднем стержне, и к первичной обмотке, расположенной на среднем стержне, с обоих ее концов подключены последовательно соединенные в цепочки встречно включенные вторичные и третичные обмотки, свободные концы которых подключены к линии, причем к упомянутым концам первичной обмотки подключены одноименные с ними концы вторичных обмоток, а одна из фаз симметричного источника не связанная с вторичными обмотками, подключена к электропроводному объекту, при этом отношение чисел витков упомянутых обмоток соответственно равно 1 ° 2-\Мъ.=1 (1 ff с0 ): 81M — 4 — — ) &3%(+ — ); г причем d = 2, arity

1 где Z u Z — сопротивления электропроводного объекта и одного из проводов несимметричной линии соответственно.

2. Электропередача по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью подсоединения к ней симметричных нагрузок, она снабжена- дополнительным трехфазным несимметричным автотрансформатором нагрузки, выполненным аналогично включенному на входе линии с обратным расположением входных и выходных зажимов.

1081733 причем

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к системам электропередачи и системам питания электрических сетей, в частности к электрическим сетям, снабженным устройствами для устранения асимметрии напряжений и токов в сетях.

По основному авт. св. № 855848 известна электропередача, содержащая источник трехфазных напряжений, трехфазную нагрузку и несимметричную линию, выполненную из двух проводов и электропроводов объекта, выполняющего роль третьего провода, в которой трехфазный источник и нагрузка выполнены несимметричными по фазам (1) .

Недостатком электропередачи является выполнение несимметричных трехфазного источника и нагрузки иа базе несимметричного трансформатора, что приводит к увеличению установленной мощности электропередачи.

Целью изобретения является снижение установленной мощности оборудования электропередачи.

Поставленная цель достигается тем, что в электропередаче несимметричный источник выполнен в виде симметричного источника, подключенного к трехфазной первичной обмотке несимметричного автотрансформатора на Ш-образном магнитопроводе, который содержит, кроме того, две вторичных и две третичных однофазных обмотки, причем первичные обмотки с числом витков

W в каждой фазе расположены на всех трех стержнях магнитопровода, вторичные обмотки с числом витков W — на крайних стержнях, а третичные с числом витков

W — на среднем стержне, и к первичной обмотке, расположенной на среднем стержне, с обоих ее концов подключены последовательно соединенные в цепочки встречно включенные вторичные и третичные обмотки, свободные концы которых подключены к линии, причем к упомянутым концам первичной обмотки подключены одноименные с ними концы вторичных обмоток, а одна из фаз симметрично источника, не связанная с вторичными обмотками, подключена к электропроводному объекту, при этом отношение чисел витков упомянутых обмоток соответственно равно

Wg Wg . жз (! с 06 с1): ф- 5м (- - — ) ° c j g ($ <) i " 3VYW++l где Z и Z — сопротивления электропроводного объекта и одного из проводов несимметричной линии соответственно.

Кроме того, с целью подключения к электропередаче симметричных нагрузок она может быть снабжена дополнительным трехфазным несимметричным автотрансформатором нагрузки, выполненным аналогично включенному на входе линии с обратным

1О

55 расположением входных и выходных зажимов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема передачи, у которой несимметричный источник выполнен в виде последовательного соединения симметричного источника и несимметричного автотрансформатора, а линия и нагрузка — несимметричными; на фиг. 2 — трехфазная передача, у которой несимметричная нагрузка выполнена в виде последовательного соединения несимметричного трехфазного автотрансформатора и симметричной нагрузки; на фиг. 3— принципиальная схема соединений обмоток несимметричного автотрансформатора; на фиг. 4 — типографическая диаграмма напряжений обмоток несимметричного трехфазного автотрансформатора; на фиг. 5— графическая зависимость увеличения пропускной мощности электропередачи по сравнению с трехфазной электропередачей, у которой источник выполнен симметричным, от соотношения сопротивлений сопутствующего электропроводного объекта к одному из двух проводов трехпроводной несимметричной линии.

Трехфазная передача (фиг. 1) состоит из несимметричного источника 1, несимметричной нагрузки 2, несимметричной линии 3, состоящей из двух проводов 4 и 5, имеющих равные сопротивления Z, и сопутствующего электропроводного объекта

6 (например, рельсы, трубы, земля, корпуса и т.д.), имеющего сопротивление Х, подключенного между источником 1 и нагрузкой 2 и выполняющего роль третьего провода в трехфазной электропередаче. Несимметричный источник 1 состоит из симметричного источника 7 и несимметричного автотрансформатора 8.

Трехфазная электропередача (фиг. 2) состоит из несимметричного источника 1 и несимметричной линии 3, выполненных аналогично показанным на фиг. 1. Отличие электропередачи (фиг. 2) состоит в том, что несимметричная нагрузка 2 выполнена в виде последовательного соединения. несимметричного автотрансформатора 9 и симметричной нагрузки 10.

Несимметричный автотрансформатор (фиг. 3) содержит три обмотки, имеющие равное число витков W<, размещенные на всех трех стержнях трехфазного магнитопровода, соединенные между собой в треугольник и подключенные к симметричному источнику через зажимы А, В и С. Кроме того, несимметричный автотрансформатор содержит две вторичные обмотки с равным числом витков W, размещенные на крайних стержнях магнитопровода,,а также две третичные обмотки, имеющие равное число витков W> размещенные на среднем стержне магнитопровода. Каждая из обмоток

W, размещенная на крайнем стержне магнитопровода, соединена одноименными

3 концами с обмоткой, расположенной на среднем стержне магнитопровода, образуя цепи, одни концы которых соединены с входными зажимами В и С, а другие — с выходными зажимами В» и С». Зажим А является общим для входной и выходной систем напряжений.

Передача работает следующим образом.

Симметричная система напряжений с симметричного источника .7 через зажимы

А, В, и С подается на несимметричный трехфазный автотрансформатор 8, выходные зажимы А, В» и С» которого соединены с несимметричной линией 3. Выходная система напряжений Ц в,, U»s,<, и Uc, несимметричного автотрансформатора 8 несимметрична, причем два напряжения Ц в, " Ucãм равны по модулю ((-Ъв, = Ur,A. = U„) а третье Бв с,, не равно линейному напряжению U . Такую систему напряжений можно представить в виде. равнобедренного треугольника с углом сс между сторонами, изображающими равные напряжения В, АС; (фиг. 4) . Если коэффициент несимметрии трехфазных напряжений обозначить через причем Е =,—, У ф

V у (1) где U 4„и Uy —, фазные симметричные составляющие напряжений прямой и обратной последовательностей соответственно, определяемые из выражений

Ua = Ф(V4+»sus+a u,); и =ф (1Ул+Ф u +аVc), то связь а» и Е определяется геометрическими соотношениями треугольника напряжений (- лв, " - в,q, " Ue,p.

Из рассмотрения геометрических зависимостей треугольника напряжений найдем

» Ъаы9 (»,е) ° (3)

На начало и конец несимметричной линии 3 наложим условие уравновешенности передачи, чтобы в начале и конце линии

3 не нарушалось условие согласования

E44Ei= 0 (41 где Ei — коэффициент несимметрии токов линии 3, определяемый аналогично уравнениям (1) и (2}. ТЬгда связь между Е и соотношением — может быть представлена в виде

Š—, уу- С )

Подставляем уравнение (5) в равенство (3) и после преобразований находим

4i 2,агсtg

1 г УФ+1 (б)

Таким образом, система напряжений линии 3 при уравновешенной передаче зависит от соотношения между сопротивлениями электропроводного объекта 6 и одного кз проводов 4 и 5. Выражение (6) с

081733

55 помощью угла,c(. определяет форму треугольника напряжений на входе и выходе несимметричной линии 3.

Несимметричная система напряжений в линии 3 создается с помощью несиммеу-. ричного автотрансформатора 8 - на . вьжод.ных зажимах А, В» и С». С этой целью три равные обмотки W» соединены в треугольник и подключены к симметричному источнику (фиг. 3 и 4). Для создания е(, удовлетворяющего уравнению (6), причем

А - - на стержнях автотрансформатора 8

9 образованы из обмоток две последовательные цепи, одна из которых одним выводом подсоединена к входному зажиму В автотрансформатора, а другим — к выходному зажиму В,, а другая последовательная цепь одним выводом подключена к входному зажиму С, а другим — к выходному зажиму С». Каждая из последовательных цепей содержит последовательное соединение обмоток Жд и W3. Топографическая диаграмма напряжений на обмотках несимметричного автотрансформатора 8 показана на фиг. 4, где треугольник АВС равносторонний и отображает входную симметричную систему напряжений Цщ, Uac u Uqq.

Отрезки BE u CF изображают напряжения на обмотках крайнйх стержней, а отрезки

C»F и »Š— напряжения на обмотках, расположенных на среднем стержне. Из геометрических соотношений (фиг. 4) определим напряжения на обмотках W u W соответственно

Uwq (л ((-д совам); л з = 1 л + ь(»(ф-< ) р»(-»s) ° (7)

Так как стержни магнитопроводов имеют одинаковые поперечные сечения, то числа витков обмоток W», Wz и Юз относятся между собой как величины напряжений, приложенные к ним, т.е.

Qf f ™3: жз = ((1 а cos fг ) - л s ю(— ) 6»ъ(— -)

4»г 4 Ю

Предлагаемое выполнение несимметричного автотрансформатора 8 позволяет существенно уменьшить установленную мощность известной электропередачи. Для сравнения электропередач по мощности проведем сравнение электропередач по установленной мощности известного несимметричного трансформатора и несимметричного автотрансформатора 8. В качестве исходных величин линейный. ток и линейное напряжение принимаем за единицу. Тогда установленная мощность несимметричного трансформатора равна не менее 73; Установленная мощность несимметричного автотрансформатора 8 определяется полусуммой мощностей всех его обмоток и может быть выражена с помощью уравнения

$« =U„ f л(д 5щ(»1» ) Si»(- )(1+А» f ) Ф

+ 2- — созф)- <Ь) 1081733

Практически несимметричная электропередача может работать при а,, находящемся в пределах от до = —. При изУ

Э 2 менении а от — до установленная мощ5 ность несимметричного автотрансформатора

8 изменяется от 0 до 0,4.

Сравнение установленных мощностей показывает, что установленная мощность несимметричного автотрансформатора 8 предлагаемой электропередачи не менее чем в 4,3 раза меньше установленной мощности несимметричного трансформатора в известной электропередаче.

Положительный эффект от применения изобретения заключается в снижении установленной мощности несимметричного трансформатора не менее чем на 77%, что позволяет снизить потребление меди и трансфор м атор ной стал и.

Произведем сравнение предлагаемой электропередачи с базовым вариантом. В качестве последнего принимаем несимметричную электропередачу «два проводарельс», применяемую на большинстве участков железных дорог, электрифицированных переменным током.

По сравнению с базовым вариантом предлагаемая электропередача позволяет увеличить пропускную мощность несимметричной линии «два провода-рельс» на 4,5—

15,5%

Пропускная мощность S t. несимметричной линии при симметричной системе питающих напряжений (базовый вариант) равна

Sc =Л 1 л1л .

Пропускная мощность несимметричной линии в предлагаемой электропередаче определяется выражением

5- Ол1л 2sin с(, (10) что с учетом уравнения (6) дает

s=U I zsin(23 <03 — — (!1) i

Я Я +

Зс

Относительное увеличение пропускной мощности равно дЗ g- g 2Ъ 2Д 1 — — — (12)

Графическая зависимость (фиг. 5) показывает, что применение предлагаемой электропередачи позволяет увеличить пропускную мощность на 5-15%.

1081733

Фиг. 4

1081733

120 80

4,0

04 д5

5с /.

1SO

Фиг. Х

Составитель А.Михайлов

Редактор.О.Юрковецкая Техред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

Заказ.1560/49 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4