В обычных симметричных многофазных системах применяются, во избежание сдвигов напряжения и тока, минимально три изолированных (для рабочего напряжения) провода. Следовательно, для машин трансформаторов и подобных аппаратов необходимы, по крайней мере, три сердечника, рассчитанные для рабочего напряжения. При передачах на большие расстояния это приводит к дорогим установкам. Вследствие этого, например, на железных дорогах с трехфазным током заземляют одну фазу и пропускают ее ток через рельсы или через землю, так что для передачи энергии остаются только два рабочих провода. В случае применения этого способа для передач на большие расстояния, с более высокими напряжениями и более высоким числом периодов (обычные в распределительных сетях), подобная работа линии передачи приведет, вследствие неравенств в постоянных отдельных фазах (омические и :индуктивные сопротивления) к несимметричным сдвигам тока и, напряжения; этот путь оказался, поэтому, практически неприемлемым для общего распределения энергии. Подобные несимметричные сдвиги напряжения и тока в проводах и трансформаторах вызываются также рабочим током, если нагрузка распределена неравномерно на отдельные фазы. Поэтому при суш,ествующем до сих пор способе распределения тока необходимо было требовать от потребителей возможно более симметричной нагрузки.
Вышесказанное относится, подобным же образом, и ко всем многофазным системам, следовательно также к однофазным системам со средним проводом, которые (правильнее) должны рассматриваться как сопряженные двухфазные системы.
Предлагаемое изобретение имеет в виду, главным образом, такие несимметричности в проводах и трансформаторах (в особых случаях также
в генераторах и приключаемых аппаратах), которые сознательно предусмотрены для упрощения передачи и трансформаторов и которые для нормальной работы генераторных и потребительских установок должны быть вновь устранены. Изобретение, в частности, может быть применено также, когда речь идет О- Многофазной передаче с двойнЁтми проводами, при которой ток и напряжения в проводах попарнб противоположны (сдвинуты на 180°), так что передача при нормальной работе более или менее равномерно распределена, однако при повреждениях или при выключении одного или нескольких проводов по другой причине происходит неравномерное распределение тока и, следовательно, большая несимметричность всей установки. Примером такой системы служит 2 - фазная передача с 4-мя проводам-и и сдвигом фазы в 90° или же в 60° и 120°, при которой точки сопряжения на обоих концах линии соединены с землей. Пока все четыре провода работают и имеют двухфазную нагрузку, система практически работает симметрично, земляной провод практически не имеет тока. Но если выключается один провод, или (в этом случае обычно так делается) два провода, т.-е. половина всего их числа, то работа передачи автоматически сохраняется, так как часть тока передается через землю или особый обратный провод. Таким образом, падение напряжения в трех проводах становится различным по величине и направлению: половина, остающа5(ся в работе, делается несимметричной, Изобретение имеет целью при сопряженных многофазных системах выравнивать в одной или нескольких точках те изменения в симметрии между началом и концом линии передачи или в части передачи, которые вызваны вышеприведенными или другими причинами. Изобретение имеет в виду выравнить несимметричность в та кой степени, которая была бы целесообразна в каждом отдельном случае. Таким образом, можно будет совершенно выбросить намотку или провод одной фазы и применить при линиях передачи в качестве одного из проводов землю или слабо изолированный или неизолированный провод. Для этого между точкой сопряжения и одной или многими фазами, или же между фазами, или в обоих местах, включаются омические или индуктивные сопротивления или сопротивления обоих видов, рассчитанные для получения желательной степени симметрии. Указанные индуктивные или омические сопротивления могут иметь постоянную величину, или же могут устанавливаться на любую желательную величину во время работы. Сопротивления между точкой сопряжения и фазами действуют, преимущественно, на выравнивание напряжения отдельньк фаз, а сопротивление между фазами, преимущественно, на выравнивание токов в фазах.
На фиг. 1, 2 и 3 приведены схемы, поясняющие предлагаемый способ выравнивания несимметрии напряжений V-образных многофазных систем.
Согласно фиг. 1 напряжение трехфазного генератора а трансформируется в двух однофазных трансформаторах с и d, с применением известной V-образной схемы. Со стороны высокого напряжения точка сопряжения заземлена, а именно как, в начале, так и в конце линии передачи, так что особый обратный провод в данном случае является излишним. Нагрузка на конце состоит, например, из трех равновеликих сопротивлений, включенных звездой, так что коэффициент мощности на конце во всех трех фазах практически равен нулю. Пусть наверху на опорах протянут земляной трос, который имеет другое сечение и, следовательно, также другие величины сопротивлений, чем оба других изолированных провода. Тогда по фиг. 3
получается емкостная схема передачи, из которой получается распределение зарядных токов. Для упрощения принято равенство следующих величин емкости:
Koz Яоз и KI KIS„Обратный провод, состоящий из земли и земляного троса, имеет больший зарядный ток, чем каждый из двух изолированных проводов. Симметричность зарядных токов в трех проводах как по величине, так и по направлению, можно восстановить или увеличением емкости /Соз включая между фазами 2 и 3 непосредственно или посредственно (емкостную) безваттную нагрузку или уменьшением емкостей /Со, и /СоЗ включая посредственно или непосредственно между проводом 2 и землей, а также между проводом 3 и замлей, индуктивную нагрузку соответствующей величины. На схеме по фиг. 1 применен последний метод. Величина разности зарядных токов вторичных обмоток компенсируется посредственно по величине и направлению через оба трансформатора cud при помощи дроссельной катушки е. Нагрузка при помощи дроссельной катущки практически равносильна увеличению тока холостого хода в трансформаторах. Поэтому можно достигнуть желательной компенсации также одним только изменением тока холостого хода трансформаторов, что, как известно, достигается простым путем-увеличением магнитного сопротивления железного сердечника (например, увеличением воздушного промежутка). Если желательно достигнуть точного выравнивания неравномерности в зарядных токах, то необходимо в последнем указанном случае соразмерить величину дроссельной катушки с разницей между подлежащей компенсации емкостной мощности и безваттной мощности холостого хода трансформаторов. Вместо того, чтобы исполь зовать в качестве дроссельной катушки третью обмотку трансформатора, можно
эту катушку включить также между соответствующими фазами генератора или на стороне высокого напряжения между обоими проводами высокого напряжения и землей. Эта компенсация может быть предпринята также и в любом месте линии, как при помощи особого трансформатора, так и без него.
Симметричность напряжений в этом случае достигается приспособлением /, состоящим из омического и индуктивного сопротивления. Способ действия можно усмотреть из фиг, 2. При этом принято, что на конце передачи имеется налицо симметричность напряжений и токов, и что провода la, 2а, За нагружены тремя равными сопротивлениями, включенными звездой. Пусть обратный ток фазы 1а проходит через землю, сопротивлением которой пренебрегают. Если омическое сопротивление проводов составляет около 5%,а индуктивное около 15%, то напряжения в начале проводов будут приблизительно 1а, 2Ь, а, 31} и 2Ь, ЗЬ; если омическое сопротивление трансформаторов составляет 1%, а индуктивное 10%, то три наружных напряжения на низковольтной стороне трансформатора составят приблизительно la, 2с, 1а, 3с и 2с, 3с. Несмотря на симметричную нагрузку в конце линии, распределение напряжений в начале линий несимметрично, а еще более-на стороне низкого напряжения трансформаторов. Несимметричность произошла оттого, что обратный провод имеет другие величины сопротивлений, чем оба других провода. Регулировка несимметричности производится надлежащим искусственным изменением величины сопротивления провода. В приведенном случае для восстановления симметричности, между точками сопряжения обоих трансформаторов с и uf и генераторной фазой 1 включаются омические и безваттные сопротивления, соответствующие сопротивлениям одного провода и одного трансформатора. Таким образом
в диаграмме напряжений точка 1а перемещается в 1с и, таким образом, симметричность напряжений вновь будет восстановлена, как оно и получается из диаграммы 1с, 2с, 3с. Можно было бы произвести компенсацию напряжения также отдельными ступенями, т.-е. сперва на высоковольтной стороне компенсировать несимметричность линии, затем на низковольтной-несимметричность, вызванную трансформаторами. При длинных передачах может при известных условиях возникнуть вопрос и о компенсации в середине линии.- В большинстве случаев совсем не важно получить безусловно точную компенсацию. Так как омическое падение напряжения обычно мало по сравнению с безваттным и вызывает только очень малый сдвиг напряжений (но добавочные потери энергии), то во многих случаях можно будет отказаться от компенсации омического сопротивления и удовлетвориться компенсацией безваттного. Вместо симметричной трехфазной нагрузки можно былобы принять также любой другой вид нагрузки-однофазный, двухфазный-симметричный или несимметричный. Во всяком случае несимметричность токов или напряжений или обоих вместе может быть устранена по желанию приведенными выше средствами. На фиг. 1 представлен еще случай, при котором две системы данного типа, соответствующие предлагаемому изобретению, включены параллельно, при чем их линии передачи установлены также параллельно, например, на тех же столбах. В этом случае частичная компенсация несимметричных сдвигов напряжений и токов достигается сдвигом соответствующих , фаз обеих систем на 180° друг к другу (на фиг. 1, например, перестановкой соединений на высоковольтной стороне). В этом случае при двух системах не придется удваивать компенсационные приспособления, необходимые для одной системы. Это может быть достигнуто также
и на трансформаторах, если поставить обмотку высокого напряжения обеих систем на тот же трансформатор, или, что одно и то же, если взять середину высоковольтной обмотки в качестве точки сопряжения, а концы сделать фазами высокого напряжения для линии передачи. Приспособления, потребляющие ваттный и безваттный ток, служащие для достижения равномерности в напряжениях, могут быть включены также между двумя или многими точками сопряжения фазных групп данной системы.
Несимметричность напряжений (вместо использования точки сопряжения) может быть выравнена также в самих фазах. При этом приспособления для достижения симметричности включаются последовательно с отдельными фазами и при помощи связи между отдельными фазами нагружаются так, что они вызывают в фазах сдвиги напряжения такой величины и направления, которые дают желательную степень симметрии. Если, например, речь идет о V-образной схеме при трехфазном токе и достижении симметрии на трансформаторе, то приспособления для достижения симметричности могут быть включены в любых точках трансформаторных обмоток. То же касается воздушных линий, при которых приспособления для достижения симметрии также могут быть установлены в любом пункте линии, и также без помощи точки сопряжения.
Это устройство преимущественно приспособлено для длинных линий и для таких случаев, в которых достижение симметричности линий на конечных пунктах не является достаточным.
Предмет патента.
1. Способ выравнивания несимметрии напряжений V-образных многофазных систем, характеризующийся тем, что между точкою сопряжения фазных низковольтных
обмоток и соединенной с нею фазою генератора включают омическое или реактивное сопротивление постоянной или изменяемой во время работы величины (фиг. 1). 2. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 способа, отличающееся тем, что две или больше отдельных систем передач с несимметричными напряжениями, например, g i h к g i ft (фиг. 1), соединяют в две возможно равновеликие
группы таким образом, чтобы соответствующие фазы систем, принадлежащие разным группам, например, g g или h и ft были сдвинуты взаимно на 180°.
3. Видоизменение охарактеризованного в п. 2 способа, отличающееся тем, что две соответствующие фазы обеих групп связаны металлически друг с другом с целью получения общего провода меньшего сечения.
0и.г./
0иг.2
