Система електропостачання відповідальних приймачів електричної енергії

Реферат: Система електропостачання відповідальних приймачів електричної енергії доповнена живильним трансформатором з вхідними та вихідними виводами, трифазною чотирипровідною лінією та проводами вводу живлення до пристроїв перетворювальної техніки, при цьому вхідні виводи пристроїв перетворювальної техніки приєднані до кінців проводів вводу, початки проводів вводу приєднані до проводів трифазної чотирипровідної лінії системи, проводи початку трифазної чотирипровідної лінії системи приєднані до виводів живильного трансформатора, площі поперечного перерізу проводу нульової фази трифазної чотирипровідної лінії системи, проводу нульової фази вводу до пристроїв перетворювальної техніки та проводу виводу нульової фази принаймні одного фільтра струмів нульової послідовності, приєднаного до вхідних та/або вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки у три або більше разів більші за площу поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, приєднаного до вихідного затискача лінійної фази системи електропостачання, причому провід указаної частини виводу виготовлений з того ж матеріалу, наприклад з міді, що і проводи нульових фаз трифазної чотирипровідної лінії системи, вводу та виводів фільтрів струмів нульової послідовності, площі поперечного перерізу проводів лінійних фаз трифазної чотирипровідної лінії системи та площі поперечного перерізу проводів лінійних фаз вводу до пристроїв перетворювальної техніки у 1,7 або більше разів більші за площу поперечного перерізу частини вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, приєднаного до вихідного затискача лінійної фази системи електропостачання, причому провід указаної частини виводу виготовлений з того ж матеріалу, наприклад з міді що і проводи лінійних фаз трифазної чотирипровідної лінії системи та проводів лінійних фаз вводу до пристроїв перетворювальної техніки, а номінальна потужність кожного однофазного пристрою перетворювальної техніки або частини трифазного пристрою перетворювальної техніки, яка належить до одної фази, у 1,7 або більше разів більша за номінальне значення пропускної потужності одної фази системи електропостачання. UA 75478 U (12) UA 75478 U UA 75478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до електроенергетики та електротехніки і може бути використана для набуття живучості електропостачання приймачів, зокрема для досягнення живучості при обриві однієї з лінійних або нульової фаз лінії трифазної чотирипровідної мережі, або при виході з ладу як окремого елемента пристрою перетворювальної техніки, так і частини або всього пристрою перетворювальної техніки, пов'язаного з однією окремо взятою фазою. Пропонована система може бути застосована як у низьковольтних, так і високовольтних системах живлення відповідальних приймачів електричної енергії змінного струму. Найбільш близькою до пропонованої корисної моделі за кількістю суттєвих ознак є система електропостачання відповідальних приймачів електричної енергії, яка містить три однофазні або один трифазний пристрої перетворювальної техніки, вхідні та вихідні виводи пристроїв перетворювальної техніки, вихідні затискачі системи електропостачання та принаймні один фільтр струмів нульової послідовності, виводи яких приєднані до вхідних або/та вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, а вихідні виводи пристроїв перетворювальної техніки приєднані до вихідних затискачів системи електропостачання [Заявка на патент України № а 2010 07828; МПК (2011.01) G05F 1/14, Н02Н 3/00, Н02М 1/10, Н02Н 3/00; Публікована 26.12.2011, Бюл. №24, 2011]. Згадана система електропостачання має ряд недоліків. Перший недолік: відома система електропостачання має недостатню живучість, оскільки не враховує тривалості аварійного режиму від однієї доби до місяця. І протягом цього часу система повинна забезпечувати безперервне електропостачання відповідальних приймачів. Згадана відома система електропостачання може забезпечити безперервне живлення відповідальних приймачів лише протягом декількох десятків хвилин. Тривалість цього відрізку часу визначається постійною нагріву пристроїв перетворювальної техніки та з'єднувальних проводів. При цьому післяаварійні струми збільшуються принаймні у 1,7-3 рази, а потужність, що виділяється під час нагрівання елементів системи збільшується до 3-9 разів. Тому відома система електропостачання може забезпечити живучість при обриві вхідної фази лише за умови зниження потужності відповідальних приймачів принаймні у 1,7-3 рази. Другий недолік вказаної системи: при потужності у кожній фазі пристроїв перетворювальної техніки, яка дорівнює одна одній потужності у фазі відповідального приймача, прохідна потужність системи електропостачання при аварійних ситуаціях зменшується у 1,7 разу. Третій недолік згаданої системи: за наявності двох фільтрів струмів нульової послідовності, приєднаних до вхідних та вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, система не забезпечує живучості системи електропостачання відповідальних приймачів при повному зникненні однієї фазної напруги на вхідних виводах пристроїв перетворювальної техніки через недопустиме супутнє зниження напруг у вцілілих двох фазах. Зважаючи на сказане, у основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення такої системи електропостачання відповідальних приймачів електричної енергії, яка б дозволила підвищити її надійність і живучість при зникненні напруги однієї з фаз на вхідних виводах пристроїв перетворювальної техніки і досягти симетрії та параметричного врівноваження режиму при зникненні напруги однієї з фаз на вхідних виводах пристроїв перетворювальної техніки, а також підвищити прохідну потужність системи електропостачання. Поставлена задача вирішується за рахунок створення умов для узгодження режимів роботи складових системи електропостачання у передаварійному, аварійному і післяаварійному режимах роботи системи при обриві однієї з лінійних або нульової фаз лінії трифазної чотирипровідної мережі, або при виході з ладу як окремого елемента пристрою перетворювальної техніки, так і частини або всього пристрою перетворювальної техніки, пов'язаного з однією окремо взятою фазою. Пропонована, як і відома система електропостачання відповідальних приймачів електричної енергії, містить три однофазні або один трифазний пристрої перетворювальної техніки, вхідні та вихідні виводи пристроїв перетворювальної техніки, вихідні затискачі системи та принаймні один фільтр струмів нульової послідовності, виводи яких приєднані до вхідних або/та вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, а вихідні виводи пристроїв перетворювальної техніки приєднані до вихідних затискачів системи електропостачання, а, відповідно до корисної моделі, система доповнена живильним трансформатором з вхідними та вихідними виводами, трифазною чотирипровідною лінією системи та проводами вводу живлення до пристроїв перетворювальної техніки, вхідні виводи пристроїв перетворювальної техніки приєднані до кінців проводів вводу, початки проводів вводу приєднані до проводів трифазної чотирипровідної лінії системи, проводи початку трифазної чотирипровідної лінії системи приєднані до виводів живильного трансформатора, 1 UA 75478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 площі поперечного перерізу проводу нульової фази трифазної чотирипровідної лінії системи, проводу нульової фази вводу до пристроїв перетворювальної техніки та проводу виводу нульової фази принаймні одного фільтра струмів нульової послідовності, приєднаного до вхідних та/або вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки у три або більше разів більші за площу поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, приєднаного до вихідного затискача лінійної фази системи електропостачання, причому провід указаної частини виводу виготовлений з того ж матеріалу, наприклад з міді, що і проводи нульових фаз трифазної чотирипровідної лінії системи, вводу та виводів фільтрів струмів нульової послідовності, площі поперечного перерізу проводів лінійних фаз трифазної чотирипровідної лінії системи та площі поперечного перерізу проводів лінійних фаз вводу до пристроїв перетворювальної техніки у 1,7 або більше разів більші за площу поперечного перерізу частини вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, приєднаного до вихідного затискача лінійної фази системи електропостачання, причому провід указаної частини виводу виготовлений з того ж матеріалу, наприклад з міді, що і проводи лінійних фаз трифазної чотирипровідної лінії системи та проводів лінійних фаз вводу до пристроїв перетворювальної техніки, а номінальна потужність кожного однофазного пристрою перетворювальної техніки або частини трифазного пристрою перетворювальної техніки, яка належить до одної фази, в 1,7 або більше разів більша за номінальне значення пропускної потужності одної фази системи електропостачання. Особливістю пропонованої системи є і те, що з'єднання нульових фаз двох фільтрів струмів нульової послідовності, один з яких приєднаний до вхідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, а другий з них приєднаний до вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, виконано проводом, поперечний переріз якого у три або більше разів більший за площу поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, приєднаного до вихідного затискача лінійної фази системи електропостачання, причому провід частини указаного виводу виготовлений з того ж матеріалу, наприклад з міді, що і проводи з'єднання нульових фаз двох фільтрів струмів нульової послідовності, а площі поперечного перерізу проводів лінійних фаз вхідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, площі поперечного перерізу проводів виводів нульових фаз пристроїв перетворювальної техніки та площі поперечного перерізу частини проводів лінійних фаз вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, довжина яких обмежена вузлами приєднання до них виводів лінійних фаз другого фільтра нульової послідовності включно, у 1,7 або більше разів більші за площу поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, приєднаного до вихідного затискача лінійної фази системи електропостачання, причому провід частини вказаного виводу виготовлений з того ж матеріалу, наприклад з міді, що і проводи виводів пристроїв перетворювальної техніки. Також особливістю пропонованої системи є і те, що система доповнена третім фільтром струмів нульової послідовності, що приєднаний до трифазної чотирипровідної лінії системи у пункті приєднання лінії системи до виводів живильного трансформатора. Для кращого розуміння суті пропонованої корисної моделі представлені креслення - фіг. 1 фіг. 8. На фіг. 1 схематично показана система електропостачання, яка устаткована одним фільтром струмів нульової послідовності і трьома однофазними пристроями перетворювальної техніки, наприклад, однофазними стабілізаторами напруги. На фіг. 2 показана система електропостачання, яка устаткована одним фільтром струмів нульової послідовності і одним трифазним пристроєм перетворювальної техніки, наприклад, трифазним інвертором. На фіг. 3 показана система електропостачання, яка устаткована двома фільтрами струмів нульової послідовності і трьома однофазними пристроями перетворювальної техніки. На фіг. 4 показана система електропостачання, яка устаткована двома фільтрами струмів нульової послідовності і одним трифазним пристроєм перетворювальної техніки. На фіг. 5 показана система електропостачання, яка устаткована трьома фільтрами струмів нульової послідовності і трьома однофазними пристроями перетворювальної техніки. На фіг. 6 показана система електропостачання, яка устаткована трьома фільтрами струмів нульової послідовності і одним трифазним пристроєм перетворювальної техніки. На фіг. 7 подані залежності в одній фазі трьох потужностей від часу: потужності пристрою перетворювальної техніки, потужності фільтра струмів нульової послідовності та потужності на вихідному затискачі системи електропостачання в нормальних та аварійних режимах. 2 UA 75478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 8 показане топографічне зображення вхідних та вихідних струмів фільтра струмів нульової послідовності. На фіг. 1 позначено: А1, В1, С1 та 01 - вузли приєднання лінії системи електропостачання до виводів живильного трансформатора 1; А2, В2, С2 та 02 - вузли приєднання лінії електропостачання до вводу пристроїв перетворювальної техніки; A3, В3, С3 та 03 - затискачі кінців проводів лінії електропостачання; А4, В4, С4 та 04 - вузли приєднання проводів вводу до вхідних виводів пристроїв перетворювальної техніки; А5, В5, С5 та 05 - вихідні затискачі системи електропостачання; 2 - перший фільтр струмів нульової послідовності; 06, 07, 08 вузли приєднання виводів нульових фаз однофазних пристроїв перетворювальної техніки 3, 4, 5 до проводу нульової фази системи електропостачання; 3, 4, 5 - однофазні пристрої перетворювальної техніки, наприклад, стабілізатори напруги; Вх - високовольтний вхідний вивід живильного трансформатора (початок системи електропостачання); Вих - затискачі виходу системи електропостачання; тонкі, середні та товсті лінії з'єднання на кресленні - позначення площ поперечного перерізу проводів, відношення яких між собою складає 1:1,7:3,0. Нафіг. 2 позначено: 6 - трифазний пристрій перетворювальної техніки; 09 - вузол приєднання нульової фази трифазного пристрою перетворювальної техніки до нульової фази системи електропостачання; решта позначень співпадає з позначеннями фіг. 1. На фіг. 3 позначено: 7 - другий фільтр струмів нульової послідовності; А10, В10, С10, 010 точки (вузли) приєднання другого фільтра 7 до нульової фази системи електропостачання; штрихова лінія - позначення проводу з'єднання або пристрою перетворювальної техніки, які можуть бути усунені при збереженні живучості системи електропостачання, наприклад, при ремонті; решта позначень співпадає з позначеннями фіг. 1. На фіг. 4 позначено: 8 - трифазний пристрій перетворювальної техніки; 09 - точка (вузол) приєднання проводу виводу нульової фази трифазного пристрою перетворювальної техніки до нульової фази системи електропостачання; решта позначень співпадає з позначеннями фіг. 1. та фіг. 3. На фіг. 5 позначено: 8 - третій фільтр струмів нульової послідовності; решта позначень співпадає з позначеннями фіг. 1. та фіг. 3. На фіг. 6 позначення співпадають з позначеннями фіг. 1 та фіг. 4. На фіг. 7 позначено: Рвх(А) - відносне значення вхідної потужності однофазного пристрою перетворювальної техніки у фазі А, або частина потужності трифазного пристрою перетворювальної техніки, яка стосується фази А; Рф(А),- відносне значення потужності А, генерованої фільтром струмів нульової послідовності; Рпр(А) - пропускна потужність системи електропостачання, яка є сумою потужності пристрою перетворювальної техніки та потужності фільтра струмів нульової послідовності у фазі А у момент часу t; X - залежна змінна-частка потужності, генерованої фільтром струмів нульової послідовності (X = Рф(А)/Рпр(А)) відносно до пропускної потужності системи електропостачання; t - час; t1 - час закінчення нормального режиму роботи блока 1 фіг. 1 і початок перехідного процесу блока 2, пов'язаного зі зменшенням вихідної потужності у аварійному режимі; t2 - кінець перехідного процесу блока 1, пов'язаного зі зменшенням вихідної потужності у аварійному режимі; t3-t9 - моменти часу, пов'язані з типовими збоями у роботі однофазного стабілізатора 3 фіг. 1 - фіг.6; -Х1, -Х2, -Х3 - величини падіння потужності та струму однофазного стабілізатора 3; +Х1, +Х2, +Х3 - величини зростання потужності фільтра 4 струмів нульової послідовності. На фіг. 8 позначено: І(А5), І(В5), І(С5) та І(05) - струми які прямують від фільтра струмів нульової послідовності до вихідних затискачів системи електропостачання 05, В5, С5, 05; І(3), l(4), l(5) та l(06, 07,08) - лінійні та нульовий струми, які притікають у фільтр 7 струмів нульової послідовності від пристроїв перетворювальної техніки 3, 4 та 5. Склад та будова системи електропостачання. Система електропостачання відповідальних приймачів електричної енергії містить (фіг. 1): живильний трансформатор 1, лінію системи, однофазні пристрої перетворювальної техніки 3, 4 та 5, фільтр струмів нульової послідовності 2 та вихідні затискачі системи електропостачання А5, В5, С5 та 05. Живильний трансформатор 1, облаштований вхідними Вх та вихідними виводами, кінці яких приєднані до вузлів А1, В1, С1 та 01. Вхід лінії трифазної мережі приєднаний до вузлів А1, В1, С1 та 01, а вихід мережі приєднаний по одному до вузлів A3, В3, С3 та 03. Лінія системи електропостачання є частиною лінії мережі; її початок приєднаний до вузлів А1, В1, С1 та 01, а кінці її приєднані до вузлів А2, В2, С2 та 02, які є проміжними виводами лінії мережі. Початок вводу до пристроїв перетворювальної техніки приєднаний до вузлів А2, В2, С2 та 02 лінії системи електропостачання, а кінці цього вводу у вузлах А4, В4, С4 та 04 приєднані до вхідних виводів однофазних пристроїв перетворювальної техніки 3, 4 та 5, а також до виводів фільтра струмів нульової послідовності 2. Кожний вихідний вивід лінійних фаз однофазних пристроїв 3 UA 75478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перетворювальної техніки 3, 4 та 5 приєднаний до вихідних затискачів А5, В5, С5. А кожний вихідний вивід нульової фази однофазних пристроїв перетворювальної техніки 3, 4 та 5 приєднаний до нульової фази фільтра струмів нульової послідовності 2 та до вихідного затискача 05 системи електропостачання. Кожний однофазний пристрій перетворювальної техніки 3, 4 та 5 у своєму складі містить електромагнітні елементи, конденсаторні батареї та комутаційні засоби, наприклад напівпровідникові елементи, зокрема тиристори. Площу та струм у поперечному перерізі проводу тієї частини вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, яка приєднана до вихідного затискача лінійної фази системи електропостачання, приймемо за 1,0. Площа поперечного перерізу проводів та струм інших проводів оцінюються відносно до вищевказаних площі та струму поперечного перерізу, прийнятих за одиницю: площа - однократною; кратною 1,7; кратною 3,0; струм - однократним; кратним 1,7; кратним 3,0. Площа поперечного перерізу виводу нульової фази фільтра струмів нульової послідовності принаймні утричі більша площі поперечного перерізу лінійної фази вихідного виводу однофазного пристрою перетворювальної техніки, наприклад, приєднаного до вихідного затискача А5, тобто площа поперечного перерізу виводу нульової фази фільтра струмів нульової послідовності є трикратною. Тому товщина ліній, які зображують ділянки проводу нульової фази з трикратним струмом, показана жирною лінією. Аналогічно, ділянки проводу лінійної фази з кратністю струму 1,7 показані лініями середньої жирності на відміну від тонких ліній, які зображують ділянки проводів, по яких протікають однократні струми. Тому тонкі, середні та товсті лінії з'єднання на кресленні введені для позначення площ поперечного перерізу проводів, відношення яких між собою складає 1:1,7:3,0 (фіг. 1). Зауважимо, що під поняттям "фільтр струмів нульової послідовності" слід розуміти потужний автотрансформаторний апарат, потужність якого більша від 15 ВА і сягає потужності 5000000 ВА і більше. Нагадаємо, що це поняття не включає в себе поняття "вимірювальний трансформаторний фільтр струмів нульової послідовності", потужність якого не перевищує 15 ВА. Система електропостачання, принципова схема якої дана на фіг. 2, замість трьох однофазних пристроїв перетворювальної техніки (фіг. 1) містить один трифазний пристрій 6 перетворювальної техніки (фіг. 2), вхідні виводи лінійних фаз якого приєднані до вузлів А4, В4 та С4, а вихідні виводи лінійних фаз його приєднані до вузлів А5, В5 та С5. Вивід нульової фази трифазного пристрою перетворювальної техніки приєднаний до нульової фази системи електропостачання у пункті 09. Із фіг. 2 видно, що площі поперечного перерізу проводів лінійних фаз виводів живильного трансформатора 1, лінії електропостачання та вводу до пристрою перетворювальної техніки в 1,7 разу більші за площу поперечного перерізу проводу вихідного виводу лінійної фази трифазного пристрою перетворювальної техніки, а площі поперечного перерізу проводу виводу нульової фази живильного трансформатора 1, проводу нульової фази лінії електропостачання, проводу вводу нульової фази до пристрою перетворювальної техніки та проводу виводу нульової фази фільтра струмів нульової послідовності у три рази більші за площу поперечного перерізу проводу вихідного виводу лінійної фази трифазного пристрою перетворювальної техніки. На фіг. 3 показана система електропостачання, яка устаткована двома фільтрами 2 та 7 струмів нульової послідовності і трьома однофазними пристроями перетворювальної техніки 3, 4 та 5. Для забезпечення живучості при номінальній потужності приймачів електричної енергії у випадку виходу з ладу одного із однофазних пристроїв перетворювальної техніки їх потужність збільшена в 1,7 разу. Через зростання потужності, а отже і струмів в 1,7 разу у проводах вхідних та вихідних виводах лінійних фаз, а також у проводах виводів нульових фаз пристроїв перетворювальної техніки збільшена площа поперечного перерізу також у 1,7 разу. При цьому площа поперечного перерізу проводу, який з'єднує нульові фази першого та другого фільтрів струмів нульової послідовності, збільшена утричі. Штрихові лінії позначають з'єднання та пристрій перетворювальної техніки в одній фазі А, які можуть бути усунені при ремонті без порушення живучості системи електропостачання. Такими штриховими лініями можуть бути позначені з'єднання та пристрої перетворювальної техніки у фазах В або С, усунення яких не порушує живучість системи електропостачання. Схема системи електропостачання, що забезпечена двома фільтрами струмів нульової послідовності і одним трифазним пристроєм перетворювальної техніки, показана на фіг. 4. Вхідні та вихідні виводи лінійних фаз приєднані до одного трифазного пристрою 6 перетворювальної техніки. Вивід нульової фази трифазного пристрою 6 перетворювальної техніки приєднаний до нульової фази системи електропостачання у пункті 09. Проводи вхідних виводів лінійних та нульової фаз трифазного пристрою 6 перетворювальної техніки мають 4 UA 75478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 підвищену у 1,7 разу площу поперечного перерізу. Проводи частини вихідних виводів лінійних фаз, обмежені вузлами з'єднань з виводами другого фільтра струмів нульової послідовності, виконані зі збільшеною у 1,7 разу площею поперечного перерізу. На фіг. 5 показана система електропостачання, яка устаткована трьома фільтрами струмів нульової послідовності 2, 7 та 8 і трьома однофазними пристроями перетворювальної техніки 3, 4 та 5. Внесений фільтр 8 струмів нульової послідовності приєднаний до вузлів з'єднання лінії системи та виводів живильного трансформатора А1, В1, С1 та 01. Проводи вихідних виводів живильного трансформатора мають однократні перерізи. Проводи лінійних фаз лінії системи, вводу до пристроїв перетворювальної техніки та виводи пристроїв перетворювальної техніки мають площу поперечного перерізу, яка кратна 1,7. Проводи виводів нульових фаз фільтрів, лінії системи, вводу до пристроїв перетворювальної техніки та провід з'єднання нульових фаз фільтра струмів нульової послідовності мають площі поперечного перерізу, які кратні 3,0. Проводи частини вихідних виводів лінійних фаз пристроїв перетворювальної техніки, які з'єднані з вихідними затискачами, мають однократну площу поперечного перерізу. На фіг. 6 показана система електропостачання, яка устаткована трьома фільтрами струмів нульової послідовності 2, 7 та 8 і одним трифазним пристроєм перетворювальної техніки 6. Робота пропонованої системи електропостачання відповідальних приймачів електричної енергії. При зміні або коливанні рівня напруг однофазні пристрої перетворювальної техніки 3-6, наприклад, стабілізатори напруг стабілізують вихідні фазні напруги на приймачах електричної енергії. Такий (нормальний) режим електроживлення продовжується доти, поки всі три однофазні пристрої перетворювальної техніки працюють без пошкоджень чи аварії (фіг. 1 - фіг. 6). Кожний з пристроїв перетворювальної техніки має у своєму складі електромагнітні елементи, наприклад трансформатори або автотрансформатори, устатковані обмотками, напівпровідникові ключі та блоки керування, споряджені конденсаторами. Вказані ключі, обмотки та блоки керування мають обмежену величину значення надійності. Відомо, абсолютно надійних елементів не існує. Найменш надійними досі залишаються напівпровідникові та електромеханічні ключі, а також конденсатори. Зазначимо, що за законами ймовірності часткові пошкодження або аварії у всіх трьох однофазних стабілізаторах не виникають одночасно у всіх трьох фазах. Розглянемо процеси, які мають місце при пошкодженні чи аварії одного з пристроїв перетворювальної техніки, наприклад однофазного стабілізатора напруги 1 (фіг. 1). Припустимо, що пошкодженим є лише один пристрій перетворювальної техніки, наприклад стабілізатор фаз 3 у фазі А4. При відсутності фільтра струмів нульової послідовності 7 та при виході з ладу стабілізатора напруги 3, наприклад, при перегоранні тиристорного ключа на затискачі вихідної фази А5 напруга зникає (фіг. 3 - фіг. 4). Система електропостачання зберігає живучість при пошкодженні провідників та пристроїв, позначених пунктиром у одній фазі. Авторами експериментально виявлені і теоретично доведені згадані вище оптимальні значення площ поперечного перерізу проводів, виготовлених з матеріалів на основі міді. Вказані співвідношення (1,7; 3,0) справедливі також при виготовленні цих провідників із сплаву на основі алюмінію. Відомо, що площі поперечного перерізу монтажних та обмоткових проводів дорівнюють величині струму, поділеній на допустиму щільність струму. Через це вважають, що площа поперечного перерізу приблизно пропорційна величині струму. У пропонованій моделі системи електропостачання живучість досягається за рахунок створення гарячих резервів. Якщо у чотирипровідній лінії мережі обривається один провід нульової фази, то навантаження відповідальних приймачів перекладається з чотирьох проводів на три проводи. В результаті зростають струми у проводі нульової фази у три рази, та в уцілілих двох проводах лінійних фаз у 1,7 разу. Потужність S(5)c системи електропостачання відповідальних приймачів у симетричному режимі рівна: S(5)c=3*Uф*Іл(с), де Uф - фазна напруга, а Іл(с) - струм лінійної фази. Потужність S(5)нc у несиметричних колах при обриві однієї лінійної фази системи електропостачання рівна: (1) S(5)нc=Uф*Іл(В)*СОS(+30°) + Uф*Іл(С)*СОS(-30), де Іл(В) та Іл(С) - лінійні струми несиметричного режиму. Струм в обірваній фазі дорівнює нулеві (Іл(А)=0). Рівність S(5)c=S(5)нc при рівності лінійних струмів у вцілілих фазах Іл(В)=Іл(С)=Іл(нс) дає: 1/2 (2) Іл(нс)/Іл(с) = (3) 1,7 Крім того, модуль геометричної суми лінійних струмів Іл(В)*ЕХР(-150°)+Іл(С)*ЕХР(+150°) (фіг.8) дорівнює струму проводу нульової фази IN. Звідси: 1/2 Ім=Іл(нс)*(3) =3*Іл(с) (3) Це означає, що відношення lN/lл(c)=3,0. Відношення струмів у проводах пропорційне до відношення площ поперечного перерізу проводів. У випадку монтажу проводу нульової фази 5 UA 75478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 трифазної чотирипровідної лінії системи площа її поперечного перерізу відповідно до правил технічної експлуатації (ПУЕ) дорівнює площі поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки. У пропонованій моделі площа поперечного перерізу нульового проводу принаймні утричі більша площі поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки. Відносно до правил технічної експлуатації площа поперечного перерізу проводу лінійної фази системи електропостачання дорівнює площі поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки. У пропонованій моделі площа поперечного перерізу лінійного проводу принаймні у 1.7 разу більша площі поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки. При приєднанні фільтра струмів нульової послідовності 7 у випадку виходу з ладу стабілізатора напруги 1, наприклад, при перегоранні тиристорного ключа напруга на затискачі А5 не зникає, а підтримується на необхідному рівні. Це пояснюється тим, що при зниженні напруги на затискачі А1 відносно затискача нульової фази 05 включається параметричний режим підтримання напруги фази на заданому рівні, яке виконується фільтром струмів нульової послідовності 7. Як тільки напруга на затискачі А5 починає зменшуватись, то збільшується трансформація напруги з двох інших працюючих фаз, які генерують енергію і напругу у третю пошкоджену фазу (А10, А5). На фіг. 7 представлені залежності потужності Рвих(А) однофазного пристрою 3 перетворювальної техніки, потужності Рф(А) фільтра струмів нульової послідовності у фазі А, а також потужності Рпр(А) приймача у фазі А у відносних одиницях. Номінальна потужність Рпр(А) у фазі А є прохідною потужністю фази. Із фіг. 7 видно, що однофазні пристрої 3-5 перетворювальної техніки спрацьовують одночасно і у режимі тандем з фільтром струмів нульової послідовності. Поточні потужність та струм фільтра струмів нульової послідовності залежить від величин потужності Рвих(А) та струму ІА однофазного пристрою 3 перетворювальної техніки, наприклад, стабілізатора напруги (фіг. 3 - фіг. 4). Зауважимо, що потужність Рпр(А), споживана відповідальним приймачем, при цьому залишається приблизно постійною. Крутизна зовнішньої вольт-амперної характеристики виходу фази А5 пристрою 3 залежить від відношення потужностей однофазного стабілізатора напруги 3, фільтра струмів нульової послідовності та прохідної потужності Рпр(А). У відомій системі електропостачання (у прототипі моделі) відношення потужностей однофазного стабілізатора напруги 3 та прохідної потужності Рпр(А) дорівнює одиниці (1,0). Як показали експериментальні випробування, при цьому прохідна потужність зменшується у 1,7 разу. У пропонованій моделі вказане відношення дорівнює 1,7 (корінь з трьох). При цьому відношення потужності у фазах фільтра до прохідної потужності не змінилось. Через це площі поперечного перерізу проводів виводів лінійних фаз, а також струми в цих перерізах фільтра нульової послідовності залишились без змін, є однократними і показані на фіг. 3 - фіг. 6 тонкими лініями. Це дало можливість підвищити ефективність використання системи електропостачання. У пропонованій моделі залежність між потужностями стабілізатора напруги Рвих(А) та фільтра струмів нульової послідовності Рф(А) можна подати у вигляді виразу (4). 1/2 (4) Рвих(А)/(3) + Рф(А)  const  Рпр(А). Вираз (1) відтворює фундаментальну суть явища зростання живучості засобу при виході з ладу як окремого елемента електротехнічного пристрою, вузла, блока, так і частини пристрою або всього пристрою, пов'язаного з однією окремо взятою фазою. Зауважимо, що при 1/2 зменшенні потужності стабілізатора напруги Рвих(А)/(3) на величину -X настільки ж на величину (+Х) ж зростає (без участі людини, або засобів автоматики) потужність фільтра струмів нульової послідовності, яку фільтр передає у ослаблену аварією фазу. На фіг. 7 1/2 показані залежності в одній фазі трьох потужностей Рвих(А)/(3) , Рф(А) та Рпр(А) від часу t. У проміжку часу від 0 до t1 має місце безаварійний режим, при якому фаза А5 системи електропостачання одержує енергію лише від однофазного стабілізатора 3; у цьому режимі потужність не передається від фільтра 7 струмів нульової послідовності до затискача А5 (фіг. 3 - фіг. 6). У перехідному режимі, який триває у проміжку часу між t1 та t2, внаслідок, наприклад, пробою конденсатора або непередбаченого перемкнення напівпровідникових ключів пристрою 3 його потужність зменшується на величину -Х1, а потужність фільтра у фазі А збільшується на величину +Х1. У деяких випадках експлуатації конденсаторів ізоляція пластин конденсатора через час у проміжку часу від t3-t4 може відновитись і пристрій перетворюючої техніки 3 відновить потужність Рвих(А) до заданого значення. У проміжку часу t4-t5 (фіг. 7) має місце відновлений режим, при якому пропускна потужність Рпр(А) поставляється лише пристроєм 3, а генерація потужності Рф(А) та струму Іф(А) у фазі А фільтра струмів нульової потужності повністю припиняється. Якщо у момент t5 виникне наступне зниження потужності Рвих(А) на 6 UA 75478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 величину -Х2, то фільтр струмів нульової послідовності почне генерувати потужність Рф(А), яка дорівнює +Х2, і яка буде компенсувати зниження потужності пристрою 3. Якщо ж у проміжку часу t6-t7 наступить повний вихід з ладу пристрою 3 перетворювальної техніки, то фази А фільтра 7 струмів нульової послідовності повністю перебере на себе живлення відповідального приймача електричної енергії. Отже фільтр 7 виступає як донор потужності прохідної потужності і вступає у дію при зменшенні потужності пристрою перетворювальної техніки. На фіг. 5 та фіг. 6 подані варіанти виконання системи електропостачання з додатковим (третім) фільтром струмів нульової послідовності. Системи електропостачання, які не містять першого фільтра 2 та третього фільтра струмів нульової послідовності, мають істотний недолік: при аварійних ситуаціях у розподільчій мережі симетричних складових напруг нульової послідовності у колах "пристрій перетворювальної техніки - фільтр 7 струмів нульової послідовності" виникають контурні баластні струми, які збільшують нагрівання елементів системи електропостачання, викликають додаткові втрати енергії та різко зменшують фазні напруги, які приводять до порушення живучості системи електропостачання. Нормами ГОСТ 13109-7 допустима норма симетричних складових напруг нульової U0ф та зворотної U2ф послідовностей обмежена на рівні 2 %, а складової прямої послідовності U1ф - на рівні 5-10 %. У реальних розподільчих мережах ця норма не завжди витримується, а при описаній аварійній ситуації з фільтром 7, ці норми перевищені від 2 до 9 разів. Обрив проводу лінійної фази може викликати при номінальній потужності відповідальних приймачів електричної енергії струм IN у проводі нульової фази, який дорівнює трикратному значенню номінального струму живильного трансформатора. На фіг. 8 показане топографічне зображення вхідних та вихідних струмів фільтра струмів нульової послідовності. На фіг.8 позначено: І(А5), І(В5), І(С5) та l(05) - струми які прямують від фільтра струмів нульової послідовності до вихідних затискачів системи електропостачання 05, В5, С5, 05; І(3), l(4), l(5) та l(06,07,08) - лінійні та нульовий струми, які притікають у фільтр 7 струмів нульової послідовності від пристроїв перетворювальної техніки 3, 4 та 5. Вектор падіння фазних напруг Uф при таких струмах може бути визначений з виразу (5) Uф = IN* 2кт = 3*Ітн* Zкт, де: IN - струм у проводі нульової живильного трансформатора; Ітн - вектор номінального струму живильного трансформатора; Zкт - опір живильного трансформатора однофазному короткому замиканні. Модуль вектора опору живильного трансформатора при однофазному короткому замиканні визначається з похибкою, не більшою 1,2 % за допомогою виразу Zкт =26/Sн Oм, (6) де: Sн - номінальна потужність у кВА живильного трансформатора. Модуль вектора номінального струму живильного трансформатора з виразу: Ітн = Sн/3*220B=1,5151 *Sн Ампер, (7) де: Sн - номінальна потужність живильного трансформатора у кВА. Підставивши із (6) та (7) значення модулів опору Zкт однофазного короткого замикання живильного трансформатора та номінального струму Ітн живильного трансформатора в (5), одержимо (8) Uф = IN*Zкт=3*Ітн*Zкт=3*26*1,5151=118,2 В, що складає 53 % від фазної напруги 220В. Розклавши падіння напруги Uф на симетричні складові, одержимо (9) U0ф = U1ф = U2ф=53%/318%, Отже обрив проводу лінійної фази в одній фазі приводить також до зниження фазних напруг двох інших напруг, що порушує живучість системи електропостачання. З метою усунення цього недоліку до системи електропостачання введено третій фільтр 8 струмів нульової послідовності, який перетворює несиметричну систему струмів I0 = 3,0*0°, Iв = 1,7-120° та Іс = 1,7+120 у симетричну систему струмів у вихідних виводах живильного трансформатора І(АВ) = 1,0-0°, I(BB) = 1,0-120° та Іс = 1,0+120°. Таке перетворення струмів у фільтрі 8 струмів нульової послідовності виконується з коефіцієнтом корисної дії близько 99 %. Зазначимо, що фільтр 2 струмів нульової послідовності у даному випадку (фіг. 5 та фіг. 6) виконує таку ж задачу, але у зворотному напрямку. А при виході з ладу пристрою 3 фільтр 2 струмів нульової послідовності (фіг. 3 та фіг. 4) виконує пряму задачу вказаного перетворення. Тому один і той же фільтр у залежності від виду аварії здатний перетворювати несиметричну систему струмів у симетричну і, навпаки, симетричну систему струмів перетворювати у несиметричну систему струмів. Застосування системи електропостачання для набуття живучості електропостачання приймачів, зокрема при виході з ладу як окремого елемента електротехнічного пристрою, вузла, 7 UA 75478 U 5 блока, так і частини пристрою або всього пристрою, пов'язаного з однією окремо взятою фазою, перевірене у лабораторних та виробничих умовах. Застосування системи електропостачання для набуття живучості електропостачання приймачів, зокрема при обриві проводу лінії системи живлення відповідальних приймачів також перевірене у лабораторних та виробничих умовах. Подібні засоби електропостачання можуть бути застосовані у всіх сферах електропостачання: від сільського господарства, наприклад, при електропостачанні доїльних апаратів до металургії. Найбільш доцільно застосовувати вказані фільтри у медицині, зв'язку та військовій техніці. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Система електропостачання відповідальних приймачів електричної енергії, яка містить три однофазні або один трифазний пристрої перетворювальної техніки, вхідні та вихідні виводи пристроїв перетворювальної техніки, вихідні затискачі системи та принаймні один фільтр струмів нульової послідовності, виводи яких приєднані до вхідних або/та вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, а вихідні виводи пристроїв перетворювальної техніки приєднані до вихідних затискачів системи електропостачання, яка відрізняється тим, що система доповнена живильним трансформатором з вхідними та вихідними виводами, трифазною чотирипровідною лінією та проводами вводу живлення до пристроїв перетворювальної техніки, при цьому вхідні виводи пристроїв перетворювальної техніки приєднані до кінців проводів вводу, початки проводів вводу приєднані до проводів трифазної чотирипровідної лінії системи, проводи початку трифазної чотирипровідної лінії системи приєднані до виводів живильного трансформатора, площі поперечного перерізу проводу нульової фази трифазної чотирипровідної лінії системи, проводу нульової фази вводу до пристроїв перетворювальної техніки та проводу виводу нульової фази принаймні одного фільтра струмів нульової послідовності, приєднаного до вхідних та/або вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки у три або більше разів більші за площу поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, приєднаного до вихідного затискача лінійної фази системи електропостачання, причому провід указаної частини виводу виготовлений з того ж матеріалу, наприклад з міді, що і проводи нульових фаз трифазної чотирипровідної лінії системи, вводу та виводів фільтрів струмів нульової послідовності, площі поперечного перерізу проводів лінійних фаз трифазної чотирипровідної лінії системи та площі поперечного перерізу проводів лінійних фаз вводу до пристроїв перетворювальної техніки у 1,7 або більше разів більші за площу поперечного перерізу частини вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, приєднаного до вихідного затискача лінійної фази системи електропостачання, причому провід указаної частини виводу виготовлений з того ж матеріалу, наприклад з міді, що і проводи лінійних фаз трифазної чотирипровідної лінії системи та проводів лінійних фаз вводу до пристроїв перетворювальної техніки, а номінальна потужність кожного однофазного пристрою перетворювальної техніки або частини трифазного пристрою перетворювальної техніки, яка належить до одної фази, у 1,7 або більше разів більша за номінальне значення пропускної потужності одної фази системи електропостачання. 2. Система електропостачання відповідальних приймачів електричної енергії за п. 1, яка відрізняється тим, що з'єднання нульових фаз двох фільтрів струмів нульової послідовності, один з яких приєднаний до вхідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, а другий з них приєднаний до вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, виконано проводом, поперечний переріз якого у три або більше разів більший за площу поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, приєднаного до вихідного затискача лінійної фази системи електропостачання, причому провід частини указаного виводу виготовлений з того ж матеріалу, наприклад з міді, що і проводи з'єднання нульових фаз двох фільтрів струмів нульової послідовності, а площі поперечного перерізу проводів лінійних фаз вхідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, площі поперечного перерізу проводів виводів нульових фаз пристроїв перетворювальної техніки та площі поперечного перерізу частини проводів лінійних фаз вихідних виводів пристроїв перетворювальної техніки, довжина яких обмежена вузлами приєднання до них виводів лінійних фаз другого фільтра нульової послідовності включно, у 1,7 або більше разів більші за площу поперечного перерізу частини проводу вихідного виводу лінійної фази пристрою перетворювальної техніки, приєднаного до вихідного затискача лінійної 8 UA 75478 U 5 фази системи електропостачання, причому провід частини вказаного виводу виготовлений з того ж матеріалу, наприклад з міді, що і проводи виводів пристроїв перетворювальної техніки. 3. Система електропостачання відповідальних приймачів електричної енергії за пп. 1 та 2, яка відрізняється тим, що до неї внесено третій фільтр струмів нульової послідовності, приєднаний до трифазної чотирипровідної лінії системи у пункті приєднання лінії системи до виводів живильного трансформатора. 9 UA 75478 U 10 UA 75478 U 11 UA 75478 U 12 UA 75478 U 13 UA 75478 U 14 UA 75478 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 15