ОДНОПРОВОДНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В.С.ГРИГОРЧУКА Российский патент 1998 года по МПК H02J1/00 

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в системах передачи электроэнергии.

Известна двухпроводная система передачи электроэнергии, содержащая источник постоянного тока, включатель, потребитель электроэнергии и соединительные провода /Мамзелев И.А., Капелин Г.Г., Основы радиоэлектроники,- М.: Просвещение, 1978, с. 17, рис. 9/.

Недостатками известной двухпроводной системы передачи электроэнергии являются небольшая передаваемая мощность, электрические потери в проводниках, низкое напряжение источника и небольшое расстояние передачи электроэнергии.

Указанные недостатки определяются сопротивлением электрической цепи и конструкцией системы.

Известна также система передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения, содержащая передающую подстанцию с генератором, повышающим и выпрямляющим устройствами, принимающую подстанцию с приемным и понижающим устройствами, высоковольтную линию, соединяющую передающую и приемную подстанции /Обзорная информация: "Энергетика и электрификация", серия 4 "Электрические сети и системы", выпуск 5 "Рабочие заземления электропередач постоянного тока".- М., Центр научно-технической информации по энергетике и электрификации, 1987, с. 2, рис. 1а/.

Известная система передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.

Недостатками известной системы передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения, принятой за прототип, являются: электрические и тепловые потери в высоковольтной линии, повышенная опасность для окружающей среды, большой расход цветных металлов.

Указанные недостатки обусловлены высоким передаваемым напряжением, сопротивлением высоковольтной линии и выбранной системой передачи электроэнергии.

Целью настоящего изобретения является снижение электрических и тепловых потерь и повышение эксплуатационных качеств системы передачи электроэнергии.

Указанная цель, согласно изобретению, обеспечивается тем, что двухпроводная высоковольтная линия, высоковольтный преобразователь постоянного тока в однофазный переменный ток и понижающий однофазный трансформатор принимающей подстанции заменены конденсаторной батареей, установленной на передающей подстанции и электрически соединенной с выходом высоковольтного выпрямительного устройства, высоковольтным приемным конденсатором, высоковольтным преобразователем постоянного тока в переменный трехфазный ток, вход которого соединен с высоковольтным приемным конденсатором, трехфазным понижающим трансформатором, первичные обмотки которого электрически соединены с выходом высоковольтного преобразователя постоянного тока в переменный трехфазный ток, а вторичные обмотки подключены к потребителям, устройством формирования отрицательного потенциала, содержащего источник тока, зарядное устройство, подключенное к одной из вторичных обмоток трехфазного трансформатора, преобразователь постоянного тока в переменный ток, повышающее и выпрямляющее устройства, батарею конденсаторов, отрицательный вывод которой соединен с отрицательным выводом высоковольтного приемного конденсатора, однопроводной высоковольтной линией, установленной на изоляторах, прикрепленных к металлическим опорамб,и соединяющей положительный вывод конденсаторной батареи передающей подстанции с положительным выводом высоковольтного приемного конденсатора принимающей подстанции.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид однопроводной системы передачи электроэнергии; на фиг. 2 - блок-схема однопроводной системы передачи электроэнергии; на фиг. 3 - схема подключения нескольких принимающих подстанций к однопроводной высоковольтной линии; на фиг. 4 - общий вид приемного конденсатора; на фиг. 5 - устройство приемного конденсатора; на фиг. 6 - устройство высоковольтного преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток; на фиг. 7, 8, 9 - схема работы высоковольтного преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток; на фиг. 10 - электрическая схема однопроводной системы передачи электроэнергии.

Однопроводная система передачи электроэнергии содержит здание электростанции 1, в котором размещена паровая турбина со всеми вспомогательными механизмами (на чертеже не показана), приводящая в движение однофазный генератор переменного тока 2. Передающая подстанция 3 содержит повышающий трансформатор 4, первичная обмотка которого соединена с генератором, выпрямительное устройство 5, выполненное на полупроводниках, вход которого соединен с вторичной обмоткой повышающего трансформатора, а выход подключен к батарее конденсаторов 6, которые соединены между собой параллельно.

Принимающая подстанция 7 состоит из приемного устройства 8 и устройства формирования отрицательного потенциала 9. Приемное устройство содержит высоковольтный приемный конденсатор 10, высоковольтный преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток высокого напряжения 11, понижающий трансформатор трехфазного переменного тока 12. Высоковольтный приемный конденсатор содержит корпус 13, закрытый крышкой 14, на которой, на изоляторах 15 установлены положительные клеммы 16 и отрицательные клеммы 17. Внутри корпуса размещен стеклянный сосуд 18, в стенки которого впаян пакет положительных пластин 19, соединенных между собой проводником и подключенных к положительным клеммам корпуса. Пакет отрицательных пластин 20 вставлен с зазором внутрь пакета положительных пластин, которые также впаяны в стенки стеклянного сосуда, соединены между собой проводником и подключены к отрицательным клеммам корпуса. Пространство между пластинами заполнено водородом под давлением 40-50 кПа. Высоковольтный преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток содержит входные диодные оптроны 21, 22, 23 и выходные диодные оптроны 24, 25, 26. На изоляционной плате 27 в подшипнике установлен подвижный контакт 28, механически связанный, с электродвигателем (не показан), питаемым от аккумуляторной батареи и взаимодействующим с девятью неподвижными контактами 29, разбитыми на три отдельные группы и посредством проводников соединенных в низковольтную электрическую цепь со светодиодами входных и выходных оптронов, подвижным контактом и аккумуляторной батареей 30. Высоковольтная цепь включает в себя первичные обмотки 31, 32, 33 понижающие трехфазного трансформатора и фотодиоды входных и выходных оптронов, соединенные между собой проводниками и подключенные к выводам высоковольтного приемного конденсатора. Вторичные обмотки 34, 35, 36 понижающего трехфазного трансформатора соединены с потребителем 37. Устройство формирования отрицательного потенциала содержит аккумуляторную батарею 38 с зарядным устройством 39, реле обратного тока 40, преобразователь постоянного тока в переменный ток 41, повышающее устройство 42 и батарею конденсаторов 43. Зарядное устройство содержит включатель 44, переменный резистор 45, выпрямительный диод 46, сигнальную лампочку 47, соединенные последовательно с нагрузочным резистором 48, включенным последовательно с одной из вторичных обмоток понижающего трехфазного трансформатора. Зарядное устройство через подвижный и неподвижный контакты реле подключены к аккумуляторной батарее, имеющей включатель 49. Нагрузкой для аккумуляторной батареи является преобразователь постоянного тока в переменный ток, подключенный последовательно с обмоткой реле и представляющий собой генератор синусоидальных импульсов, выполненный на двух транзисторах с трансформаторным выходом, подключенным ко входу повышающего устройства, представляющего собой каскадный генератор с последовательным питанием на емкостях, выход которого соединен с батареей конденсаторов, отрицательный вывод которой соединен проводником с отрицательным выводом высоковольтного приемного конденсатора. Передающая и принимающая подстанции соединены между собой однопроводной высоковольтной линией. Она содержит высоковольтные опоры 50, на которых, на изоляторах 51, натянут провод 52, один конец которого соединен с положительным выводом батареи конденсаторов передающей подстанции, а другой соединен с положительным выводом высоковольтного приемного конденсатора принимающей подстанции.

Работа однопроводной системы передачи электроэнергии.

Принцип действия однопроводной системы передачи электроэнергии состоит в формировании передающей подстанцией положительных зарядов электричества и передаче их по линии на принимающую подстанцию, которая преобразовывает полученные положительные заряды в трехфазный переменный ток стандартной частоты и подает его потребителям.

Паровая турбина (не показана), установленная в здании электростанции 1, приводит в движение генератор 2, который вырабатывает однофазный переменный ток, подаваемый на первичную обмотку повышающего трансформатора 4 передающей подстанции 3. Переменное магнитное поле пересекает витки вторичной обмотки повышающего трансформатора и создает в ней ток высокого напряжения, который поступает на вход выпрямительного устройства 5, где происходит преобразование однофазного переменного тока в пульсирующий ток постоянного направления. Полученный ток высокого напряжения поступает на зарядку конденсаторной батареи 6. Далее положительные заряды с пластин конденсаторной батареи стекают на провод 52 высоковольтной линии, равномерно распределяются по всей его длине и затем поступают на входные клеммы 16 и пластины 19 высоковольтного приемного конденсатора 10 принимающей подстанции 7. При замыкании электрической цепи включателем 49 постоянный ток от аккумуляторной батареи 38 станет поступать на вход преобразователя 41, где он преобразуется в переменный ток, который поступает на вход повышающего устройства 42, где происходят его повышение и выпрямление, после чего он поступает на батарею конденсаторов 43. С батареи конденсаторов отрицательные заряды по проводнику поступают на отрицательные клеммы 17 и на пластины 20 высоковольтного приемного конденсатора 10. При накоплении на пластинах 19, являющихся анодами, положительных зарядов электричества вблизи их возникает лавинная ионизация атомов водорода. Образующиеся при этом положительные ионы движутся под действием электрического поля, создаваемого отрицательным потенциалом, в сторону отрицательных пластин 20 высоковольтного приемного конденсатора 10, являющихся в данном случае катодами. Под ударами ионов водорода с поверхностей пластин 20 / катодов/ выбиваются электроны, которые устремляются в сторону положительных пластин 19 /анодов/, создавая на своем пути новые ионы. В результате возникает электронно-ионная эмиссия и между положительными пластинам 19 и отрицательными пластинами 20 протекает электрический ток, величина которого будет определяться степенью ионизации и величиной положительного заряда, поступающего от передающей подстанции 3. В разрядном пространстве между пластинами 19 и 20 наряду с процессом ионизации протекает и обратный процесс - рекомбинация электронов и ионов, в результате которой вновь образуются нейтральные атомы. При этом между пластинами 19 и 20 возникает электронная плазма и наступает динамическое равновесие: число, появляющихся вследствие ионизации носителей заряда, равно числу носителей, исчезающих за то же время в результате рекомбинации. Вследствие высоко концентрации электронов и ионов плазма будет обладать высокой проводимостью и ее потенциал будет равен потенциалу положительно заряженных пластин 19. /О процессах, протекающих в газоразрядных приборах см. Батушев В. А. , Электронные приборы. - М.: Высшая школа, 1980, с. 297-323/. Возникающий на пластинах 19 и 20 высоковольтного приемного конденсатора 10 постоянный ток высокого напряжение снимается и подается на вход высоковольтного преобразователя 11, который преобразует его в трехфазный переменный ток высокого напряжения следующим образом. При вращении электродвигателя (не показан) вместе с ним с соответствующей скоростью вращается в направлении, указанном стрелкой на фиг. 6, подвижный контакт 28, который поочередно замыкает неподвижные контакты 29. При замыкании верхних неподвижных контактов 29 ток от аккумуляторной батареи 30 проходит через светодиоды входных диодных оптронов 21, 22 и через светодиод выходного диодного оптрона 26. В результате этого проводимость фотодиодов, указанных диодных оптронов, которая была равно нулю, увеличивается до максимального значения. Постоянный ток высокого напряжения, снимаемый с высоковольтного приемного конденсатора 10, станет проходить через фотодиоды диодных оптронов 21, 22, первичные обмотки 31, 33, 32 понижающего трехфазного трансформатора 12, выходной фотодиод диодного оптрона 26 в направлении, указанном стрелками на фиг. 7. Далее, вращаясь, подвижный контакт 28 замыкает правые нижние неподвижные контакты 29. Ток от аккумуляторной батареи 30 проходит через светодиоды диодных оптронов 22, 23, 24, которые увеличивают до максимального значения проводимость соответствующих фотодиодов. Постоянный ток высокого напряжения от высоковольтного приемного конденсатора 10 протекает через фотодиоды оптронов 22 и 23, первичные обмотки 31, 32, 33 понижающего трехфазного трансформатора 12 и далее через фотодиод диодного оптрона 24, как показано на фиг.8. При замыкании левых нижних неподвижных контактов 29 подвижным контактом 28 ток от аккумуляторной батареи 30 протекает через светодиоды диодных оптронов 21, 23, 25, которые, освещая фотодиоды этих диодных оптронов, увеличивают их проводимость до максимальной величины и постоянный ток высокого напряжения от высоковольтного приемного конденсатора 10 проходит через фотодиоды диодных оптронов 21, 23, первичные обмотки 32, 33, 31 понижающего трехфазного трансформатора 12 и фотодиод диодного оптрона 25, как показано на фигуре 9. Таким образом подвижный контакт 28, последовательно замыкая неподвижные контакты 29, меняет направление движения электрического тока высокого напряжения, проходящего через первичные обмотки 31, 32, 33 понижающего трехфазного трансформатора 12 и создающего переменное магнитное поле, которое пересекает витки вторичных обмоток 34, 35, 36 указанного трансформатора, индуцируя в них трехфазный переменный ток низкого напряжения, который подается потребителям 37. Во время работы принимающей подстанции 7 происходит разряд аккумуляторной батареи 38 устройства формирования отрицательного потенциала 9 и ее необходимо подзаряжать. Для этого замыканием включателя 44 вход зарядного устройства 39 подключается к нагрузочному резистору 48. Снимаемому с нагрузочного резистора 48 переменному току посредством переменного резистора 45 задаются необходимые параметры. Посредством диода 46 он выпрямляется и подается через подвижный и неподвижный контакты реле 40 на аккумуляторную батарею 38. Если ток, снимаемый с аккумуляторной батареи велик, то он, проходя через обмотку реле 40, создает вокруг нее сильное магнитное поле. Якорь реле, преодолевая сопротивление пружины, притягивается к сердечнику, подвижный и неподвижный контакты размыкаются и зарядное устройство 39 отключается от аккумуляторной батареи 38. Если же произошел разряд аккумуляторной батареи 38, то ток, протекающий через обмотку реле 40, становится недостаточным, чтобы преодолеть сопротивление пружины, подвижный и неподвижный контактны реле 40 замыкаются и аккумуляторная батарея 38 подключается к зарядному устройству 39. Несколько передающих подстанций 3 и несколько принимающих подстанций 7 могут легко объединяться в единую энергетическую систему /фиг. 3/.

Положительный эффект изобретения: экономия топлива и цветных металлов, повышенная безопасность высоковольтной линии, отсутствие электрических и тепловых потерь в высоковольтной линии.

Изобретение предназначено для передачи постоянного тока. Однопроводная система передачи электроэнергии содержит передающую подстанцию с генератором и повышающим трансформатором, принимающую подстанцию, состоящую из приемного устройства и устройства формирования отрицательного потенциала, причем обе подстанции соединены между собой высоковольтной линией. Причем передающая подстанция содержит дополнительно выпрямитель и конденсаторную батарею, а принимающая подстанция в приемном устройстве имеет высоковольтный приемный конденсатор. Вход преобразователя постоянного тока высокого напряжения в переменный трехфазный ток подключен обмотками понижающего трансформатора. Устройство формирования отрицательного потенциала принимающей подстанции имеет источник постоянного тока, преобразователь постоянного тока в переменный, повышающее ток и выпрямляющее устройства, подключенные к конденсаторной батарее, отрицательный вывод которой соединен с отрицательным выводом высоковольтного приемного конденсатора, зарядное устройство. Один конец провода высоковольтной линии соединен с положительным выводом батареи конденсаторов передающей подстанции, а другой - с положительным выводом высоковольтного приемного конденсатора принимающей подстанции. Передающая подстанция формирует положительные заряды электричества и передает их на принимающую подстанцию, которая преобразует полученные положительные заряды электричества в переменный трехфазный ток стандартной частоты и подает его потребителям. Технический результат заключается в снижении электрических и тепловых потерь и повышении эксплуатационных качеств. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Однопроводная система передачи электроэнергии, содержащая передающую подстанцию с генератором и выпрямительным устройством, вход которого соединен со вторичной обмоткой повышающего трансформатора, принимающую подстанцию с приемным устройством и с понижающим трансформатором, вторичные обмотки которого электрически соединены с потребителем, высоковольтную линию, отличающаяся тем, что выход выпрямительного устройства передающей подстанции соединен с конденсаторной батареей, а приемное устройство принимающей подстанции содержит высоковольтный приемный конденсатор, подключенный ко входу высоковольтного преобразователя постоянного тока в переменный трехфазный ток, выход которого соединен с первичными обмотками понижающего трансформатора, и электрически соединенного с устройством формирования отрицательного потенциала, содержащим источник постоянного тока, имеющий зарядное устройство, подключенное к одной из вторичных обмоток понижающего трансформатора и ко входу преобразователя постоянного тока в переменный, выход которого через повышающее ток и выпрямительное устройство подключен к конденсаторной батарее, отрицательный вывод которой соединен с отрицательным выводом высоковольтного приемного конденсатора приемного устройства принимающей подстанции, причем провод высоковольтной линии соединяет положительный вывод батареи конденсаторов передающей подстанции с положительным выводом высоковольтного приемного конденсатора принимающей подстанции. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что высоковольтный приемный конденсатор содержит корпус, закрытый крышкой, имеющей положительные и отрицательные выводы, установленные на изоляторах, внутри которого размещен стеклянный или керамический сосуд, заполненный водородом под давлением, имеющий внутри пакеты положительных и отрицательных пластин, вставленных один в другой с промежутками между ними, причем пластины одной полярности соединены друг с другом и подключены к соответствующему выводу корпуса, пластины противоположной полярности также соединены друг с другом и подключены к другому выводу корпуса. 3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что она содержит высоковольтные металлические опоры, установленные на некотором расстоянии друг от друга, на которых закреплены изоляторы с прикрепленным к ним проводом высоковольтной линии.