Электропередача Советский патент 1984 года по МПК H02J3/00 

фиг.1 Изобретение относится к электротехнике, а именно, к системам электропередачи и системам питания электрических сетей, в частности к электрическим сетям, снабженным устройствами для устранения асимметрии напряжений и токов в сетях. По основному авт. св. № 855848 известна электропередача, содержащая источник трехфазных напряжений, трехфазную нагрузку и несимметричную линию, выполненную из двух проводов и электропроводов объекта, выполняющего роль третьего провода, в которой трехфазный источник и нагрузка выполнены несимметричными по фазам 1. Недостатком электропередачи является выполнение несимметричных трехфазного источника и нагрузки на базе несимметричного трансформатора, что приводит к увеличению установленной мощности электропередачи. Целью изобретения является снижение установленной мощности оборудования электропередачи. Поставленная цель достигается тем, что в электропередаче несимметричный источник выполнен в виде симметричного источника, подключенного к трехфазной первичной обмотке несимметричного автотрансформатора на Ш-образном магнитопроводе, который содержит, кроме того, две вторичных и две третичных однофазных обмотки, причем первичные обмотки с числом витков Wi в каждой фазе расположены на всех трех стержнях магнитопровода, вторичные обмотки с числом витков Wj - на крайних стержнях, а третичные с числом витков Wj - на среднем стержне, и к первичной обмотке, расположенной на среднем стержне, с обоих ее концов подключены последовательно соединенные в цепочки встречно включенные вторичные и третичные обмотки, свободные концы которых подключены к линии, причем к упомянутым концам первичной обМотки подключены одноименные с ними концы вторичных обмоток, а одна из фаз симметрично источника, не связанная с вторичными обмотками, подключена к электропроводному объекту, при этом отнощение чисел витков упомянутых обмоток соответственно равно Wi-Wz .v,l:(l- |-cose(): A.sm(f-.) - siii(-)-, причем1 o/ laragvf где Za. nZ - сопротивления электропроводного объекта и одного из проводов несимметричной линии соответственно. Кроме того, с целью подключения к электропередаче симметричных нагрузок она может быть снабжена дополнительным трехфазным несимметричным автотрансформатором нагрузки, выполненным аналогично включенному на входе линии с обратным расположением входных и выходных зажимов. На фиг. 1 представлена принципиальная схема передачи, у которой несимметричный источник выполнен в виде последовательного соединения симметричного источника и несимметричного автотрансформатора, а линия и нагрузка - несимметричными; на фиг. 2 - трехфазная передача, у которой несимметричная нагрузка выполнена в виде последовательного соединения несимметричного трехфазного автотрансформатора и симметричной нагрузки; на фиг. 3 - принципиальная схема соединений обмоток несимметричного автотрансформатора; на фиг. 4 - типографическая диаграмма напряжений обмоток несимметричного трехфазного автотрансформатора; на фиг. 5 - графическая зависимость увеличения пропускной мощности электропередачи по сравнению с трехфазной электропередачей, у которой источник выполнен симметричным, от соотнощения сопротивлений сопутствующего электропроводного объекта к одному из двух проводов трехпроводной несимметричной линии. Трехфазная передача (фиг. 1) состоит из несимметричного источника 1, несимметричной нагрузки 2, несимметричной линии 3, состоящей из двух проводов 4 и 5, имеющих равные сопротивления Z, и сопутствующего электропроводного объекта 6 (например, рельсы, трубы, земля, корпуса и т.д.), имеющего сопротивление Z, подключенного между источником 1 и нагрузкой 2 и выполняющего роль третьего провода в трехфазной электропередаче. Несимметричный источник 1 состоит из симметричного источника 7 и несимметричного автотрансформатора 8. Трехфазная электропередача (фиг. 2) состоит из несимметричного источника 1 и несимметричной линии 3, выполненных аналогично показанным на фиг. 1. Отличие электропередачи (фиг. 2) состоит в том, что несимметричная нагрузка 2 выполнена в виде последовательного соединения несимметричного автотрансформатора 9 и симметричной нагрузки 10. Несимметричный автотрансформатор (фиг. 3) содержит три обмотки, имеющие равное число витков W,. размещенные на всех трех стержнях трехфазного магнитопроёода, соединенные между собой в треугольник и подключенные к симметричному источнику через зажимы А, В и С. Кроме того, несимметричный автотрансформатор содержит две вторичные обмотки с равным числом витков Wj, размещенные на крайних стержнях магнитопровода, ,а также две третичные обмотки, имеющие равное число витков W3, размещенные на среднем стержне магнитопровода. Каждая из обмоток Wj, размещенная на крайнем стержне магнитопровода, соединена одноименными концами с обмоткой, расположенной на среднем стержне магнитопровода, образуя цепи, одни концы которых соединены с входными зажимами В и С, а другие - с выходными зажимами В и Q. Зажим А является общим для входной и выходной сиетем напряжений. Передача работает следующим образом. ; . Симметричная система напряжений с симметричного источника .7 через зажимы А, В, и С подается на несимметричный трехфазный автотрансформатор 8, .выходные зажимы А, EI и Ct которого соединены с несимметричной линией 3. Выходная система напряжений UABJ, UB,, и Ц.,л несимметричного автотрансформатора 8 несимметрична,. причем два напряжения и Uc,x .равны по модулю (идв ис,д... ид ), а третье Ueiq. не равно линейному напрл, жению Цц. Такую систему напряжений можно представить в виде равнобедренного треугольника с. углом л.между сторонами, изображающими равные напряжения Bj AQ (фиг. 4). Если коэффициент несимметрии трехфазных напряжений обозначить через ..« причем Е , где и.. и Uf .тт-фазные симметричные составляющие напряжений прямой и обратной последовательностей соответственно, определяемые из. выражений (); (, то связь ск и Е определяется геометрическими соотношениями треугольника напря„ JJ JJ, жении ид5.,..и и ис,д. Из рассмотрения геометрических зависимостеи треугольника напряжении наидем(g )-f5) На начало и конец несимметричной линии 3 наложим условие уравновешенности передачи, чтобы в. начале и конце линии 3 не нарушалось условие согласования (4) где EiTT- коэффициент несимметрии токов линии 3, определяемый аналогично уравнениям (1) и (2). ТЪгда связь между Ё и соотношением - может быть представлена в виде г. . 6 /5) 3 Подставляем уравнение (5) в равенство (3) и после преобразований находим .7f Таким образом, система напряжений линии 3 при уравновешенной передаче зависит от соотношения между сопротивлениями электропроводного объекта б и одного проводов 4 и 5. Выражение (6) с помощью угла.ОС определяет форму треугольника напряжений на входе и выходе несимметричной линии 3. Несимметричная система напряжений в линии 3 создается с помощью неснмме: ричного автотрансформатора 8 на вШбД.ных зажимах А, В и С«. С этой целью три равные обмотки W соединены в треугольник и подключены к симметричному источнику (фиг. 3 и 4). Для создания «t, удовлетворяющего уравнению (6), причем на стержнях автотрансформатора 8 образованы из обмоток две последовательHbie цепи, одна из которых одним выводом подсоединена к входному зажиму В автотрансформатора, а другим - к выходному зажиму В, а другая последовательная цепь одним выводом подключена к входному зажиму С, а другим - к выходному зажиму Cj. Каждая из последовательных цепей содержит последовательное соединение обмоток Wj .и Wj. Топографическая диаграмма напряжений на обмотках несимметричного автотрансформатора 8 показана на фиг. 4, где треугольник ABC равносторонний и отображает входную симметричную систему напряжений Од, UK и UCA . Отрезки BE и CF изображают напряжения на обмотках крайних стержней, а отрезки CfF и BiE - напряжения на обмотках, расположенных на среднем стержне. Из геометрических соотношений (фиг. 4) определим напряжения на обмотках Wj и W, соответственно «rbAit-); (-)51-«(1-а). (7) Так как стержни магнитопроводов имеют одинаковые поперечные сечения, то числа витков обмоток W,, W, и W относятся „ежду собой как величины напряжений, приложенные к ним, т.е. Wi-.Wa:Wj l:( ): 5iT.(4-;|) 5it,(S-|) Предлагаемое выполнение несимметричного автотрансформатора 8 позволяет существенно уменьшить установленную мощность известной электропередачи. Для сравнения электропередач по мощности проведем сравнение электропередач по установленной мощности известного несимметричного трансформатора и несимметричного автотрансформатора 8. В качестве исходных величин линейный ток и линейное напряжение принимаем за единицу. Тогда установленная мощность несимметричного трансформатора равна не менее V3, Установленная мощность несимметричного автотрансформатора 8 определяется полусуммой мощностей всех его обмоток и может быть выражена с помощью уравнения (tt)sin(f-Л)(l.si„|) t2-4cosflПрактически несимметричная электропередача может работать при А, находящемся в пределах от до При изменении оС от до -н- установленная мощность несимметричного автотрансформатора 8 изменяется от О до 0,4.

Сравнение установленных мощностей показывает, что установленная мощность несимметричного автотрансформатора 8 предлагаемой электропередачи не менее чем в 4,3 раза меньще установленной мощности несимметричного трансформатора в известной электропередаче.

Положительный эффект от применения изобретения заключается в снижении установленной мощности несимметричного трансформатора не менее чем на 77%, что позволяет снизить потребление меди и трансформаторной стали.

Произведем сравнение предлагаемой электропередачи с базовым вариантом. В качестве последнего принимаем несимметричную электропередачу «два проводарельс, применяемую на больщинстве участков железных дорог, электрифицированных переменным током.

По сравнению с базовым вариантом предлагаемая электропередача позволяет

увеличить пропускную мощность несимметричной линии «два провода-рельс на 4,5 - 15,5%.

Пропускная мощность Se несимметричной линии при симметричной системе питающих напряжений (базовый вариант) равна

С9)

Пропускная мощность несимметричной линии в предлагаемой электропередаче определяется выражением

do)

S UAU2ginc(, что с учетом уравнения (6) дает

AS

Относительное увеличение - пропускной мощности равно

5-5

- i

(12)

( 5с

графическая зависимость (фиг. 5) показывает, что применение предлагаемой электропередачи позволяет увеличить пропускную мощность на 5-15%.

1. ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧА по авт. св. № 855848, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности оборудования электропередачи, несимметричный источник выполнен в виде симметричного источника, подключенного к трехфазной первичной обмотке несимметричного автотрансформатора на Ш-образном магнитопроводе, который содержит, кроме того, две вторичных и две третичных однофазных обмотки, причем первичные обмотки с числом витков Wj в каждой фазе расположены на всех трех стержнях .магнитопровода, вторичные обмотки с числом витков W2 - на крайних стержнях, а третичные с числом витков Wj - расположены на среднем стержне, и к первичной, обмотке, расположенной на среднем стержне, с обоих ее концов подключены последовательно соединенные в цепочки встречно включенные вторичные и третичные обмотки, свободные концы которых подключены к линии, причем к упомянутым концам первичной обмотки подключены одноименные с ними концы вторичных обмоток, а одна из фаз симметричного источника не связанная с вторичными обмотками, подключена к электропроводному объекту, при этом отношение чисел витков упомянутых обмоток соответственно равно Vi: i:(l-|f cosoJ)(-|-g)si«(|-f) ; Причем o(-2a,rctg. где Z(.H Z - сопротивления электропроводного объекта и одного из проводов несим(О метричной линии соответственно. 2. Электропередача по п. 1, отличающаяся , что, с целью подсоединения к ней симметричных нагрузок, она снабжена дополнительным трехфазным несимметричным автотрансформатором нагрузки, выполненным аналогично включенному на входе линии с обратным расположением вход00 ных и выходных зажимов. оо со

фиг. 2

Фиг.з

П