Устройство защиты сети от воздействия токов третьей гармоники

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания технических средств, улучшающих качество и уменьшающих потери напряжения и электрической энергии при ее транспортировке в трехфазных четырехпроводных электрических сетях за счет уменьшения несинусоидальности и несимметрии. Технический результат заключается в компенсации наибольшей из гармоник тока, протекающей по нейтральному проводнику. Для этого устройством из фазных токов выделяется ток частотой 150 Гц, который мгновенно вводится в противофазе к третьей гармонике тока нейтрального рабочего провода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для улучшения качества и уменьшения потерь электрической энергии за счет снижения несинусоидальности кривой тока и несимметрии в трехфазных четырехпроводных электрических сетях с глухозаземленной нейтралью.

Известно устройство [1], содержащее трехстержневой трансформатор, обмотки которого включены по схеме «звезда с нулем - треугольник». При продольном включении такого трансформатора в электрическую сеть токи третьей гармоники замыкаются в обмотках, соединенных в «треугольник», и не проходят в линейные токи на сторону трансформатора с соединением обмоток в «звезду».

Недостатком данного устройства являются большая материалоемкость и неполная компенсация третьей гармоники при несимметричной нагрузке в фазах сети, что снижает эффективность подавления тока третьей гармоники, искажающей синусоидальность напряжения сети.

Известен способ, по которому реализовано устройство, принятое за прототип [2], состоящее из измерительного трансформатора, анализатора высших гармоник, фильтра первой гармоники, фильтра высших гармоник, управляемого полупроводникового преобразователя и выпрямителя.

К недостаткам данного устройства относятся его большая материалоемкость, сложность и низкая надежность при перенапряжениях, возникающих в первичной электрической сети.

Задачей заявляемого изобретения является снижение материалоемкости устройства, повышение его надежности работы при сохранении точности компенсации третьей гармонической составляющей тока.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство защиты сети от воздействия токов третьей гармоники, содержащее первый измерительный трансформатор и выпрямитель, введены три трансреактора, первичные обмотки которых однополярно включены в рассечку линейных проводов сети, а начала их вторичных обмоток образуют с концом вторичной обмотки первого измерительного трансформатора общую точку, концы вторичных обмоток трех трансреакторов через выпрямитель и введенный конденсатор подключены к началу вторичной обмотки первого измерительного трансформатора, первичная обмотка которого включена в нейтральный провод сети однополярно по отношению к трем упомянутым трансреакторам, при этом первый измерительный трансформатор выполнен трансреактором, а выпрямитель - трехфазным.

Кроме того, все четыре трансреактора выполнены с размыкающимся магнитопроводом по типу токоизмерительных клещей.

Заявляемое устройство защиты сети от воздействия токов третьей гармоники приведено на фигуре 1, на фигуре 2 приведены диаграммы гармонических составляющих напряжений и токов для непрерывного режима работы.

Устройство защиты сети от воздействия токов третьей гармоники содержит включенные в нейтральный N и фазные проводники L1-L3 трансреакторы 1, 2, 3, 4, к вторичным обмоткам которых подключены трехфазный выпрямитель 5 и конденсатор 6 (фиг.1). Диоды трехфазного выпрямителя 5 своими анодами образуют общую точку с одним из выводов конденсатора 6. Вторым выводом конденсатор 6 соединен с началом вторичной обмотки трансреактора 1.

Трансреакторы 1-4 в составе устройства защиты сети от воздействия токов третьей гармоники имеют одинаковый коэффициент трансформации.

Устройство защиты сети от воздействия токов третьей гармоники функционирует следующим образом.

Однофазные нелинейные нагрузки и токи намагничивания понижающих силовых трансформаторов вызывают протекание в фазах и нейтрали четырехпроводной сети несинусоидальных токов, среди которых преобладает третья гармоника. Под действием напряжений U_L1, U_L2 и U_L3 (фиг.2) во вторичных обмотках трансреакторов 2, 3, 4 диоды трехфазного выпрямителя включаются попеременно по 1/3 периода промышленной частоты. Ток будет проходить в тот диод выпрямителя, потенциал анода которого относительно общей точки трансреакторов 2, 3, 4 выше, чем у других диодов. Коммутация диодов происходит в моменты времени, соответствующие точкам пересечения синусоид фазных напряжений, поэтому кривая выпрямленного напряжения U_d имеет вид огибающей синусоиды фазных напряжений, индуктируемых вторичными обмотками трансреакторов (фиг.2). Кривая выпрямленного тока i_d повторяет кривую выпрямленного напряжения. Кратность пульсаций выпрямленного тока, протекающего во вторичной обмотке трансформатора тока 1 по отношению к основной частоте первичной сети, равна трем.

Для компенсации возникающей при выпрямлении постоянной составляющей E_d введен конденсатор 6. Значение емкости конденсатора подбирается из условия компенсации индуктивного сопротивления вторичной электрической цепи на частоте 150 Гц (где L - суммарная индуктивность вторичных обмоток трансреакторов). В результате протекающий через трансреактор 1 ток i_в частотой 150 Гц не будет содержать постоянной составляющей I_d (фиг.2), а вторичные обмотки трансреакторов не будут дополнительно прогреваться.

Таким образом, уменьшается материалоемкость электромагнитного компенсатора, повышается надежность его работы и точность компенсации третьей гармонической составляющей тока, что улучшает качество электрической энергии, снижает потери активной мощности и потери напряжения во всех элементах сети от тока третьей гармонической составляющей.

Источники информации

1. Брускин Д.Э. Электрические машины. В 2-х ч. Ч.1 / Д.Э.Брускин, А.Е.Зорохович, B.C.Хвостов. - М.: Высшая школа, 1987. - с.135.

2. Патент RU 2294044, кл. H02J 3/01, H02J 3/26, 2007, БИ 5 - прототип.

1. Устройство защиты сети от воздействия токов третьей гармоники, содержащий первый измерительный трансформатор и выпрямитель, отличающееся тем, что в него введены три трансреактора, первичные обмотки которых однополярно включены в рассечку линейных проводов сети, а начала их вторичных обмоток образуют с концом вторичной обмотки первого измерительного трансформатора общую точку, концы вторичных обмоток трех тансреакторов через выпрямитель и введенный конденсатор подключены к началу вторичной обмотки первого измерительного трансформатора, первичная обмотка которого включена в нейтральный провод сети однополярно по отношению к трем упомянутым трансреакторам, при этом первый измерительный трансформатор выполнен трансреактором, а выпрямитель - трехфазным.

2. Устройство защиты сети от воздействия токов третьей гармоники по п.1, отличающееся тем, что все четыре трансреактора выполнены с размыкающимся магнитопроводом по типу токоизмерительных клещей.