Пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів

1. Пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів, який містить вхідні та вихідні затискачі трьох лінійних фаз та один затискач нульової фази, а також послідовний та паралельний фільтри струмів нульової послідовності, послідовний фільтр струмів нульової послідовності містить три обмотки з однаковою кількістю витків, які розташовані на магнітопроводі, паралельний фільтр струмів нульової послідовності споряджений виводами трьох лінійних та нульової фаз, який відрізняється тим, що послідовний фільтр струмів нульової послідовності виконаний у вигляді однофазного трансформатора міжфазного зв'язку, який містить чотири обмотки, ці чотири обмотки споряджені початковими та кінцевими виводами, причому кожен з початкових виводів трьох рівних за кількістю витків обмоток однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний по одному до одного вхідного затискача лінійних фаз пристрою, кожен з кінцевих виводів трьох рівних за кількістю витків обмоток однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний по одному до одного вихідного затискача лінійних фаз пристрою, початковий вивід четвертої обмотки однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний до виводу нульової фази паралельного фільтра струмів нульової послідовності, а кінцевий вивід четвертої обмотки однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний до затискача нульової фази пристрою, 2 (19) 1 3 95188 4 7. Пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів за пп. 4-6, який відрізняється тим, що паралельний фільтр струмів нульової послідовності виконаний за схемою трьох конденсаторів, ввімкнених між собою у зірку (Yo). 8. Пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів за пп. 4-7, який відрізняється тим, що паралельний фільтр струмів нульової послідовності виконаний за схемою трьох обмоток, розміщених на тристрижневому магнітопроводі і ввімкнених між собою у зірку (Yо). 9. Пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів за пп. 1-8, який відрізняється тим, що оснащений опором, який розміщений у колі четвертої обмотки однофазного трансформатора. Пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів відноситься до електротехніки і призначений для використання у низьковольтній чотирипровідній трифазній мережі 0,38-0,4 кВ із глухо заземленою нульовою фазою (нейтраллю). Пристрій призначений для застосування на вводі мережі у споруду або житловий будинок, а також у проміжному пункті мережі споживача. Пристрій доцільно використовувати для живлення приймачів, які є чутливими до вищих гармонік напруг, до глибоких посадок напруги, наприклад, до 90%, які виникають у разі однофазного короткого замикання (КЗ) на землю. Тривалість посадок щонайменше рівна 0,01с, а найбільше значення тривалості посадки не обмежене в часі. Типовими представниками таких приймачів є комп'ютери та електронні засоби автоматизації виробництва. Пристрій також усуває перерозподіл струмів між нульовими фазами групи приймачів, що зменшує вартість спожитої енергії, виміряної електричним лічильником з однобічним обліком (обліком тільки вхідної електричної енергії). Відомий пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів, що містить фільтр напруг або струмів нульової послідовності та релейні засоби захисту [1-6, 8]. Пристрій захищає трифазну мережу від однофазних КЗ та від погіршання якості напруг шляхом відключення розподільчої мережі або приймача від джерела енергії. Недолік пристрою: втрата живлення приймачів. Відомий пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів, що містить багатофазні випрямляч та інвертор [14]. Завдяки зміні фазного кута включення силових напівпровідникових ключів у такому пристрої зменшені 5-ті, 7-мі, 11-ті та 13-ті гармоніки напруги та струму. Недолік пристрою: велика вартість та ненадійність пристрою. Відомий пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів, що містить первинні або вторинні обмотки двох трансформаторів, обмотки яких з'єднані між собою за схемами: гальванічно розімкнута зірка одного трансформатора приєднана до вершин трикутника; або ж гальванічно розімкнута зірка приєднана до зиґзаґу [7, 9, 10, 12, 13, 19, 25]. Спектр подавлення вищих гармонік включає крім 5-тих, 7-мих, 11-тих, 13-тих гармонік ще гармоніки 17-ті, 19-ті, 23-ті, 25ті і т.д. струмів трифазної мережі та парні гармоніки випрямленої напруги випрямляча та гармоніки струмів в машинах приводу зі змінною частотою обертання. Ефект досягнуто завдяки введенню магнітних полів розсіювання. Недолік пристрою: збільшення крутизни зовнішньої вольт-амперної характеристики інвертора та зниження жорсткості механічної характеристики приводу (  = f(M), де:  - частота обертання; М - момент на валу). Відомий пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів, що містить три однопровідні дроселі, три багато провідні дроселі-трансформатори, або принаймні один багатопровідний трансформатор міжфазного зв'язку [12, 13, 15, 17, 18, 21, 24-26]. Дросельтрансформатор та трансформатор міжфазного зв'язку виконані двопровідними, трипровідними, або чотирипровідними. Ці елементи підвищують опір нульової послідовності і тим зменшують струми вищих гармонік. Недолік пристрою: при симетричних режимах у трифазних колах можуть виникати некеровані напруги нульової послідовності у дроселі-трансформаторі або трансформаторі в наслідок байдужого стану (рівності ампер-витків), перехідних процесів, спонтанного намагнічування магнітопроводу, вищих гармонік, тощо. В наслідок цього величина та фазний кут напруги нульової послідовності можуть приймати довільні величини. Відомий пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів, що містить однофазний інвертор та трифазний трансформатор, первинні обмотки якого ввімкнені у зірку, промені якої приєднані де проводів розподільчої мережі, а вторинні обмотки трансформатора ввімкнені у відкритий трикутник, до виходу якого приєднаний однофазний інвертор [16]. Шляхом зміни фазного кута та величини наруги однофазного інвертора досягається компенсація струмів нульової послідовності у нейтралі мережі. Недолік пристрою: складність пристрою, необхідність силового живлення, ненадійність експлуатації, особливо у випадках КЗ, мала ефективність (незначне подавлення струмів вищих гармонік), потужність інвертора повинна бути співмірною з потужністю мережі. Відомий пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів, що містить фільтр струмів нульової послідовності, виводи якого приєднані до проводів розподільчої мережі [23]. Обмотки такого фільтру виконані за схемою зиґзаґ. Пристрій задовільно подавляє основну та вищі гармоніки нульової послідовності, усуває зміщення потенціалу нульової фази, а при 5 розриві одного з проводів розподільчої мережі генерує зниклу напругу. Недолік пристрою: перерозподіл струмів між нульовими фазами групи приймачів, що збільшує вартість спожитої енергії, виміряної електричним лічильником однобічного обліку, збільшення струмів нульової послідовності у мережі, однофазне КЗ приводить до зникнення живлення приймачів. Відомий пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів, що містить фільтр струмів нульової послідовності, виводи якого приєднані до проводів розподільчої мережі та дросель або котушку індуктивності, яка ввімкнена між нульовою фазою мережі та приймача [17, 22]. Пристрій усуває збільшення струмів нульової послідовності у розподільчій мережі. Недолік пристрою: нульова фаза приймачів не заземлена, що суперечить правилам технічної експлуатації та техніки безпеки [11]. Відомий пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів, що містить фільтр струмів нульової послідовності, виводи якого приєднані до проводів розподільчої мережі та контур заземлення підстанції [20]. Середня точка вторинних обмоток, з'єднаних у зірку, не заземлена. Недолік: порушення вимоги глухого заземлення нейтралі трансформатора [11]. Відомий пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів (прототип), який містить вхідні та вихідні затискачі трьох лінійних фаз та один затискач нульової фази, а також послідовний та паралельний фільтри струмів нульової послідовності, послідовний фільтр струмів нульової послідовності містить три обмотки з однаковою кількістю витків, паралельний фільтр струмів нульової послідовності споряджений виводами трьох лінійних та нульової фаз [21]. Пристрій має множину корисних властивостей, основні з яких: зменшення напруги нульової послідовності на приймачах, подавлення струмів та напруг вищих гармонік нульової послідовності, захист від однофазних КЗ, тощо. Недоліки пристрою: - недостатня кратність зменшення напруг та струмів нульової послідовності у напругах приймача, яка, затвердженням автора, не перевищує 5,0; - наявність звукового шуму та вібрації у дроселі-трансформаторі через повітряний прозір у магнітопроводі; - виникнення коливань фазних напруг при перехідних процесах, наприклад, при ввімкненні одного з фазних приймачів. У зв'язку з указаними недоліками була поставлена задача: збільшити кратність подавлення струмів та напруг нульової послідовності, зменшити вібрацію та звукові шуми, підвищити живучість системи електропостачання при однофазних КЗ, а також усунути перерозподіл струмів між нульовими фазами групи приймачів мережі і тим зменшити вартість спожитої енергії, виміряної електричним лічильником з однобічним обліком (обліком лише вхідної електричної енергії). Поставлена задача розв'язана шляхом виділення напруги нульової послідовності розподільчої мережі та трансформації вказаної напруги у послідовний фільтр струмів нульової послідовності, а саме тим, що: 95188 6 у пристрої для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів, який містить вхідні та вихідні затискачі трьох лінійних фаз та один затискач нульової фази, а також послідовний та паралельний фільтри струмів нульової послідовності, послідовний фільтр струмів нульової послідовності містить три обмотки з однаковою кількістю витків, розташовані на магнітопроводі, паралельний фільтр струмів нульової послідовності споряджений виводами трьох лінійних та нульової фаз, послідовний фільтр струмів нульової послідовності виконаний у вигляді однофазного трансформатора міжфазного зв'язку, який містить чотири обмотки, всі ці чотири обмотки споряджені початковими та кінцевими виводами, причому кожен з початкових виводів трьох рівних за кількістю витків обмоток однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний по одному до одного вхідного затискача лінійних фаз пристрою, кожен з кінцевих виводів трьох рівних за кількістю витків обмоток однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний по одному до одного вихідного затискача лінійних фаз пристрою, початковий вивід четвертої обмотки однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний до виводу нульової фази паралельного фільтру струмів нульової послідовності, а кінцевий вивід четвертої обмотки однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний до затискача нульової фази пристрою, при цьому кожен вивід лінійних фаз паралельного фільтру струмів нульової послідовності приєднаний по одному до одного вхідного затискача лінійної фази пристрою. Паралельний фільтр струмів нульової послідовності виконаний за схемою, вибраною з ряду: Zo (зиґзаґ),  о (лямбда), Ао (А-подібна схема), То (схема Скота), наприклад, за схемою Zo. До пристрою додані вимикач та/або блок керування та нормально відкритий контакт (ключ) блоку керування, причому вимикач та нормально відкритий контакт (ключ) блоку керування між собою з'єднані паралельно і ввімкнені між початковим виводом четвертої обмотки послідовного фільтру струмів нульової послідовності та виводом нульової фази пристрою, входи блоку керування приєднані до вхідних затискачів лінійних фаз пристрою та до затискача нульової фази пристрою. До пристрою додано додатковий паралельний фільтр струмів нульової послідовності, виводи лінійних фаз якого приєднані до вихідних затискачів лінійних фаз та до затискача нульової фази пристрою. Додатковий паралельний фільтр струмів нульової послідовності виконаний за схемою, вибраною з ряду: Zo (зиґзаґ),  о (лямбда), Ао (Аподібна схема), То (схема Скота), наприклад, за схемою Zo. Паралельний фільтр струмів нульової послідовності виконаний за схемою, вибраною з ряду: Zo (зиґзаґ),  о (лямбда), Ао (А-подібна схема), То (схема Скота), Yo, наприклад, за схемою Yo. 7 Паралельний фільтр струмів нульової послідовності виконаний за схемою трьох конденсаторів, ввімкнених між собою у зірку (Yo). Паралельний фільтр струмів нульової послідовності виконаний за схемою трьох обмоток, розміщених на тристрижневому магнітопроводі і ввімкнених між собою у зірку (Yo). До пристрою додано опір, який розміщений у колі четвертої обмотки однофазного трансформатора. Пояснення суті винаходу представлені на фіг. 1-6. На фіг.1 подана блок-схема пристрою з послідовним та паралельним фільтрами струмів нульової послідовності. На фіг.2 показана блок-схема пристрою з послідовним та двома паралельними фільтрами струмів нульової послідовності. На фіг.3 наведена конструкція послідовного фільтру струмів нульової послідовності, чотири обмотки якого виконані з тісним магнітним зв'язком. На фіг.4 представлена конструкція послідовного фільтру струмів нульової послідовності, три обмотки якого виконані з тісним магнітним зв'язком. На фіг.5 подане топографічне зображення послідовного фільтру струмів нульової послідовності в робочому режимі. На фіг.6, а-е показані схеми виділення напруги нульової послідовності розподільчої мережі. На фіг. 1 позначено: А1, В1, С1, та А4, В4, С4 вхідні та вихідні затискачі лінійних фаз пристрою; 0 - затискач нульової фази пристрою; А2, В2, С2, 02 та A3, В3, С3, 03 - початкові та кінцеві виводи обмоток однофазного трансформатора міжфазного зв'язку; 1 - паралельний фільтр струмів нульової послідовності; 2 - послідовний фільтр струмів нульової послідовності; 3 - четверта обмотка послідовного фільтру струмів нульової послідовності; 4, 5, 7 - три обмотки з однаковою кількістю витків; 6 магнітопровід однофазного трансформатора послідовного фільтру струмів нульової послідовності; 8 - проміжний вивід четвертої обмотки однофазного трансформатора; 01 - вивід нульової фази паралельного фільтру струмів нульової послідовності 1; 9 - пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів за першим основним варіантом; 10 - лінія зв'язку між вхідними затискачами лінійних фаз та першим входом блоку керування; 10-а - лінія зв'язку (провід) між затискачем 0 нульової фази та другим входом блоку керування 11; 11 - блок керування нормально відкритим контактом (ключем) блоку керування, призначеним для автоматичного ввімкнення нормально відкритого контакту 13 при розриві проводу однієї з фаз мережі; 12 - лінія керування нормально відкритим контактом блоку керування; 14 - вимикач. У першому основному варіанті виконання пристрою паралельний фільтр 1 відноситься до силових фільтрів струмів нульової послідовності і виконаний за схемою, вибраною з ряду: Zo (зиґзаґ з нульовою фазою),  о (лямбда з нульовою фазою, Ао (А-подібна схема з нульовою фазою), То (Схе 95188 8 ма Скота з нульовою фазою), наприклад, за схемою Zo. На фіг. 2 позначено: 04 - вивід нульової фази паралельного фільтру струмів нульової послідовності; 15 - паралельний фільтр струмів нульової послідовності (у другому основному варіанті паралельний фільтр струмів нульової послідовності виконано меншою у 15-25 разів потужністю); 16 підлаштовуючий опір; 17 - послідовний фільтр струмів нульової послідовності; 18 - четверта обмотка послідовного фільтру струмів нульової послідовності; 19, 20, 22 - три обмотки з однаковою кількістю витків послідовного фільтру струмів нульової послідовності; 21 - магнітопровід однофазного трансформатора послідовного фільтру струмів нульової послідовності; 23 - проміжний вивід четвертої обмотки однофазного трансформатора; 05 та 06 - виводи четвертої обмотки; 07 - вивід нульової фази додаткового паралельного фільтру струмів нульової послідовності 24; 24 -додатковий фільтр струмів нульової послідовності; 25 - пристрій для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів за другим основним варіантом виконання; 26 - нормально відкритий контакт (ключ) блоку керування, 27 - вимикач; решта позначень співпадає з позначеннями фіг.1. На фіг. 3 позначено: 3, 4, 5, 7 - провід, група проводів або витків четвертої, третьої, другої та першої обмоток однофазного трансформатора послідовного фільтру струмів нульової послідовності відповідно; 6 - магнітопровід однофазного трансформатора; 28 - прозір між обмотками та магнітопроводом (мертва зона). На фіг. 4 позначення співпадають з позначеннями фіг.3. На фіг. 5 позначення співпадають з позначеннями фіг.1. На фіг. 6, а-е позначено: А, В, С - затискачі лінійних фаз фільтру струмів нульової послідовності; 08 - затискач нульової фази(нейтралі) паралельного фільтру струмів нульової послідовності; 09 - затискач нульової фази пристрою; U0 - напруга нульової послідовності розподільчої мережі. Склад і будова пристрою для підвищення надійності та економічності електропостачання приймачів. За першим основним варіантом виконання пристрій містить: А1, В1, С1 - вхідні та А4, В4, С4 - вихідні затискачі трьох лінійних фаз та один затискач нульової фази 0; паралельний 1 та послідовний 2 фільтри струмів нульової послідовності (фіг.1). Послідовний фільтр струмів нульової послідовності 2 містить три обмотки 4, 5, 7 з однаковою кількістю витків. Паралельний фільтр струмів нульової послідовності 1 споряджений виводами трьох лінійних та нульової фаз. Послідовний та паралельний фільтри струмів нульової послідовності мають різну будову і через це мають неоднакові величини опорів нульової послідовності jXo та Ro відповідно і різні їх фазні кути. Опір послідовного фільтру 2 струмів нульової послідовності jXo набагато більший опору паралельного фільтру 1 струмів нульової послідовності Ro. |jXo| >> Ro (1) Послідовний фільтр 2 струмів нульової послідовності виконаний у вигляді однофазного транс 9 форматора міжфазного зв'язку, який містить чотири обмотки 3, 4, 5 та 7, розміщені на однострижневому або двострижневому магнітопроводі 6. Всі чотири обмотки споряджені початковими А2, В2, С2, 02 та кінцевими A3, В3, С3, 03 виводами. Кожен з початкових виводів трьох рівних за кількістю витків обмоток однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний по одному до одного вхідного затискача лінійних фаз А1, В1, С1 пристрою. Кожен з кінцевих виводів трьох рівних за кількістю витків обмоток однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний по одному до одного вихідного затискача лінійних фаз А4, В4, С4 пристрою. Початковий вивід 02 четвертої обмотки однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний до виводу 01 нульової фази паралельного фільтру струмів нульової послідовності, а кінцевий вивід 03 четвертої обмотки однофазного трансформатора міжфазного зв'язку приєднаний до затискача нульової фази 0 пристрою. Кожен вивід лінійних фаз паралельного фільтру 1 струмів нульової послідовності приєднаний по одному до одного вхідного затискача лінійної фази пристрою. Паралельний фільтр 1 струмів нульової послідовності виконаний за схемою, вибраною з ряду: Zo (зиґзаґ з нульовою фазою), Ао (А-подібна схема з нульовою фазою), То (Схема Скота з нульовою фазою),  о (лямбда з нульовою фазою), наприклад, Zo. Схеми з'єднань таких фільтрів показані на фіг.6, а-е. У варіантах пристрій містить вимикач 14, який вмикають вручну у випадку обриву однієї з фаз мережі, а також нормально відкритий контакт 13 блоку керування 11. На фіг. 1 показаний перший основний варіант виконання пристрою. На фіг.2 показаний другий основний варіант виконання пристрою. Основною відміною другого основного варіанту є додатковий паралельний фільтр струмів нульової послідовності 24. Пристрій містить: А1, В1, С1 - вхідні та А4, В4, С4 вихідні затискачі трьох лінійних фаз та один затискач нульової фази 0; послідовний 17 фільтр та два паралельні фільтри 15 та 24 струмів нульової послідовності (фіг.2). Послідовний фільтр струмів нульової послідовності 17 містить три обмотки 14, 15, 17 з однаковою кількістю витків та четверту обмотку 18. Паралельні фільтри 15 та 24 струмів нульової послідовності споряджені виводами трьох лінійних та нульової фаз. Опір jXo нульової послідовності послідовного фільтру 17 набагато більший опору Ro додаткового паралельного фільтру 24. Опір Ro нульової послідовності паралельного фільтру 15 більший опору Ro додаткового паралельного фільтру 24. Опір нульової послідовності Ro паралельного фільтру 15 менший опору jXo послідовного фільтру 17 струмів нульової послідовності. Ro