ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2015 года по МПК H02J3/20 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству коммутации переменного тока, преобразования и передачи электроэнергии на дальние и сверхдальние расстояния.

Известна электрическая сеть переменного тока, связывающая обмотки генератора и приемника электрической энергии, см. А.Т. БАШКИН «Общая электротехника», М., Энергия, с.164, рис.6-3.

Недостатком такой электрической сети переменного тока является, в частности, ее большая полуволновая длина.

Результаты испытания такой полуволновой линии электропередачи ВОЛГОГРАД-МОСКВА-КУЙБЫШЕВ-УРАЛ длиной в 2858 км приведены в журнале «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО» №8, 1968, с. 10-16.

При длине электрической сети, отличающейся от полуволновой, для придания ей свойств полуволны, на концевом пункте включают устройства реактивной мощности, обеспечивающие искусственную настройку на полуволну.

Наиболее близкой к изобретению является электрическая сеть переменного тока, содержащая две m-фазные цепи линии электропередачи, подключенной на передающей и приемной стороне к одним выводам разъединителей, трансформаторы с обмотками, имеющими фазные и нейтральные выводы на каждой из этих сторон, и коммутационные аппараты, подключенные к нейтральным выводам обмоток трансформаторов, причем фазные выводы обмоток трансформаторов присоединены к другим выводам разъединителей, см. авт.свид. СССР №1112483, кл. H02J 3/00, 1983.

В частном случае, при длине в 1500 км такая сеть работает в режиме полуволны, что является ее недостатком.

Задачей изобретения является снижение полуволновой длины электрической сети до реальной в кратное целому числу раз при сохранении полуволнового режима ее работы.

Поставленная задача решается путем формирования электрической сети переменного тока на каждой из сторон с трансформатором (ами) с «n» линейными синфазными трехфазными обмотками, имеющими фазные и нейтральные выводы, где «n» - целое число больше единицы, разъединителями, проводами и управляемыми полупроводниковыми вентилями.

Причем между одноименными фазными выводами линейных синфазных трехфазных обмоток сторон включены последовательно разъединитель - провод - разъединитель, а нейтральные выводы смежных фаз на каждой из сторон, в порядке очередности их чередования, коротко замкнуты через управляемые полупроводниковые вентили, причем в каждом контуре из двух фаз полупроводниковые вентили включены встречно.

На фиг.1 приведена принципиальная схема электрической сети переменного тока: на фиг. 2 - временная диаграмма относительных мгновенных значений напряжений и токов при передаче электрической энергии с коэффициентом мощности, равным единице: на фиг. 3а, 3в, 3с - мгновенные значения токов в контурах при соответственно 210°, 120°, 180° электрических.

На фиг.1 приняты следующие обозначения: трехфазные двухобмоточные трансформаторы 1, 3, 5, 7, 9, 11 с синфазными линейными трехфазными обмотками 2, 4, 6, 8, 10, 12 соответственно, разъединители 13, провода 14 и полупроводниковые вентили 15-32.

Обмотки трансформаторов 2, 4, 6 пофазно соединены через разъединители 13 проводами 14 с обмотками трансформаторов 8, 10, 12, а их нейтральные выводы в порядке очередности чередования фаз между полупроводниковыми вентилями 15-23 и 24-32 соответственно, причем полупроводниковые вентили в каждом контуре из двух смежных фаз сторон включены встречно.

Полупроводниковые вентили при этом выполнены управляемыми.

Предлагаемая электрическая сеть переменного тока предназначена преимущественно для ЛЭП с n - числом проводов в фазе, которые связаны между собой распорками из диэлектрического материала.

Токовые цепи в электрической сети переменного тока фиг.1, поставленной под напряжение, в соответствии с временной диаграммой фиг.2 отвечают углам 210°, 120°, 180° электрических, фиг.3а, 3в 3с соответственно.

С целью наглядности контуры схемы электрической сети на фиг.3а, 3в, 3с представлены фазами с условным исключением линейных трехфазных обмоток.

На фиг.3а для момента времени, соответствующему углу в 210° электрических диаграммы фиг.2, ток протекает по цепи в контуре: фаза B вентиль 16, фазы A и C вентили 17 и 26, фаза B вентили 27, 19, фазы A и C вентили 20 и 29, фаза B вентили 30, 22, фазы A и C вентили 23, 32, фаза B вентили 24, 16.

На фиг.3в для момента времени, соответствующему углу в 120° электрических диаграмм фиг.2, ток протекает по цепи в контуре: фаза A вентили 15, 16, фаза C вентиль 26, фаза A вентили 18 и 19, фаза C вентиль 29, фаза A вентили 21 и 22, фаза C вентиль 32, фаза A вентиль 15.

На фиг.3с для момента времени, соответствующему углу в 180° электрических диаграмм фиг.2, ток протекает по цепи в контуре: фаза B вентиль 16, фаза C вентили 26 и 27, фаза B вентиль 19, фаза C вентили 29 и 30, фаза B вентиль 22, фаза C вентили 32 и 24, фаза B вентиль 16.

В таблице 1 приведен алгоритм работы полупроводниковых вентилей при поставленной под напряжение электрической сети переменного тока, показанной на фиг.1.

Таблица 1   0 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 15,18,21           1/2 √3/2 1 √3/2 1 √3/2 1/2 16,19,22 √3/2 1 √3/2 1/2           1/2 √3/2 1 23,26,29   1/2 √3/2 1 √3/2 1 √3/2 1/2         24,27,30 √3/2 1 √3/2 1 √3/2 1/2           1/2 25,28,31       1/2 √3/2 1 √3/2 1 √3/2 1/2     26,29,32 √3/2 1/2           1 √3/2 1 √3/2 1

Реальная длина электрической сети переменного тока при работе в режиме полуволны рассчитывается по формуле:

L=C/2nf, где:

L - длина полуволны переменного тока;

f - частота переменного тока;

С - скорость света;

n - число линейных обмоток трансформатора.

По одной точке между полупроводниковыми вентилями на каждой из сторон электрической сети переменного тока могут быть заземлены.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение полуволновой длины электрической сети. Электрическая сеть переменного тока содержит на каждой из сторон трансформатор(ы) с «n» линейными трехфазными обмотками с фазными и нейтральными выводами, где «n» - целое число больше единицы, разъединители, провода и управляемые полупроводниковые вентили, между одноименными фазными выводами линейных трехфазных обмоток сторон включены последовательно разъединитель - провод - разъединитель, а нейтральные выводы смежных фаз линейных трехфазных обмоток на каждой из сторон, в порядке очередности их чередования, коротко замкнуты через полупроводниковые вентили, причем в каждом контуре из двух фаз полупроводниковые вентили включены встречно, а провода каждой фазы связаны между собой распорками из диэлектрического материала. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

1. Электрическая сеть переменного тока, содержащая на каждой из сторон трансформатор(ы) с «n» линейными трехфазными обмотками с фазными и нейтральными выводами, где «n» - целое число больше единицы, разъединители, провода и полупроводниковые вентили, отличающаяся тем, что между одноименными фазными выводами линейных трехфазных обмоток сторон включены последовательно разъединитель - провод - разъединитель, а нейтральные выводы смежных фаз на каждой из сторон, в порядке очередности их чередования, коротко замкнуты через полупроводниковые вентили, причем в каждом контуре из двух фаз полупроводниковые вентили включены встречно.

2. Электрическая сеть по п.1, отличающаяся тем, что провода одноименных фаз в ней связаны между собой распорками из диэлектрического материала.

3. Электрическая сеть по п.1, отличающаяся тем, что полупроводниковые вентили в ней выполнены управляемыми.

4. Электрическая сеть по п.1, отличающаяся тем, что одна точка между управляемыми полупроводниковыми вентилями на каждой из сторон заземлена.