Устройство нейтрализации уравнительного тока в нулевой шине трёхфазной линии электропередачи



Устройство нейтрализации уравнительного тока в нулевой шине трёхфазной линии электропередачи
Устройство нейтрализации уравнительного тока в нулевой шине трёхфазной линии электропередачи

 


Владельцы патента RU 2630778:

Меньших Олег Фёдорович (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфазных линиях электропередачи при различных пофазных нагрузках с целью энергосбережения. Заявлено устройство нейтрализации уравнительного тока в нулевой шине трехфазной линии электропередачи, связанной с трансформаторной подстанцией с одной стороны и потребителем с варьируемыми пофазными нагрузками, включаемыми по схеме звезды, с другой стороны, отличающееся тем, что в нем использован однофазный трансформатор с тремя одинаковыми первичными обмотками, начала которых подключены к нулевым выводам вторичных обмоток фазных напряжений силового трехфазного трансформатора подстанции, а их концы соединены между собой в узел, а вторичная обмотка этого трансформатора подключена встречно-последовательно между указанным узлом и нулевой шиной линии, при этом число витков этой обмотки выбрано так, что индуцируемое в ней напряжение, пропорциональное уравнительному току как геометрической сумме фазных токов, равно и направлено встречно напряжению, которое падало бы в сопротивлении нулевой шины от протекания уравнительного тока в ней в отсутствие данного устройства. Технический результат - снижение потерь электроэнергии при ее транспортировке по четырехпроводной линии. Применение заявляемого устройства нейтрализации уравнительного тока позволяет существенно снизить потери электрической энергии при ее транспортировке на значительные расстояния и найдет широкое распространение, в интеллектуальной электроэнергетике будущего. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфазных линиях электропередачи при различных пофазных нагрузках с целью энергосбережения.

Известны средства, понижающие так называемый перекос фазных напряжений на основе управляемых шунтирующих реакторов трансформаторного типа (УШРТ) и симметрирующих трансформаторов (СТ), рассмотренных в работах [1-7].

Недостатком известных устройств является не устранение с их помощью уравнительного тока в нулевой шине четырехпроводной линии электропередачи, вызванного от подключения к фазам неодинаковых нагрузок. При этом в нулевой шине протекает уравнительный ток, что увеличивает потери электроэнергии при ее транспортировке.

Указанный недостаток устраняется в заявляемом устройстве.

Целью изобретения является снижение потерь электроэнергии при ее транспортировке по четырехпроводной линии.

Поставленная цель достигается в заявляемом устройстве нейтрализации уравнительного тока в нулевой шине трехфазной линии электропередачи, связанной с трансформаторной подстанцией с одной стороны и потребителем с варьируемыми пофазными нагрузками, включаемыми по схеме звезды, с другой стороны, отличающемся тем, что в нем использован однофазный трансформатор с тремя одинаковыми первичными обмотками, начала которых подключены к нулевым выводам вторичных обмоток фазных напряжений силового трехфазного трансформатора подстанции, а их концы соединены между собой в узел, а вторичная обмотка этого трансформатора подключена встречно-последовательно между указанным узлом и нулевой шиной линии, при этом число витков этой обмотки выбрано так, что индуцируемое в ней напряжение, пропорциональное уравнительному току как геометрической сумме фазных токов, равно и направлено встречно напряжению, которое падало бы в сопротивлении нулевой шины от протекания уравнительного тока в ней в отсутствие данного устройства.

Достижение поставленной цели в заявляемом устройстве объясняется возбуждением во вторичной обмотке однофазного трансформатора напряжения, вектор которого пропорционален по модулю вектору суммарного тока всех трех фаз и совпадает по фазе с фазой уравнительного тока, и это напряжение выбрано равным напряжению rНШ IУР, где rНШ - сопротивление нулевой шины в линии, а IУР - величина уравнительного тока в отсутствие заявляемого устройства, а это напряжение является встречно направленным по отношению к напряжению rНШ IУР при соответствующем подключении вторичной обмотки однофазного трансформатора между узлом и нулевой шиной линии электропередачи.

Заявляемое устройство понятно из представленной схемы его подключения между силовым трехфазным трансформатором подстанции (ячейки ЗРУ) и линией электропередачи. Эта схема представлена на рис. 1 и включает следующие элементы:

1 - силовой трехфазный трансформатор,

2 - однофазный трансформатор с тремя одинаковыми первичными обмотками и одной суммирующей вторичной обмоткой,

3 - трехфазный автомат-выключатель,

4 - регулируемые фазные нагрузки потребителя.

На рис. 2 показано формирование уравнительного тока IУР в нулевой шине линии электропередачи. Тонкими стрелками показаны фазные токи при различных пофазных нагрузках 4, толстой стрелкой - вектор уравнительного тока.

Рассмотрим схему заявляемого устройства и его работу.

Первичная обмотка силового трехфазного трансформатора 1 подключена по схеме звезды к трехпроводной высоковольтной линии электропередачи ВЛ-10 кВ. Фазные концы трех вторичных обмоток через трехфазный автомат-выключатель 3 соединены с фазными проводниками линии электропередачи ВЛ-0,4 кВ. Нулевые выводы трех вторичных обмоток силового трансформатора 1 подключены соответственно к трем началам трех одинаковых первичных обмоток однофазного трансформатора 2, концы которых соединены вместе в узел. Вторичная обмотка однофазного трансформатора 2 подключена своим концом к указанному узлу, а ее начало - к нулевой шине четырехпроводной линии электропередачи ВЛ-0,4 кВ. Такое включение вторичной обмотки однофазного трансформатора 2 приводит к нейтрализации (в пределе к обнулению) уравнительного тока в нулевой шине линии электропередачи, если на вторичной обмотке формируется напряжение, равное rНШ IУР, причем значение уравнительного тока является результатом геометрического сложения векторов фазных токов, как это показано на рис. 2. На вторичной обмотке однофазного (суммирующего) трансформатора 2 индуцируемое напряжение находится в фазе с фазой уравнительного тока, его величина должна быть выбрана равной величине rНШ IУР, что достигается подбором числа витков во вторичной обмотке трансформатора 2. Поскольку напряжение rНШ IУР - суть произведение произвольной переменной IУР и некоторой известной константы rНШ, то ясно, что подбор числа витков вторичной обмотки производится с учетом только этой константы и не зависит от величины уравнительного тока, так как возбуждаемое во вторичной обмотке напряжение прямо пропорционально величине уравнительного тока.

Величина уравнительного тока определяется однозначно из построения геометрической суммы векторов фазных токов I1, I2 и I3, в общем случае не равных между собой и с начальными фазами, отличающимися друг от друга на 120°. Пусть вектор I1 совпадает с осью ординат декартовой системы координат. Тогда сложение векторов I2 и I3, как видно на рис. 2, задает промежуточный вектор I* (отмечен пунктирной стрелкой), модуль которого находится из выражения I*=[0,75(I2-I3)2+0,25(I2+I3)2]1/2. Аргумент этого вектора, то есть начальная фаза тока I*, находится из выражения ϕ*=arctg [1,732 (I2-I3) / / (I2+I3)]. Следовательно, угол между векторами I1 и I*, как нетрудно понять, равен π - ϕ*. Проекция вектора I* на ось ординат равна - 0,5 (I2+I3), а на ось абсцисс 0,866 (I2-I3), тогда сложение векторов I1 и I* дает для модуля искомого вектора IУР следующие проекции: на ось ординат I1 - 0,5(I2+I3) и на ось абсцисс 0.866(I2 - I3), следовательно, модуль вектора уравнительного тока находится из выражения IУР={[I1-0,5(I2+I3)]2+0,75(I2--I3)2}=[I12-0,25(I22+I32)-0,5 I2 I3]. Справедливость этого выражения легко доказывается подстановкой I1=I2=I3, при которой получаем IУР=0, как при симметричных пофазовых нагрузках у потребителя. Значение начальной фазы получаемого уравнительного тока для рассматриваемого устройства не имеет значения (эта фаза может находиться в пределах от 0 до 2π), поскольку эта же фаза сохраняется и в напряжении rНШ IУР, индуцируемом во вторичной обмотке однофазного трансформатора 2.

Подбор числа витков во вторичной обмотке трансформатора 2 требует предварительного измерения сопротивления rНШ нулевой шины линии электропередачи, что просто выполняется для конкретной линии. Таким образом, для разных линий электропередачи потребуется разное количество витков вторичной обмотки трансформатора 2. В целях унификации устройства применительно к разным по сопротивлению rНШ линиям следует выполнить вторичную обмотку этого трансформатора либо многоотводной с переключателем, либо в форме ЛАТР, а с плавной регулировкой напряжения от вторичной обмотки. Эта регулировка делается один раз применительно к конкретной линии электропередачи.

Пример. Пусть фазные токи равны 100, 30 и 50 А. Тогда уравнительный ток будет равен 91,65 А, что при сопротивлении нулевой шины в 0,5 Ом создаст дополнительную потерю энергии в нулевой шине электропередачи мощностью 4,2 кВт при rНШ IУР=45,8 В без использования заявляемого устройства. При этом во вторичной обмотке однофазного трансформатора 2 будет вырабатываться напряжение 45,8 В. При общей потребляемой мощности в 39,6 кВт потери в фазных проводниках линии с сопротивлениями по 0,5 Ом каждый составят 16,2 кВт, то есть к.п.д. энергопередачи будет 71% с применением данного устройства и только 66% без его применения. Здесь напряжения в фазных нагрузках потребителя полагалось стабильным и равным 220 В.

Применение заявляемого устройства нейтрализации уравнительного тока позволяет существенно снизить потери электрической энергии при ее транспортировке на значительные расстояния и найдет широкое распространение в интеллектуальной электроэнергетике будущего.

Литература

1. Василенко В.Д. Симметрирующий трансформатор, Патент РФ №2521864, опубл. в бюлл. от 10.07.14.

2. Василенко В.Д., Евдокимов В.В. Трехфазное симметрирующее устройство, Патент РФ №2314620, опубл. в бюлл. от 04.01.2008.

3. Василенко В.Д. Трехфазное симметрирующее устройство, Патент РФ №2453965, опубл. в бюлл. от 20.06.2012.

4. Александров Г.Н. Управляемый шунтирующий реактор трансформаторного типа, Труды ЛПИ им. М.И. Калинина, Л., 1990.

5. Александров Г.Н., Лунин В.П. Управляемые реакторы, изд. 3-е Центра подготовки кадров энергетики, СП.

6. Мологин Д.С., Чуприков B.C. Реализация пилотного проекта CSRT в энергосистеме «Norte de Angola», «Энергоэксперт», №1, 2010.

7. Демин А.И., Татаренко А.В., Чуприков B.C. Применение УШРТ 220 кВ 60 Мквар для нормализации режимов работы энергосистемы «Norte de Angola», Материалы VI Международной н/т конференции «Энергосбережение в промышленности», М., 17-18.03.2010.

Устройство нейтрализации уравнительного тока в нулевой шине трехфазной линии электропередачи, связанной с трансформаторной подстанцией с одной стороны и потребителем с варьируемыми пофазными нагрузками, включаемыми по схеме звезды, с другой стороны, отличающееся тем, что в нем использован однофазный трансформатор с тремя одинаковыми первичными обмотками, начала которых подключены к нулевым выводам вторичных обмоток фазных напряжений силового трехфазного трансформатора подстанции, а их концы соединены между собой в узел, а вторичная обмотка этого трансформатора подключена встречно-последовательно между указанным узлом и нулевой шиной линии, при этом число витков этой обмотки выбрано так, что индуцируемое в ней напряжение, пропорциональное уравнительному току как геометрической сумме фазных токов, равно и направлено встречно напряжению, которое падало бы в сопротивлении нулевой шины от протекания уравнительного тока в ней в отсутствие данного устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении электросетей с автоматическим перераспределением потоков электроэнергии по разным линиям электропередачи к потребителям с варьируемой нагрузкой по фазам трехфазной сети и варьируемой мощностью потребления в широких пределах.

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат - повышение надежности.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов. Устройство регулирования напряжения содержит трехфазный трансформатор, в первичные обмотки каждой фазы которого включены соединенные последовательно сетевая и регулировочная части, при этом в каждой из трех фаз первые выводы регулировочной части соединены с выводом сетевой части, образуя общую точку, а вторые выводы регулировочной части соединены с первыми выводами неуправляемого реактора каждой из фаз, вторые выводы неуправляемых реакторов всех трех фаз соединены между собой, образуя первую нейтраль, к общей точке соединения регулировочной и сетевой частей первой и второй фаз подключены первые выводы тиристорных ключей, вторые выводы тиристорных ключей первой и второй фаз объединены между собой, образуя вторую нейтраль, к которой подключена общая точка соединения регулировочной и сетевой частей первичной обмотки третьей фазы.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат – обеспечение несимметричного ввода энергии в сеть для компенсации имеющейся в сети несимметричности.

Изобретение относится к электротехнике. Предлагается трехфазное симметрирующее устройство, в котором трехфазный трехстержневой трансформатор содержит две или три первичные обмотки, включенные встречно в зигзаг.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для ввода электрической энергии в электрическую, трехфазную сеть. Техническим результатом является повышение качества электроэнергии сети.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение уровня несимметрии фазных токов линии.

Способ относится к системе электроснабжения переменного тока электрических железных дорог, а именно к регулированию напряжения с помощью трансформатора с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (УРПН) и с установкой продольной емкостной компенсации (УПК) с нерегулируемой и регулируемой секциями, включенной в отсасывающую линию.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение материалоемкости и массогабаритных параметров устройства.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение коэффициентов искажения синусоидальности формы кривых тока и напряжения сети.
Наверх