УСТРОЙСТВО НЕЙТРАЛИЗАЦИИ УРАВНИТЕЛЬНОГО ТОКА В НУЛЕВОЙ ШИНЕ ТРЁХФАЗНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2017 года по МПК H02J3/26 

Описание патента на изобретение RU2630778C1

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.

Похожие патенты RU2630778C1

название год авторы номер документа
Модуль интеллектуальной электроэнергетики 2016
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2630777C1
Электронно-управляемый силовой трансформатор (ЭУСТ) для линии электропередачи к потребителю с переменной нагрузкой 2016
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2628752C1
Мостовое устройство для проверки электросчётчиков активной энергии 2016
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2625717C1
Однополупериодная схема для испытания электросчётчиков на неконтролируемый отбор электроэнергии 2016
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2620192C1
СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРОТЯЖЕННОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 2013
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2520311C1
Устройство для проверки правильности учёта электроэнергии приборами её учёта 2016
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2622225C1
УСТРОЙСТВО ВОЛЬТ-ДОБАВКИ ЭЛЕКТРОСЕТИ 2012
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2517203C1
СХЕМА КОНТРОЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2011
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2474834C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ ЦИФРОВЫХ ПРИБОРОВ УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2011
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2474833C1
УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ МОСТОВОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЭЛЕКТРОСЧЁТЧИКОВ 2015
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2579529C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 630 778 C1

Реферат патента 2017 года УСТРОЙСТВО НЕЙТРАЛИЗАЦИИ УРАВНИТЕЛЬНОГО ТОКА В НУЛЕВОЙ ШИНЕ ТРЁХФАЗНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

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.

Формула изобретения RU 2 630 778 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2630778C1

ТРЕХФАЗНОЕ СИММЕТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 2012
  • Василенко Валерий Дмитриевич
RU2521864C2
ТРЕХФАЗНОЕ СИММЕТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 2003
  • Василенко Валерий Дмитриевич
  • Евдокимов Владимир Викторович
RU2314620C2
JP 6038538 A, 10.02.1994.

RU 2 630 778 C1

Авторы

Меньших Олег Фёдорович

Даты

2017-09-13Публикация

2016-11-28Подача