Мережа змінного струму

Реферат: Мережа змінного струму призначена для використання в електроенергетиці. Сферою застосування мережі є низьковольтні та високовольтні багатолінійні, розподільчі та системоутворюючі мережі, наприклад, дволінійні (дволанцюгові) мережі з нульовою фазою і без неї. Мережа призначена для забезпечення надійності та живучості (відмовостійкості) електропередачі енергії змінного струму при виході будь-якого елементу мережі з ладу, наприклад, у випадку обриву одного або декількох проводів лінійних фаз лінії мережі, у випадку одного або декількох міжфазних коротких замикань та замикань між лінійною фазою та землею, а також у випадку виходу з ладу вимикача, ізолятора, трансформатора і т.і. Мережа містить принаймні дві підстанції та принаймні дві паралельні трифазні лінії мережі між підстанціями. Кожна підстанція містить принаймні два трифазні трансформатори. Кожен один трансформатор приєднаний до однієї трифазної лінії. Групи з'єднання обмоток трансформаторів, розміщених на підстанції, відрізняються одна від одної на величину 12/n, де n - кількість паралельних трифазних ліній мережі. До кожної підстанції внесений принаймні один стабілізатор фаз, який приєднаний до виводів вторинних обмоток принаймні двох трифазних трансформаторів. Завдяки використанню резерву, обумовленого новими функціями стабілізатора фаз при міжфазному переносі електричної енергії, мережа має такі переваги: миттєву генерацію напруги в обірваному проводі ліній мережі; - багатократне підвищення надійності та живучості при багаторазових обривах декількох проводів, при багаторазових UA 106778 C2 (12) UA 106778 C2 коротких замиканнях між лінійними проводами та при багаторазових замиканнях проводів фаз на землю або на нульову фазу; - підвищену якість електричної енергії на початку та кінці ліній мережі під час і після аварій, пов'язаних з обривами проводів та короткими замиканнями; зменшення струмів на вході та виході трифазних трансформаторів, відхилення аварійних струмів ліній мережі від трифазних трансформаторів і зосередження (локалізація) їх у межах ліній мережі; - досягнення параметрично врівноважених режимів на вході та виході мережі незалежно від величини навантаження мережі; - можливість проведення пофазного ремонту без перерви живлення; - заглушення вищих гармонік напруги та струму, зокрема кратних трьом; - зменшення сплеску напруг та струмів при комутаціях вимикачів; - заглушення перехідних комутаційних електромагнітних процесів; - захист лінії мережі від блискавки, геомагнітної бурі та від трьох фаз ЕМІ; - здійснення режиму плавки ожеледі без перерви електропостачання. UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Мережа змінного струму стосується електроенергетики і призначена для використання у дволанцюгових, триланцюгових та багатоланцюгових мережах як у нормальному режимі роботи, так і аварійному режимі при обриві одного із проводів або/та фазного або міжфазного короткого замикання. Застосування мережі поширюється як на низьковольтні розподільчі мережі 220/380В, так і на високовольтні мережі середніх, високих та надвисоких напруг. Мережа змінного струму призначена для використання у розподільчих та системоутворюючих мережах. Відома мережа для передачі електричної енергії високовольтною трифазною лінією з глухим заземленням нейтралі у неповнофазному режимі [1]. З метою усунення несиметрії напруг на приймальному кінці лінії введено двообмоточний трансформатор та регульований автотрансформатор. Недолік мережі: при обриві однієї з фаз підтримка симетрії на виході лінії мережі потребує безперервного регулювання двох лінійних напруг за величиною та фазою відповідно до величини та фазного кута струму навантаження, причому при такому регулюванні виникає несиметричний режим струмів на вході лінії передачі, що потребує додаткового регульованого симетруючого пристрою, розміщеного на вході лінії передачі. Відома мережа постійного струму [2, 3], яка ввімкнена паралельно до мережі змінного струму. Ознакою мережі є пряме (випрямлення) та зворотне (інвертування) перетворення електричної енергії. Недолік мережі: необхідність установки фільтрів для усунення вищих гармонік, необхідність установки потужних високовольтних конденсаторних батарей, а також можливий вихід з ладу мережі при обриві одного з проводів лінії, при короткому замиканні в лінії мережі або при пробої напівпровідникових елементів. З цієї причини для підвищення живучості та надійності у [2] паралельно вставці постійного струму включена дволанцюгова лінія. Відома гнучка (керована) мережа FACTS [4-10], яка містить трипровідну лінію, споряджену прямим та зворотним електродинамічними перетворювачами електричної енергії. У більшості випадків пряме та зворотне перетворення виконують асинхронізовані машини змінного струму, системи генератор-двигун змінного струму, або компенсатори реактивної потужності. Дві асинхронні машини забезпечують асинхронний зв'язок між двома енергосистемами, або одною енергосистемою та енергетичним "островом". Характерною ознакою такої мережі є перетворення електричної енергії у механічну і навпаки. При цьому до валу двомашинної системи двигун-генератор приєднаний маховик. В західних країнах у даний час створюються керовані мережі на базі перетворювальної техніки нового покоління. Гнучкі мережі дають можливість: підвищити стійкість роботи енергосистем впритул до границь, обмежених допустимою температурою проводів лінії; досягти оптимального перерозподілу потужності між джерелами енергії; заглушувати коливання активної та реактивної потужності; регулювати напругу у широких межах; узгоджувати опори джерел енергії з випадковою величиною потужності і приймальною енергосистемою [10]. Недолік гнучкої мережі: при обриві проводу фази або короткому замиканні кожна з гнучких мереж відключається, що класифікується як настання аварії. Відома лінія електропостачання з джерелами гарантованого живлення [11-13], яка містить трипровідну лінію та один або декілька потужних пристроїв гарантованого живлення. При настанні обриву або короткого замикання живлення споживачів здійснюється короткочасно від пристроїв гарантованого живлення, які приєднані до одного або декількох резервних джерел живлення змінного струму, або здійснюється від потужних акумуляторів з тривалістю роботи до 5-15 хвилин. Це дає можливість змінити маршрут надходження потоку енергії до навантаження. Недоліки лінії електропостачання з джерелами гарантованого живлення: занадто велика та дорога потужність джерела гарантованого живлення; недостатня надійність; зростання втрат енергії в джерелах гарантованого живлення; створення джерел гарантованого живлення у високовольтних мережах викликає значні труднощі, які ще не подолані. Відома шестифазна мережа змінного струму [14-25], кількість проводів у лінії якої дорівнює також шести. Лінія шестифазної мережі живиться від шестифазної системи напруг. Шестифазна мережа вважається альтернативною мережею до дволанцюгової мережі. Перевага шестифазної мережі перед дволанцюговими мережами: менша лінійна напруга; у корінь з трьох більша пропускна здатність за потужністю; ущільнені розміри лінії мережі; ущільнені габаритні характеристики. У роботі [20] Стюартом, Калауром та Ґрантом уперше висунута гіпотеза про можливість зниження несиметрії напруг у неповнофазних режимах, наприклад, при обриві проводу однієї з лінійних фаз. Ця гіпотеза повторена у дискусії, поданій у додатку [19]. Однак подальші дослідження шестифазних ліній електропередач показали, що гіпотеза Стюарта, Калаура та Ґранта підтверджується лише у режимі, близькому до неробочого (холостого) ходу [19]. Недоліки шестифазної мережі змінного струму полягають у появі поперечної та повздовжньої несиметрії напруг та струмів при обриві та коротких замиканнях, що стримує впровадження таких мереж [18]. Струм у несиметричних режимах таких мереж може досягати 1 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чотирикратного від номінального значення. При такому перевантаженні трансформатора тривалість його роботи зменшується до декількох секунд, після чого його слід негайно вимкнути. Отже у цих мережах при обриві одного з проводів лінії також неминуче настає аварійний режим. Відома мережа змінного струму [26-30], яка містить трифазні лінії ввімкнені паралельно одна одній для підвищення надійності електропостачання. Така мережа складається з двох або більше трипровідних ліній; траси їх прокладання можуть не співпадати. Дві трифазні трипровідні лінії електропередачі, які працюють паралельно, названі дволанцюговими. Дволанцюгові мережі знайшли широке застосування в електротехніці. При обриві одного проводу або при коротких замиканнях у одній одноланцюговій частині багатоланцюгової мережі інша частина мережі продовжує нормально функціонувати. Відома мережа змінного струму - прототип [30], яка містить принаймні дві підстанції та принаймні дві паралельні трифазні лінії мережі, кожна підстанція містить принаймні дві групи затискачів мережі, принаймні два трифазні трансформатори та принаймні один триполюсний секційний вимикач, затискач кожної групи по одному приєднаний до одного виводу первинних обмоток одного трифазного трансформатора, кожен вивід вторинних обмоток одного трифазного трансформатора по одному приєднаний до першого виводу вимикача, другий вивід якого приєднаний до проводу трифазної лінії мережі, при цьому перші виводи принаймні одного секційного вимикача по одному приєднані до затискачів лінійних фаз принаймні першої групи затискачів, а другі виводи принаймні одного секційного вимикача приєднані по одному до затискачів принаймні другої групи затискачів. Мережа-прототип має значні недоліки при нестаціонарних режимах, зокрема при обривах проводів ліній мережі та коротких замиканнях на землю та між проводами ліній мережі: незадовільну надійність та живучість, пов'язані зі значними погіршеннями якості вхідних та вихідних напруг і струмів; недопустиме (у двічі) збільшення струмів у одній одноланцюговій лінії при обриві однієї з фаз; зменшення пропускної потужності ліній мережі; зниження напруг мережі на приймальному кінці до величин, які не задовольняють нормам стандартів на якість електричної енергії; значні економічні збитки від аварій на лініях мережі, які обчислюються десятками і більше мільярдів доларів США; чутливість до ожеледі; чутливість до ЕМІ; чутливість до геомагнітних бур; потребує перерви електропостачання при профілактичних та капітальних ремонтах. У зв'язку з виявленими недоліками у даному патенті були поставлені такі задачі: досягти миттєвої генерації напруги у приймальних кінцях проводів обірваних фаз мережі; підвищити живучість мережі змінного струму при багатократних обривах декількох проводів і при багатократних коротких замиканнях між лінійними проводами ліній мережі; забезпечити високу якість електричної енергії на початку та кінці лінії мережі під час і після аварій, пов'язаних з обривами проводів та короткими замиканнями; зменшити струми на вході та виході мережі, відтягти аварійні струми від трансформаторів і зосередити (локалізувати) аварійні струми у межах ліній мережі використавши для цього існуючий запас по струму у проводах лінії електропередач; зменшити струми у силових трансформаторах ліній мережі при обриві одного з проводів від 1,3 до 3,0 разів; досягти параметрично врівноважених режимів входу та виходу мережі для забезпечення рівноваги режиму роботи всіх силових елементів мережі; досягти можливості проведення профілактичного або капітального ремонту частин мережі, наприклад, ізоляторів або проводів лінії мережі без перерви живлення; заглушувати вищі гармоніки напруги та струму; зменшити сплески напруг та струмів на вході та виході мережі, а також у проміжних пунктах ліній мережі при комутаціях вимикачів; подавити перехідні комутаційні електромагнітні процеси; захистити лінії мережі від блискавки, геомагнітної бурі та від нав'язаного електромагнітного імпульсу (ЕМІ); здійснити режим плавки ожеледі без перерви електропостачання. Поставлені задачі розв'язані шляхом введення міжфазних зв'язків у кінцевих та/або проміжних пунктах ліній мережі, а саме тим, що: 2 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 у мережу змінного струму, яка містить принаймні дві підстанції та n ліній трифазних одноланцюгових мереж між підстанціями, кожна підстанція містить n вхідних груп затискачів мережі, принаймні два трифазні трансформатори, принаймні один секційний вимикач та 3n вихідних вимикачів, кожен затискач однієї вхідної групи мережі по одному приєднаний до одного виводу первинної обмотки одного трифазного трансформатора, кожен вивід вторинної обмотки одного трифазного трансформатора по одному приєднаний до першого виводу вихідного вимикача, другий вивід його приєднаний по одному до одного проводу лінії однієї одноланкової мережі, при цьому перший вивід принаймні одного секційного вимикача по одному приєднаний до затискача однієї вхідної групи, а другий цього секційного вимикача приєднаний по одному до затискача другої вхідної групи, до кожної підстанції внесений один стабілізатор фаз, кожен з 3n вихідних вимикачів виконаний однополюсним, кожен стабілізатор фаз має принаймні n груп виводів, кожна група виводів складається з трьох виводів лінійних фаз, принаймні одна група виводів стабілізатора фаз приєднана до виводів вторинних обмоток одного трифазного трансформатора, групи з'єднання обмоток трифазних трансформаторів, розміщених на підстанції, відрізняються одна від одної на величину 12/n, до однієї одноланцюгової лінії приєднані трансформатори принаймні двох підстанцій, які мають однакові групи з'єднань обмоток трансформаторів. Мережа містить три трифазні одноланцюгові лінії, а кожна підстанція містить три трифазні трансформатори, причому групи з'єднання обмоток трифазних трансформаторів, розміщених на підстанції, відрізняються одна від одної на 4 одиниці, наприклад, 0, 4, 8 або 1, 5, 9, і т.і. Мережа містить дві трифазні одноланцюгові лінії, а підстанція містить два трифазні трансформатори, причому групи з'єднання обмоток трансформаторів, розміщених на підстанції, відрізняються одна від одної на 6 одиниць, наприклад, 0, 6 або 1, 7, і т.і. До мережі внесено один або декілька додаткових стабілізаторів фаз та додаткових однополюсних вимикачів, додаткові стабілізатори фаз та додаткові однополюсні вимикачі розміщені у проміжних пунктах мережі, які ділять трасу ліній мережі на приблизно рівні відрізки по довжині, а виводи допоміжних стабілізаторів фаз приєднані до проводів трифазних одноланцюгових ліній у проміжному пункті мережі через додаткові однополюсні вимикачі. Стабілізатор фаз виконано за схемою "шестикутника". Стабілізатор фаз виконано за схемою "шестикутної зірки". Стабілізатор фаз містить дев'ять обмоток, на кожному стрижні магнітопроводу стабілізатора фаз розташовано по три обмотки, кожні три обмотки, які розташовані на різнойменних стрижнях магнітопроводу, між собою ввімкнені у трипроменеву зірку однойменними першими виводами, в результаті чого утворились три схеми однакових трипроменевих зірок, кожен один вивід кожної з трьох зірок, взятий від обмоток, які розміщені на різнойменних стрижнях, приєднаний до виводу нульової фази стабілізатора фаз, а кожен вивід з решти шести виводів трипроменевих зірок по одному приєднаний до одного виводу лінійної фази вторинних обмоток трифазних трансформаторів, причому дана схема стабілізатора фаз дістала назву "сніжинка". Кожна вторинна обмотка трифазного трансформатора підстанції оснащена виводом нейтральної точки, принаймні одна з трифазних ліній мережі виконана чотирипровідною, четвертий провід якої є проводом нульової фази, а кожен стабілізатор фаз виконаний з виводом нульової фази, приєднаним до проводу нульової фази лінії одноланцюгової мережі та нейтральними точками трансформаторів. У трифазну лінію одноланцюгової мережі паралельно проводу нульової фази або замість неї внесений електропровідний об'єкт, наприклад, земля, морська вода, металева труба, блискавко відвідні троси, тощо, до мережі внесені також принаймні два робочі контури заземлення мережі, приєднані до виводів нульової фази кожного стабілізатора фаз або фільтру струмів нульової послідовності. Кожний робочий контур заземлення приєднаний до виводу нульової фази стабілізатора фаз, виконаного за схемою "сніжинка" з виводом нульової фази. Стабілізатор фаз виконаний за схемою "шестикутна зірка" з виводом нульової фази. Вторинна обмотка трифазного трансформатора виконана за схемою стабілізатора фаз. Лінії трифазних одноланцюгових мереж виконані у вигляді повітряних електричних ліній. Лінії трифазних одноланцюгових мереж виконані у вигляді кабельних електричних ліній. Для детального розуміння суті винаходу на фіг. 1 - фіг. 8 приведені необхідні креслення. На фіг. 1 показана блок-схема мережі змінного струму з трьома трифазними одноланцюговими лініями. 3 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 2 показана блок-схема мережі змінного струму з двома трифазними одноланцюговими лініями. На фіг. 3 дана блок-схема мережі змінного струму з двома трифазними одноланцюговими лініями та одним додатковим стабілізатором фаз. На фіг. 4.1-4.18 показані варіанти схем з'єднань обмоток трифазних трансформаторів підстанції мережі з двома трифазними одноланцюговими лініями. На фіг. 5.1-5.5 показані варіанти схем з'єднань обмоток стабілізатора фаз мережі з двома трифазними одноланцюговими лініями. На фіг. 6 зображена блок-схема мережі з двома трифазними одноланцюговими лініями та контурами заземлення. На фіг. 7 подана залежність коефіцієнту несиметрії напруг за зворотною послідовністю від навантаження виходу мережі. На фіг. 8 зображена залежність коефіцієнту зменшення струму на вході та виході мережі (коефіцієнт відводу струму) від кількості та порядкового номеру обірваних проводів ліній мережі. На фіг. 1 позначено: 1, 10, 19 - затискачі першої, другої та третьої груп затискачів першої підстанції трилінійної (триланцюгової) мережі; 9, 18, 27 - затискачі першої, другої та третьої груп затискачів другої підстанції мережі відповідно; 2, 11, 20 - групи однополюсних вимикачів входу першої підстанції; 28 - три секційні вимикачі першої підстанції; 3, 12, 21 - три трифазні трансформатори першої підстанції; 29 - стабілізатор фаз першої підстанції; 4, 13, 22 - групи однополюсних вимикачів виходу першої підстанції, приєднаних до проводів трьох трифазних ліній мережі змінного струму; 5, 14, 23 - три трифазні одноланцюгові лінії мережі; 6, 15, 24 групи однополюсних вимикачів входу другої підстанції, приєднаних до виводів вторинних обмоток трьох трифазних трансформаторів другої підстанції мережі змінного струму; 30 стабілізатор фаз другої підстанції; 7, 16, 25 - три трифазні трансформатори другої підстанції; 31 - три секційні вимикачі другої підстанції; 8, 17, 26 - групи вимикачів виходу другої підстанції; три тонкі паралельні перехресні відрізки на лінії - три проводи однолінійної схеми заміщення; 111 та 112 - перша та друга підстанції відповідно; A, B, C, D, E, F, G, H, J - фази дев'ятифазної системи напруг трилінійної мережі. На фіг. 2 позначено: 32 та 45 - затискачі першої та другої груп затискачів першої підстанції дволінійної (дволанцюгової) мережі; 40 та 53 - затискачі першої та другої груп затискачів другої підстанції дволінійної мережі відповідно; 33 та 46 - вхідні групи вимикачів першої підстанції; 39 та 52 - вихідні групи вимикачів другої підстанції; 41 та 44 - секційні вимикачі першої та другої підстанцій; 34 та 47 - трифазні трансформатори першої підстанції; 38 та 51 - трифазні трансформатори другої підстанції; 42 та 43 - стабілізатори фаз першої та другої підстанцій відповідно; 35 та 48 - групи однополюсних вимикачів першої підстанції, приєднаних до проводів ліній; 37 та 50 - групи однополюсних вимикачів другої підстанції, приєднаних до проводів ліній; 36 та 49 - дві трифазні трипровідні лінії дволінійної мережі; 113 та 114 - перша та друга підстанції відповідно; A, B, C, D, E, F - фази шестифазної системи напруг дволінійної мережі. На фіг. 3 позначено: 54 та 55 - вимикачі стабілізатора фаз першої підстанції; 56 - опори лінії; 57 та 59 - вимикачі додаткового стабілізатора фаз 58, приєднаного до проміжного пункту ліній дволінійної мережі; 60 та 61 - вимикачі стабілізатора фаз другої підстанції; решта позначень співпадає з позначеннями фіг. 2. На фіг. 4.1 - фіг. 4.18 показані варіанти груп з'єднань обмоток трифазних трансформаторів. На фіг. 5.1 - фіг. 5.5 показані варіанти з'єднань обмоток стабілізаторів фаз дволінійних мереж. На фіг. 6 позначені: 62 та 69 - і вимикачі першої підстанції; 65 та 72 - вимикачі другої підстанції; 63 та 70 - контури заземлень трансформаторів першої підстанції; 64 та 71 - контури заземлень трансформаторів другої підстанції; 66 та 68 - контури заземлень стабілізаторів фаз першої та другої підстанцій; 67 - контур заземлення додаткового стабілізатора фаз 58; решта позначень співпадає з позначеннями фіг. 2 та фіг. 3. На фіг. 7 позначені: К2u - коефіцієнт несиметрії напруг за зворотною послідовністю; S потужність навантаження виходу мережі; СФ - стабілізатор фаз; На фіг. 8 позначені: Квід (і, Nобр) - коефіцієнт зменшення струму на вході та виході мережі (коефіцієнт відводу струму - Квід) з допомогою стабілізаторів фаз при обриві проводів фази А, або А та В, або А та В та С; і - порядковий номер фази шестифазної системи напруг та струмів; Nобр - кількість проводів обірваних фаз; Іл (і, Nобр) - струм у і-тій фазі ліній мережі при кількості обривів Nобр; Ітр (і, Nобр) - струм у і-тій фазі трансформатора при кількості обривів Nобр; А, В, С, D, E, F - назви фаз ліній мережі. Склад та будова мережі змінного струму. У загальному випадку мережа має дві і більше підстанцій та дві і більше трифазних одноланцюгових ліній мережі, які можуть вмикатися 4 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 паралельно. Кількість трифазних одноланцюгових ліній мережі позначено за n. Таку ж кількість (n) трансформаторів містить кожна підстанція. Кількість підстанцій може бути довільною. На фіг. 1 показана блок-схема мережі змінного струму з трьома трифазними лініями (триланцюгова мережа) 5, 14 та 23 і трьома трифазними трансформаторами 3, 12 та 21 на підстанції 111 та трьома трифазними трансформаторами 7, 16 та 25 на підстанції 112. Кожна підстанція, наприклад, 111 містить три групи затискачів 1, 10 та 19 мережі. Підстанція 112 містить також три групи затискачів 9, 18 та 27. Кожна підстанція устаткована одним стабілізатором фаз, наприклад, 29. Кожна підстанцій облаштована декількома групами секційних вимикачів, наприклад, 28. Кожна підстанція зв'язана з трьома трифазними одноланцюговими лініями 5, 14 та 23 з допомогою трьох груп однополюсних вимикачів, наприклад, 4, 13 та 22. Кожна підстанція містить три трифазні трансформатори, причому групи з'єднання обмоток трансформаторів, розміщених на підстанції, відрізняються одна від одної на 4 одиниці, наприклад, 0, 4, 8 або 1, 5, 9, і т.і. Це означає, що, якщо трансформатор 3 має групу з'єднань його обмоток 0, то трансформатори 12 та 21 повинні мати групи з'єднань обмоток 4 та 8. А якщо трансформатор 3 має групу з'єднань обмоток 2, то трансформатори 12 та 21 повинні мати групи з'єднань обмоток 6 та 10 відповідно. Подібні визначення групи з'єднань обмоток трансформаторів дає можливість одержати у трьох трифазних лініях 5, 14 та 23 дев'ятифазну систему (А, В, С, D, Е, F, G, Н, J) напруг та струмів, причому зв'язок між фазами указаної дев'ятифазної системи утворений і зміцнений з допомогою стабілізаторів фаз 29 та 30. На фіг. 2 показана блок-схема мережі змінного струму з двома трифазними одноланцюговими лініями (дволанцюгова мережа) 36 та 49 та двома підстанціями 113 та 114. Кількість підстанцій дволанцюгової лінії не має обмежень. Кожна підстанція, наприклад, 113 містить дві групи затискачів 32 та 45 мережі. Підстанція 114 містить також дві групи затискачів 40 та 53. Кожна підстанція устаткована одним стабілізатором фаз, наприклад, 42. Кожна підстанцій облаштована секційними вимикачами, наприклад, 41. Кожна підстанція зв'язана з двома трифазними лініями 36 та 49 з допомогою двох груп однополюсних вимикачів, наприклад, 35 та 48. Кожна підстанція містить два трифазні трансформатори, наприклад, 34 та 47, причому групи з'єднання обмоток трансформаторів, розміщених на підстанції, відрізняються одна від одної на 6 одиниць, наприклад 0, 6 або 1, 7 і ті. Це означає, що, якщо трансформатор 34 має групу з'єднань його обмоток 0, то трансформатор 47 повинен мати групу з'єднань обмоток 6. А якщо трансформатор 35 має групу з'єднань обмоток 1, то трансформатор 47 повинен мати групу з'єднань обмоток 7. Такий вибір групи з'єднань обмоток трансформаторів дає можливість одержати у двох трифазних лініях 36 та 49 шестифазну систему напруг та струмів, причому зв'язок між фазами указаної шестифазної системи зміцнений з допомогою стабілізаторів фаз 42 та 43. На фіг. 3 показана блок-схема мережі змінного струму з двома трифазними одноланцюговими лініями 36 та 49 та одним додатковим стабілізатором фаз 58. На фіг. 3 проводи ліній 36 та 49 розвішені на опорах 56. Кожний із стабілізаторів фаз 42 та 43 розташований на підстанції, а додатковий стабілізатор фаз 58 розміщений у проміжному пункті мережі, який ділить трасу лінії на приблизно рівні відрізки. Кожен із стабілізаторів фаз, наприклад, 58 приєднаний до двох трифазних ліній, наприклад, 36 та 49 з допомогою вимикачів, наприклад, 57 та 59. Вибір групи з'єднань обмоток трансформаторів дає можливість одержати у двох трифазних лініях 36 та 49 шестифазну систему напруг та струмів, причому зв'язок між фазами (А, В, С, D, Е, F) указаної шестифазної системи зміцнений з допомогою стабілізаторів фаз 42, 58 та 43. Для створення у лініях мережі шестифазної симетричної системи напруг можуть бути використані схеми з'єднань всіх відомих трифазних трансформаторів. На фіг. 4.1 - фіг. 4.18 наведені варіанти можливих з'єднань обмоток у зірку, у трикутник, у зиґзаґ, у лямбду. Із аналізу груп з'єднань фіг. 4 випливає, що для пристосування існуючих трифазних трансформаторів до заявленої мережі необхідно у половини трансформаторів у половині їх обмоток поміняти місцями початкові та кінцеві виводи. При використанні додаткового проводу нульової фази та/або супутнього електропровідного об'єкту вторинні обмотки трифазних трансформаторів виконані з середньою (нейтральною точкою (нейтраллю). На фіг. 5.1 - фіг. 5.5 подані варіанти схеми з'єднань обмоток стабілізаторів фаз, призначених для дволінійних мереж: "шестикутник" (фіг. 5.1), "шестикутник зі зсувом на 30°" (фіг. 5.2), "шестикутна зірка" (фіг. 5.3), "сніжинка з нулем" (фіг. 5.4), "подвійна сніжинка з нулем" (фіг. 5.5). Використання проводу нульової фази або супутнього електропровідного об'єкту, наприклад, грозозахисних тросів, землі, води, труб і т.і. як проводу нульової фази, додатково підвищує живучість мережі змінного струму. На фіг. 6 показана блок-схема мережі з двома паралельними трифазними лініями 36 та 49 та контурами заземлення 66, 67 та 68, приєднаними до виводів 5 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 нульових фаз стабілізаторів фаз 42, 58 та 43 та трифазних трансформаторів 34, 47, 38 та 51. Ефект підвищення живучості досягнутий за рахунок об'єднання нейтральних виводів трифазних трансформаторів підстанції і з'єднання їх з контурами заземлення трифазних трансформаторів. Для цього вивід нульової точки вторинних обмоток трифазного трансформатора 34 з'єднаний з контуром заземлення 63, а вивід нульової точки вторинних обмоток трифазного трансформатора 47 приєднаний до контуру заземлення 70. При цьому всі контури заземлення 63, 70 та 66 ввімкнені між собою паралельно. Робота мережі змінного струму. При застосуванні заявленої мережі при обриві проводів однієї або більше фаз ліній одержують корисні ефекти, які полягають в наступному: у миттєвій генерації напруги на приймальних кінцях проводів обірваних фаз мережі; у досягненні неперервності електропостачання по мережі при багатократних обривах декількох проводів ліній і багатократних коротких замиканнях між лінійними проводами, чим досягається живучість мережі в аварійних режимах; у забезпеченні високої якості електричної енергії на початку та кінці лінії мережі під час і після аварій, пов'язаних з обривами проводів та короткими замиканнями проводів ліній; у зменшенні в 1,1 до 3,25 разів струмів на вході та виході трифазних трансформаторів шляхом відводу аварійних струмів від трифазних трансформаторів і зосередження аварійних струмів у межах ліній мережі; у досягненні параметричного врівноваження режимів входу та виходу мережі; у забезпеченні можливості проведення безпечного профілактичного або капітального ремонту частин мережі, наприклад, ізоляторів, вимикачів або проводів ліній мережі без перерв електропостачання; у заглушенні вищих гармонік напруги та струму, порядковий номер яких кратний трьом; у зменшенні сплесків напруг та струмів на вході та виході мережі, а також у проміжних пунктах ліній мережі при комутаціях вимикачів; у зменшенні перехідних комутаційних електромагнітних процесів; у частковому захисті: лінії мережі - від блискавки; трифазних трансформаторів - від намагнічування геомагнітними струмами; мережі - від дії нав'язаного електромагнітного імпульсу (ЕМІ) у періоди Е1, Е2 та Е3; у досягненні можливості плавки ожеледі без перерви електропостачання двократними чотирикратними струмами без додаткових засобів. Розглянемо роботу мережі змінного струму з врахуванням кожного пункту списку перерахованих корисних ефектів. У триланцюговому варіанті виконання мережі змінного струму (фіг. 1) при відсутності аварій всі три лінії мережі працюють у симетричному режимі. На кожну групу затискачів із груп 1, 10 та 19 подається три однакові трифазні системи напруги, фази яких співпадають. Через групи вимикачів 2, 11 та 20 кожна система напруг подається на первинні обмотки трифазних трансформаторів 3, 12 або 21. Трифазна напруга, генерована у вторинних обмотках трифазних трансформаторів 3, 12 та 21, через однополюсні вимикачі 4, 13 та 22 подається із підстанції 111 у трифазні лінії 5, 14 та 23. Від трифазних ліній 5,14 та 23 трифазні напруги подаються через групи вимикачів 6, 15 та 24 до підстанції 112 і живлять трифазні трансформатори 7,16 та 25. Вказані три системи напруг через групи вимикачів 8, 17 та 26 поступають на вихідні групи 9, 18 та 27 затискачів, до яких приєднані трифазні навантаження. Вхідні системи напруг підстанції 111 та вихідні системи напруг підстанції 112 мережі є майже (квазі) симетричними і майже рівними між собою (між трьома фідерами). З цієї причини вони можуть з'єднуватись паралельно групами 28 та 31 секційних вимикачів. Стабілізатори фаз 29 та 30 приєднані до кінців ліній мережі. Кожен стабілізатор фаз має по три групи виводів. Кожна група виводів приєднана до однієї лінії: перша група виводів стабілізатора фаз 29 приєднана до проводів фаз A, D, G; друга група виводів стабілізатора фаз 29 приєднана до проводів фаз В, Е, Н; третя група виводів стабілізатора фаз 29 приєднана до проводів фаз С, F, J. Групи з'єднання обмоток трансформаторів, розміщених на підстанції, відрізняються одна від одної на 4 одиниці, наприклад, 0, 4, 8. Припустимо, що трансформатор 3 має групу з'єднань його обмоток, рівну 0. То у цьому випадку трансформатори 12 та 21 мають групи з'єднань обмоток 4 та 8 відповідно. А якщо трансформатор 3 має групу з'єднань обмоток 2, то трансформатори 12 та 21 повинні мати групи з'єднань обмоток 6 та 10 відповідно. При вказаних групах з'єднань обмоток трифазних трансформаторів 3, 12, 21 першої підстанції 111 та трансформаторів 7, 16 та 25 другої підстанції 112 у трифазних лініях 5, 14 та 23 діють три трифазні системи напруг, зсунуті між собою на кут 40°. В результаті у лініях 5, 14 та 23 утворилась дев'ятифазна система напруг та струмів, до якої приєднані стабілізатори фаз 29 та 30. Стабілізатори фаз 29 та 30 зміцнюють дев'ятифазну систему напруг та струмів шляхом зменшення її опорів прямої, зворотної та нульової послідовностей. Зазначимо, що привідсутності аварій у лініях мережі стабілізатори 6 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 фаз 29 та 30 знаходяться практично у режимі холостого ходу, Струми та втрати в стабілізаторах фаз 29 та 30 обумовлені лише явищами намагнічування магнітопроводів дев'ятифазних стабілізаторів фаз 29 та 30. У першому наближенні можна вважати, що стабілізатори фаз 29 та 30 не впливають на режим передачі енергії при відсутності аварій ліній мережі. У такому режимі перетоки потужності між трифазними лініями відсутні. Таким чином, на вході та виході мережі (на підстанціях) мають місце три трифазні майже співпадаючі системи напруг і одна дев'ятифазна система (A-B-C-D-E-F-G-H-J) напруг в лініях мережі. Симетричний режим мережі триває до моменту обриву проводів однієї або декількох (від однієї до шести) фаз. При обриві проводу однієї з фаз, наприклад, фази А однієї трифазної лінії, наприклад, 5 симетричний режим всіх трьох ліній 5, 14 та 23 порушується. Струм у проводі фази А зникає, а у проводах фаз В, С, D, E, F, G, Н та J струм істотно змінюється. Зміни струмів у проводах фаз В, С, D, E, F, G, Н та J не є однаковими. Чим менша напруга фази порівняно з обірваною фазою А, тим більші зміни струмів. Найбільші зростання струмів мають місце у фазах В та J, які на топографічному зображенні розташовані ближче до фази А. Зростання струмів у вцілілих проводах ліній приблизно пропорційні квадрату кількості проводів обірваних ліній. Обриви проводів у відомих шестифазних лініях приводять до двох явищ, які знецінюють їх переваги і перешкоджають їх використанню. Перше явище - недопустиме (у 1,42-16 разів) зростання струмів у обмотках трифазних трансформаторів та суміжних кіл обох підстанцій. Якщо перед обривом фаз трансформатори працювали у номінальному режимі, то допустима тривалість роботи цих трансформаторів скорочується до 80 хвилин у випадку обриву тільки одного проводу. При обриві проводів двох фаз допустима тривалість роботи трансформаторів і суміжних кіл скорочується до 10 хвилин. При обриві проводів більшої кількості фаз допустима тривалість роботи трансформаторів скорочується до секунд. Через такий перегрів обмоток трансформаторів та суміжних до них електричних кіл застосування шестифазних ліній мережі принципово неможливе. Друге явище - недопустиме зростання (більше 2 %) коефіцієнту несиметрії напруг за зворотною послідовністю на підстанції 112. При застосуванні стабілізаторів фаз 29 та 30 при обривах проводів струм у обмотках трифазних трансформаторів підстанцій 111 та 112 при номінальному навантаженні не перевищує номінальних значень. Це пояснюється тим, що стабілізатори фаз 29 та 30 закорочують аварійні багатократні струми трансформаторів на себе. Стабілізатори перетворюються у шунти, які відводять аварійні струми ліній мережі від трифазних трансформаторів обох підстанцій 111 та 112. Крім того, стабілізатори фаз 29 та 30 знижують недопустиме значення коефіцієнту несиметрії напруг за зворотною послідовністю на підстанції 112 до допустимої величини (2 %). Крім того, додаткового зменшення коефіцієнту несиметрії напруг за зворотною послідовністю на підстанції 112 можна досягти шляхом введення додаткових стабілізаторів фаз (фіг. 3). Суть винаходу полягає у тому, що після моменту обриву одного з проводів ліній підстанції продовжують працювати у нормальному режимі, зберігають номінальну прохідну потужність, їх струми не перевищують номінальні значення; всі інші параметри, у тому числі коефіцієнт несиметрії за зворотною послідовністю, не перевищують допустимих значень. У такому стані підстанції можуть працювати без перегрівань окремих елементів нескінченно довго без обмежень по часу. Зазначимо, що при обривах окремі струми у проводах лінійних фаз збільшуються від 10 %-25 % до чотирикратних значень порівняно з номінальними значеннями. Але подібні перевантаження по струму проводів ліній мережі є допустимими і можуть бути використаними для плавки ожеледі на проводах. Після обриву одного з проводів частини цього обірваного проводу, приєднані до підстанцій 111 та 112, відмикаються від цих підстанцій з допомогою двох однополюсних вимикачів, вибраних із їх груп 4, 7, 13, 15, 22 та 24. Обірваний провід, частини якого відокремлені від струмопровідних елементів ліній 5, 14 та 23 і підстанцій 111 та 112 однополюсними вимикачами, може бути без поспіху відновлений (відремонтований) і без перехідного процесу введений у дію без перехідних процесів та без знеструмлення споживачів. Отже даний винахід дає можливість досягти повної живучості мережі у випадку обриву до шести проводів із дев'яти. Розглянемо випадок коротких замикань одного або декількох проводів на землю, або між лінійними фазами. При вказаних замиканнях спрацьовують максимальні захисти, які дають сигнали на відімкнення пошкоджених проводів від мережі. При виникненні короткого замикання проводу лінійної фази на землю цей провід відключається від підстанцій 111 та 112 швидкодіючими однополюсними вимикачами із їх груп 4, 7, 13, 15, 22 та 24 і залишається закороченим на землю. У цей час мережа переходить у режим обриву фаз і продовжує 7 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 нормально функціювати. Це дає можливість виконати капітальний ремонт фази і без комутаційних перехідних процесів ввести відновлений провід ліній у дію. Далі розглянемо випадок короткого замикання між проводами лінійних фаз. В результаті спрацювання максимального захисту при такому короткому замиканні відключаються два проводи лінійних фаз ліній мережі відключаються від підстанцій 111 та 112 з допомогою швидкодіючих однополюсних вимикачів, взятих із їх груп 4, 7, 13, 15, 22 та 24. Відключена пара лінійних проводів мережі не порушує ні нормальне електропостачання споживачів, ні якість енергії на обох підстанціях. Такий стан мережі може тривати дні та місяці до моменту відновлення проводів і введення їх у дію. Оскільки закорочені проводи виявляються відімкненими від мережі, то це дозволяє виконати якісно ремонт і відновити робочий стан цих проводів. Введення відновлених проводів у дію також не викликає миттєвих погіршень якості електричних напруг і проходить непомітно для споживача. Надійне електропостачання споживачів може бути забезпечене при кількості коротких замикань проводів лінійних фаз від 2х до 6-ти. Слід підкреслити, що прохідна потужність ліній запропонованої мережі зі стабілізаторами фаз при аваріях зменшується неістотно: при обриві одного проводу - до 0,3 %; при обриві другого проводу - до 1,0 %; при обриві трьох проводів - до 3 %, і т.і. Для порівняння вкажемо, що обрив одного проводу в існуючих подібних мережах знижує прохідну потужність на 33 %, а обрив двох проводів може зменшити прохідну потужність на 66 %, тобто втроє. У випадку виходу з ладу стабілізаторів фаз 29 та 30, ці стабілізатори відключаються швидкодіючими вимикачами, що забезпечує подальшу неперервність електропостачання. Отже, запропонована мережа має високу надійність, зокрема живучість при обривах та коротких замиканнях проводів, у тому числі пошкоджень ізоляторів, вимикачів, роз'єднувачів. Найбільшого поширення у даний час набула дволанцюгова мережа, блок-схема якої показана на фіг. 2. Мережа містить дві підстанції 113 та 114, дві трифазні лінії 36 та 49, групи однополюсних вимикачів 35, 37, 48 та 50, трифазні трансформатори 34, 38, 47 та 51, секційні вимикачі 41 та 44, групи затискачів 32, 40, 45 та 53, а також стабілізатори фаз 42 та 43. Дволанцюгова мережа забезпечує надійне електропостачання споживачів при обриві до двох (теоретично до трьох) проводів лінійних фаз ліній мережі, до двох замикань проводів лінійних фаз на землю та допускає одне міжфазне замикання. До мережі (фіг. 2) внесенні два стабілізатори фаз 42 та 43, які при обриві проводів та коротких замиканнях ліній мережі дають позитивний ефект, подібний до позитивного ефекту мережі, поданої на фіг. 1: забезпечують допустимі напруги на навантаженні споживача; забезпечують проектну пропускну потужність ліній; зменшують несиметрію напруг споживача за зворотною послідовністю; відводять надструми за межі підстанцій 113 та 114. Розглянемо особливості роботи дволінійної мережі більш детально. Випробування моделі показали, що при обриві проводу однієї з фаз ліній напруга на приймальному кінці мережі зменшується приблизно на 1 %, а потужність навантаження зменшується не більше як на 2 %. Для оцінки впливу стабілізаторів фаз 42 та 43 на якість напруги приймальної підстанції 114 на фіг. 7 показана залежність коефіцієнту несиметрії напруг за зворотною послідовністю К2u від навантаження S виходу мережі при падінні напруги ΔUл у мережі у режимі без обривів проводів, рівному 5 % (ΔUл=5 %), де: K2u=U2/U1, (1) причому U1 та U2 - симетричні складові лінійних напруг прямої та зворотної послідовностей, вектори; S - навантаження на виході мережі; ΔUл - падіння напруги у проводі мережі, при цьому 1/2 ΔUл=(3) *І(ном)*Zл/Uл(ном), (2) де: Uл(ном) номінальне значення лінійної напруги на виході мережі; І(ном) - номінальне значення лінійного струму лінії мережі; Zn - опір проводу ліній мережі. На фіг. 7 приведені два графіки, перший з яких є залежністю коефіцієнту несиметрії напруг за зворотною послідовністю K2u=f(S) від потужності S при відсутності стабілізаторів фаз ("Без СФ"), а другий з них є залежністю коефіцієнту несиметрії напруг за зворотною послідовністю К2u від потужності S при включенні стабілізаторів фаз ("З СФ"). Із порівняння графіків видно, що приєднання стабілізаторів фаз 42 та 43 зменшує коефіцієнт несиметрії напруг за зворотною послідовністю на виході мережі на 44 %, що істотно покращує якість трифазних напруг споживача при обриві проводу ліній мережі. Зазначимо, що величина допустимого значення коефіцієнту К2u обмежена стандартами ГОСТ 13109-97 та EN 50160-94 на рівні 2 %. При застосуванні стабілізаторів фаз 42 та 43 при обривах проводів струм у обмотках трифазних трансформаторів підстанцій 113 та 114 при номінальному навантаженні не перевищує номінальних значень. При цьому при обривах струм у лінійному проводі дволінійної 8 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 мережі може досягати чотирикратного значення і більше від номінальної величини. Стабілізатори фаз 42 та 43 захоплюють аварійні багатократні струми ліній мережі і закорочують на себе. Отже надструми ліній мережі не доходять до трифазних трансформаторів 34, 38, 47 та 51 через те, що стабілізатори фаз 42 та 43 відводять їх від трифазних трансформаторів. Стабілізатори перетворюються у шунти, які відводять аварійні струми ліній мережі від трансформаторів обох підстанцій 113 та 114. Оцінку явищу відводу струмів ліній від трансформаторів дамо з допомогою такого показника - "Коефіцієнту зменшення струму на вході та виході мережі (коефіцієнт відводу струму - Квід) з допомогою стабілізаторів фаз" при обриві фази А, або А та В, або А та В та С, причому: Kвід(i, Noбp) = Іл(і, Noбp)/hp(i, Noбp), (3) де: і - порядкове ім'я фази; Noбp - кількість обірваних проводів ліній мережі; Квід(і, Noбp) функція залежності коефіцієнту відводу струмів ліній мережі від кількості обірваних фаз (Noбp) та порядкового імені фази (і). З метою оцінки дії стабілізаторів фаз 42 та 43 на коефіцієнт відводу струмів ліній мережі при обриві одного або декількох проводів на фіг. 8 показане експериментально одержане топологічне зображення залежності коефіцієнту відводу Квід(і, Noбp) від імені проводу обірваної фази (і) та кількості обірваних проводів (Noбp). Із фіг. 8 видно, що стабілізатори фаз 42 та 43 у переважній кількості випадків зменшують струми трифазних трансформаторів підстанцій від 1,01 до 3,39 разів. В випадку обриву одного проводу, а саме фази Е, струм у трифазному трансформаторі не знижується, а підвищується на 14 %, але сумарне його значення не перевищує номінального значення. Розглянемо випадок коротких замикань одного або декількох проводів на землю. У випадку такого короткого замикання спрацьовують максимальні захисти, які дають сигнали на відімкнення пошкоджених проводів від мережі. При виникненні короткого замикання проводу лінійної фази на землю цей провід відключається від підстанцій 113 та 114 швидкодіючими однополюсними вимикачами із їх груп 35, 37, 48 та 50 і залишається закороченим на землю. Мережа миттєво переходить у режим обриву фаз і продовжує нормально функціонувати без обмежень по часу. Це дає можливість виконати капітальний ремонт фази без поспіху і без комутаційних перехідних процесів ввести відновлений провід ліній у дію. Надійне електропостачання споживачів дволінійної мережі може бути забезпечене при кількості коротких замикань проводів лінійних фаз на землю у кількості від одного до двох. Розглянемо також випадок короткого замикання між проводами лінійних фаз. В результаті спрацювання максимального захисту при такому короткому замиканні відключаються два проводи лінійних фаз ліній мережі від підстанцій 113 та 114 з допомогою чотирьох швидкодіючих однополюсних вимикачів, взятих із їх груп 35, 37, 48 та 50. Відключена пара лінійних проводів мережі не порушує ні нормальне електропостачання споживачів, ні якість енергії на обох підстанціях. Такий стан мережі може тривати дні та місяці до моменту відновлення проводів і введення їх у дію. Оскільки закорочені проводи виявляються відімкненими від мережі, то це дозволяє якісно та безпечно відновити робочий стан цих проводів. Введення відновлених проводів у дію також не викликає миттєвих погіршень якості електричних напруг і проходить непомітно для споживача. Надійне електропостачання споживачів дволінійною мережею може бути забезпечене тільки при одному міжфазному короткому замиканні проводів лінійних фаз. Подальше збільшення ефективності роботи мережі досягнуте за рахунок введення додаткових стабілізаторів фаз. На фіг. 3 дана блок-схема (дволінійної) мережі змінного струму з двома паралельними трифазними лініями 36 і 49 та одним додатковим стабілізатором фаз 58, приєднаним до обох трифазних ліній з допомогою вимикачів 57 та 59. Кожний із вимикачів 57 та 59 подає на стабілізатор фаз дві системи трифазних напруг, які зсунуті по фазі на 180° одна відносно одної. На фіг. 3 обидві лінії зображені у просторі і підвішені на опорах 56. З фіг. 3 видно, що з обох трифазних ліній на стабілізатор фаз 58 подаються різні фази. Так, з лінії 36 на стабілізатор 58 подаються фази А, С та Е, а з лінії 49 на той же стабілізатор фаз 58 подаються фази В, D, F. До стабілізаторів фаз 42 та 43 подаються ті ж фази від обох ліній мережі. Ефективність роботи стабілізаторів 42, 43 та 58 залежить від повздовжнього опору проводу лінії; чим менші по довжині частини ліній 36 та 49, тим вища якість електричної енергії не тільки за вихідних затискачах 40 та 53, але й на вхідних затискачах 32 та 45. Завдяки внесенню до мережі стабілізатора фаз 58 на вихідних затискачах груп 40 та 53 мережі (у споживача) має місце принаймні удвічі краща якість електричних напруг при обриві проводів ліній, а на вхідних затискачах груп 32 та 45 (у постачальника) має місце принаймні удвічі краща якість електричних струмів. До показників якості електричних напруг на виході мережі (групи затискачів 40 та 53) перш за все належать: відхилення напруг U та коефіцієнт К2u несиметрії за зворотною послідовністю, Стандарти ГОСТ 13109-97 та EN 50160-94 обмежують ці показники на рівні 10 % 9 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 та 2 % відповідно. У даному патенті дотримання умов стандартів досягається шляхом штучного зменшення довжини обірваного проводу, що приводить до зменшення опору проводу обірваної фази, а отже до зменшення відхилення напруги та несиметрії напруг за зворотною послідовністю при обриві проводу фази. Зазначимо, що при внесенні одного додаткового стабілізатора фаз групи додаткових однополюсних вимикачів не вводяться. Але при введенні двох і більше додаткових стабілізаторів фаз до мережі вносяться додаткові групи однополюсних вимикачів. Отже, відхилення напруг споживача при обриві проводу ліній, коефіцієнт несиметрії напруг за зворотною послідовністю, комутаційні та перехідні параметри та інші показники якості електричних напруг виходу мережі завжди можуть бути зменшені шляхом введення додаткових стабілізаторів фаз, рознесених вздовж траси мережі. Наступний крок до збільшення надійності та живучості мережі досягнутий шляхом введення проводу нульової фази та/або використання супутнього електропровідного об'єкту, наприклад, землі, тросів, води, труб і т.і. На фіг. 6 зображена блок-схема мережі з двома паралельними трифазними лініями 36 та 49, трьома стабілізаторами фаз 42, 43 та 58 і трьома робочими контурами заземлення 66, 67 та 68 цих стабілізаторів фаз. Режим роботи робочих контурів заземлення 66. 67 та 68 відрізняється від режимів звичайних контурів заземлення нейтралей, приєднаних до контурів заземлення 63, 64, 70 та 71 трифазних трансформаторів 34, 38, 47 та 51 тим, що тривалість пропускання аварійних струмів через контури заземлення нейтралей 63, 64, 70 та 71 трифазних трансформаторів 34, 38, 47 та 51 є короткочасною, а тривалість пропускання аварійних струмів через робочі контури заземлення 66. 67 та 68 стабілізаторів фаз 42, 58 та 43 є необмеженою в часі. Тому кожен робочий контур заземлення має більший розгалужений контакт із землею та менший опір і меншу допустиму щільність струму заземлювача. Робочий контур заземлення підстанції, наприклад, 66 може бути ввімкнений паралельно до звичайного контуру заземлення трифазного трансформатора, наприклад, контуру заземлення 63. Для використання провідності землі кожен стабілізатор фаз виконано з нейтральною точкою, яка приєднана до контуру заземлення. Дія землі проявляється у тому, що при обриві проводу лінійної фази ліній мережі приблизно удвічі зменшуються спотворення напруг на приймальній підстанції мережі: зменшуються відхилення напруги, коефіцієнт несиметрії напруг за зворотною послідовністю, складові комутаційних напруг та напруг перехідних процесів і ряд інших завад. По величині дії фактор землі еквівалентний збільшенню кількості додаткових стабілізаторів фаз у 1,6-2,0 рази. При обриві проводу фази у землі проходять струми, під дією яких частково вирівнюються струми у лінійних фазах ліній мережі. Завдяки цьому зменшуються падіння напруг у найбільш навантажених проводах фаз ліній. Земля виконує роль резервного проводу і підвищує надійність і живучість заявленої мережі. Конфігурація маршруту мережі змінного струму може бути довільною: магістральною, радіальною, кільцевою, розгалуженою і т.і. Для наступного кроку збільшення надійності та живучості мережі виконано багатофазний відбір потужності. Для цього до неї внесені багатофазний двигун та стабілізатор фаз, кількість фаз та лінійні напруги яких відповідно дорівнюють сумарній кількості фаз та лінійним напругам трифазних ліній мережі, а виводи багатофазного двигуна та стабілізатора фаз приєднані до проводів ліній мережі. Сумісні дії багатофазного двигуна та багатофазного стабілізатора фаз приводять до виникнення трьох нових ефектів: перший - забезпечення незначного зменшення потужності на валу двигуна при обриві однієї або двох фаз ліній мережі; другий - забезпечення практично незмінної потужності на валу при обриві або перегоранні однієї або двох обмоток багатофазного двигуна; третій - забезпечення рівномірності кругового обертового магнітного поля статора двигуна та усунення шуму і вібрації двигуна при обриві проводів ліній мережі, або обмоток багатофазного двигуна. Ці ефекти також підвищують надійність та живучість електропостачання. Встановлена потужність може бути зменшена приблизно на 40-45 %, якщо багатофазний двигун та стабілізатор фаз сумістити і виготовити у вигляді багатофазного двигуна, який має властивості стабілізатора фаз. Подальшим кроком підвищення надійності та живучості електропостачання споживачів є внесення до мережі багатофазного генератора та стабілізатора фаз, кількість фаз та лінійні напруги яких дорівнюють відповідно сумарній кількості фаз та лінійним напругам ліній мережі. Виводи багатофазного генератора та стабілізатора фаз приєднані до проводів ліній мережі. Сумісні дії багатофазного генератора та багатофазного стабілізатора фаз приводять до виникнення трьох нових ефектів: перший - забезпечення незначного зменшення потужності на валу багатофазного генератора при обриві однієї або двох фаз ліній мережі; другий забезпечення незначного зменшення потужності на валу генератора при обриві або перегоранні однієї або двох обмоток багатофазного генератора; третій - забезпечення рівномірності кругового обертового магнітного поля статора генератора та усунення шуму і вібрації 10 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 генератора при обриві проводів ліній мережі або обмоток багатофазного генератора. Встановлена потужність може бути зменшена приблизно на 40 %-45 %, якщо багатофазний генератор та стабілізатор фаз виконані суміщеними і виготовлені у вигляді багатофазного генератора, який має властивості стабілізатора фаз. Унаслідок застосування даного патенту мережа при обриві фази миттєво забезпечує неперервність довготривалого подальшого електропостачання і переходить у стан роботи з виведеною з ладу однією або декількома фазами ліній мережі. У цьому стані виникає потреба у створенні безпечних умов ремонту виведеного з ладу електроустаткування для відновлення мережі до передаварійного стану. З цією метою елементи мережі, наприклад, проводи лінії мережі та/або однополюсні вимикачі конструктивно рознесені між собою у просторі для створення достатніх умов для виконання зручного та безпечного пофазного ремонту відімкнених елементів мережі без зняття напруги з невідключених елементів мережі. При застосуванні багатофазних машин змінного струму факт подовження тривалої експлуатації машин в аварійному режимі дає можливість виконати підготовчі роботи і тільки при технологічній зупинці виконати заміну машини змінного струму (генератора або двигуна) або ж виконати ремонт указаної машини на місці. Заявлена мережа змінного струму має феноменальний ефект до самовідновлення, який полягає у обмеженні місця аварії стабілізаторами фаз та забезпеченні параметрично врівноваженого режиму на підстанціях мережі. Факт параметричного врівноваження режимів підстанцій підтверджується у першому наближенні двома такими рівностями нулю пульсуючих потужностей передаючої Sвx(Q1) та приймальної Sвиx(Q2) підстанцій: Sвх(Q1) = Σ Ui*li=UA1*IA1+UB1*IB1+UC1*IC1+UD1*ID1+UE1*IE1+UF1*IF1=0; (4) Sвих(Q2) = Σ Uі*li=UA2*lA2+UB2*lB2+UC2*IC2+UD2*lD2+UE2*lE2+UF2*lF2=0, (5) де: A, B, C, D, E, F - наймення фаз; 1 та 2 - індекси передаючої та приймальної підстанцій; Ui - вектор напруги і-тої фази; Іі - вектор струму і-тої фази. Порівняння надійності роботи заявленої мережі змінного струму з відомими варіантами виконання. Характеристика надійності внесених елементів у мережу. Стабілізатор фаз є автотрансформатором, має високу надійність, але і він може вийти з ладу. У випадку аварії стабілізатора фаз він відключається від мережі системою захисту та вимикачами, наприклад, 57 та 59, після чого мережа продовжує неперервне електропостачання споживачів. Процес вимикання стабілізатора фаз, наприклад, 58 не викликає ні миттєвого, ні тривалого погіршення якості електричної енергії. Після відновлення стабілізатор фаз знову підключається до мережі. Однополюсні вимикачі входять у кола ліній мережі, їх виходи з ладу компенсуються вище вказаними діями стабілізаторів фаз. Зміна групи з'єднань трифазних трансформаторів не впливає на надійність їх роботи. Загальна оцінка надійності заявленої мережі. За базовий варіант для порівняння приймаємо дволінійну (дволанцюгову) лінію [30]. При оцінці ефективності заявленої мережі приймаємо таку частоту відмов та таку середню тривалість безвідмовної роботи [31]: . повітряна трифазна 0,08 1/рік км; 6,0 лінія годин; . кабельна трифазна 0,00072 1/рік км; 7,2 лінія годин: . 0,02 1/рік км; 5,5 вимикач годин; . 0,001 1/рік км. 4,0 шина годин. Порівняння надійностей роботи заявленої мережі змінного струму з базовим варіантом виконання показує, що ймовірність безвідмовної роботи двох повітряних ліній мережі за даним патентом може скласти - 0,999999, а базового варіанту - 0,568. Отже заявлена мережа має достатню надійність для електропостачання сучасних споживачів. Очікуваний ефект. Перерва живлення навіть на декілька десятків мілісекунд приводить до багатомільйонних збитків, що ставить задачу підвищення надійності та живучості у число першочергових задач електроенергетики, про що багаторазово наголошує Науково дослідний інститут електроенергетики США (EPRI). Аварії у системі електропостачання були і будуть далі, і задача енергетиків полягає у тому, аби створити такі мережі змінного струму, при яких вона продовжувала б працювала за будь яких аварій. У даному патенті мережа змінного струму має такі переваги перед аналогами: миттєву генерацію напруги в обірваному проводі ліній мережі; 11 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 багатократне підвищення у живучості при багаторазових обривах декількох проводів і багаторазових коротких замиканнях між лінійними проводами ліній мережі та багаторазовими замиканнями фаз на землю або на нульову фазу; підвищену якість електричної енергії на початку та кінці ліній мережі під час і після аварій, пов'язаних з обривами проводів та короткими замиканнями; зменшення струмів на вході та виході трифазних трансформаторів, відхилення аварійних струмів ліній мережі від трифазних трансформаторів і зосередження (локалізація) їх у межах ліній мережі; досягнення параметрично врівноважених режимів на вході та виході мережі для забезпечення параметричної рівноваги режиму роботи всіх силових елементів мережі в середині мережі та за межами мережі; можливість проведення пофазного ремонту без перерви живлення із знеструмленням одного або декількох проводів; заглушення вищих гармонік напруги та струму, зокрема кратних трьом; зменшення сплеску напруг та струмів на вході та виході мережі, а також у проміжних пунктах ліній при комутаціях вимикачів; заглушення перехідних комутаційних електромагнітних процесів; захист ліній мережі від блискавки, геомагнітної бурі та від трьох фаз ЕМІ; здійснення режиму плавки ожеледі без перерви електропостачання. Сфера застосування: низьковольтні та високовольтні багатофазні, розподільчі та системоутворюючі мережі, наприклад, дволанцюгові мережі з нульовою фазою і без неї. У даний час США, Росія, Великобританія та ряд інших країн прийняли програми розвитку електроенергетики, наприклад, Smart Grid, направлені на підвищення надійності та живучості електроенергетичних мереж. У більшості випадків задачі цих програм зводяться до часткового збільшення живучості енергосистем, наприклад, за рахунок діагностики та керування. Пропозиції даного патенту направлені на підвищення живучості силової частини мереж змінного струму, доповнюють названу програму і можуть бути приєднані до даної програми. Джерела інформації: 1. Боргунов В.Г., Королюк Ю.Ф., Крупович М.С., Крылова И.М. Устройство для передачи электроэнергии. Авт. Свид. СССР № 655018 H02J 3/00. Публіковано 30.03.1979. 2. Pelletler P., Brochu J., Beauregard F., Morin G. Method of enhancing capacity of transformer equipment and of flow control using phase-shifting transformer and series impedances in parallel arrangements. Патент США № 5907239, МПК: H01F 30/12. Публіковано 25.05.1999. 3. Bjorklund Per-Erik. HVDC transmission. Патент США № 5751563, МПК: H02J 3/26. Публіковано 25.05.1999. 4. Wertheim M.M. Uninterruptible power supply. Патент США № 5194757, МПК: H02J 3/38. Публіковано 16.03.1993. 5. Ilіс М., Liu X. Method and apparatus for direct control of the inter-area dynamics in large electric power systems. Патент США № 5517422, МПК: H02J 3/06. Публіковано 14.05.1996. 6. Dickson S. Apparatus for synchronizing frequency and phase of two voltage sources. Патент США № 5640060, МПК: H02J 1/00. Публіковано 17.06.1997. 7. Dickson S. Programmable apparatus for synchronizing frequency and phase of two voltage sources. Патент США № 5761073, МПК: H02J 1/00. Публіковано 02.06.1998. 8. Windhorn A.E. Uninterruptible power supply. Патент США № 5880537, МПК: H02J 9/08. Публіковано 09.03.1999. 9. Gosebruch H., Uefling P. Apparatus for uninterruptedly supplying power including an electrical machine and a flywheel. Патент США № 6573626, МПК: Н02К 17/44. Публіковано 03.06.2003. 10. Lindahl Sture, Johansson К., Fromm U., Johansson S… System for transmission of electric power. Патент США № 7759910, МПК: G05F 1/70. Публіковано 20.07.2010. 11. Tassitino F. Uninterruptible power supply input power walk-in. Патент США № 5633539, МПК: H02J 7/00. Публіковано 27.05.1997. 12. Brill K.G. Redundant electrical power source, distribution and consumption system… Патент США № 6150736, МПК: H02J 9/06. Публіковано 21.11.2000. 13. Sashida N. Electric power supply system using multiple power sources. Патент США № 5422518, МПК: H02J 3/06. Публіковано 06.06.1995. 14. Onogi Yukio, Nagata Takeshi, Okumoto Koso О. Анализ переходных процессов в шестифазных ЛЕП с глухозаземленной нейтраллю, ограничивающих токи повреждения. Анализ однофазной схемы. "Хиросима дайгаку когакубу кэнкю хококу. Bull. Fac. Eng. Hiroshima Univ.», 1980, 28, No 2, 105-113. 12 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 15. Gonen N., Haj-mohamadi M.S. Electromagnetic unbalances of six-phase transmission Isnes. // Elec. Power and energy syst…-1989.-11, No 2.- C.78-84. 16. Augugliaro F., Dusonchet L, Spataro F. Mixed three-phase and six-phase power system analysis using symmetrical components method. "Elec. Power and Energy syst.", 1987, 9, No 4, 233240. 17. Billinton R., Fotuhi-Firuzabad M. Composite system reliability evaluation incomporating a sixphase transmission line // IEE Proc. Gener. Transm. Distrib.-2003.july.- Vol. 150, issue 4.-p. 413-419. 18. Grande-Moran Carlos. Series fault in six-phase electrical power system…Elec. syst. Res.", 1987, 13,No2, 109-117. 19. Wilson D.D. and Stewart J.R. Switching surge characteristics of six-phase transmission line // IEEE Transaction on Power Apparatus and System. Vol.- PAS-103, No 11, Nov. 1984/ 20. Stewart J.R., Kallaur E. and Grant J.S. Economics of EHV high phase order transmission, this issue. //. IEEE Transaction on Power Apparatus and System. Vol.-PAS-103, No 11, Nov. 1984, pp. 3386-3392. 21. Delia Torre, Dolara F., Leva A., Morando S. Fault analysis theory and schemes of four-phase power system. // IEEE Xplore, 10. 1109/PEC. 2009.5282047, 09.10.2009. 22. Singh L.P. Advanced power system analysis and dynamics. India. 2006. 23. Venkata, S. S. Reliability and Economics Analysis of Higher Phase Order Electric Transmission System. Final Report on Grant No. 74 ENGR 10400. 1977. 24. Nanda S. P., Tiwari, S. N., and Singh, L. P. Fault Analysis of Six-Phase Systems. Electrical Power Systems Research Journal. 1981. No. 3, Vol. 4. 201. 25. Mustafa M.W., Ahmand M.R. and Shareef H. Fault analysis on double three-phase to sixth phase converted transmission line. // IPEC 2005, The 7 International power engineering conference, Prjceedings, Singapure.-2005.-Vol. 2.-pp. 1030-1034/ 26. Андриевский Е.Н. Эксплуатация электроустановок в сельском хозяйстве.- Москва.-, 1988. 27.Jones M.S. Methods and apparatus for indentifying faulted phases on an electric power transmission line. Патент США № 5608327, МПК: G04R 31/08. Публіковано 04.03.1997. 28. Kojovic L. A. Power distribution network incorporating a voltage support transformer and process of use. Патент США № 5895979, МПК: G05F 3/04. Публіковано 20.04.1999. 29. Kaiser S. Method for generating an error signal identifying a short circuit. Патент США № 6633166, МПК: G01R 31/08. Публіковано 14.10.2003. 30. Электротехнический справочник. Том 2. Под редакцией П.Г. Грудинского. М. "Энергия", 1975, - С. 225-230. 31. Буйний P.O., Зорін В.В., Квицинський А.О. Використання 4-х одножильних кабелів із ізоляції зі зшитого поліетилену для електропостачання споживачів І та II категорії за надійністю // Вісник Чернігівського державного технологічного університету: 36. - 2011.- №1 (47). - С. 75-81. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 60 1. Мережа змінного струму, яка містить принаймні дві підстанції та n ліній трифазних одноланцюгових мереж між підстанціями, кожна підстанція містить n вхідних груп затискачів мережі, принаймні два трифазні трансформатори, принаймні один секційний вимикач та 3n вихідних вимикачів, кожен затискач однієї вхідної групи мережі по одному приєднаний до одного виводу первинної обмотки одного трифазного трансформатора, кожен вивід вторинної обмотки одного трифазного трансформатора по одному приєднаний до першого виводу вихідного вимикача, другий вивід його приєднаний по одному до одного проводу лінії однієї одноланцюгової мережі, при цьому перший вивід принаймні одного секційного вимикача по одному приєднаний до затискача однієї вхідної групи, а другий цього секційного вимикача приєднаний по одному до затискача другої вхідної групи, яка відрізняється тим, що: до кожної підстанції введений один стабілізатор фаз, кожен з 3n вихідних вимикачів виконаний однополюсним, кожен стабілізатор фаз має принаймні n груп виводів, кожна група виводів складається з трьох виводів лінійних фаз, принаймні одна група виводів стабілізатора фаз приєднана до виводів вторинних обмоток одного трифазного трансформатора, групи з'єднання обмоток трифазних трансформаторів, розміщених на підстанції, відмітні одна від одної на величину 12/n, до однієї одноланцюгової лінії приєднані трансформатори принаймні двох підстанцій, які мають однакові групи з'єднань обмоток трансформаторів. 13 UA 106778 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 2. Мережа змінного струму за п. 1, яка відрізняється тим, що містить три трифазні одноланцюгові лінії, а кожна підстанція містить три трифазні трансформатори, причому групи з'єднання обмоток трифазних трансформаторів, розміщених на підстанції, відрізняються одна від одної на 4 одиниці, наприклад 0, 4, 8 або 1, 5, 9. 3. Мережа змінного струму за п. 1, яка відрізняється тим, що містить дві трифазні одноланцюгові лінії, а підстанція містить два трифазні трансформатори, причому групи з'єднання обмоток трансформаторів, розміщених на підстанції, відрізняються одна від одної на 6 одиниць, наприклад 0, 6 або 1, 7. 4. Мережа змінного струму за пп. 1-3, яка відрізняється тим, що введено один або декілька додаткових стабілізаторів фаз та додаткових однополюсних вимикачів, які розміщені у проміжних пунктах мережі і ділять трасу ліній мережі на приблизно рівні відрізки по довжині, а виводи допоміжних стабілізаторів фаз приєднані до проводів трифазних одноланцюгових ліній у проміжному пункті мережі через додаткові однополюсні вимикачі. 5. Мережа змінного струму за пп. 1-4, яка відрізняється тим, що стабілізатор фаз виконано за схемою "шестикутника". 6. Мережа змінного струму за пп. 1-4, яка відрізняється тим, що стабілізатор фаз виконано за схемою "шестикутної зірки". 7. Мережа змінного струму за пп. 1-4, яка відрізняється тим, що стабілізатор фаз містить дев'ять обмоток, на кожному стрижні магнітопроводу стабілізатора фаз розташовано по три обмотки, кожні три обмотки, які розташовані на різнойменних стрижнях магнітопроводу, між собою ввімкнені у трипроменеву зірку однойменними першими виводами, в результаті чого утворились три схеми однакових трипроменевих зірок, кожен один вивід кожної з трьох зірок, взятий від обмоток, які розміщені на різнойменних стрижнях, приєднаний до виводу нульової фази стабілізатора фаз, а кожен вивід з решти шести виводів трипроменевих зірок по одному приєднаний до одного виводу лінійної фази вторинних обмоток трифазних трансформаторів, утворюючи схему стабілізатора фаз під назвою "сніжинка". 8. Мережа змінного струму за пп. 1-4, 7, яка відрізняється тим, що кожна вторинна обмотка трифазного трансформатора підстанції оснащена виводом нейтральної точки, принаймні одна з трифазних ліній мережі виконана чотирипровідною, четвертий провід якої є проводом нульової фази, а кожен стабілізатор фаз виконаний з виводом нульової фази, приєднаним до проводу нульової фази лінії одноланцюгової мережі та нейтральними точками трансформаторів. 9. Мережа змінного струму за пп. 1-4, 7, 8, яка відрізняється тим, що у трифазну лінію одноланцюгової мережі паралельно проводу нульової фази або замість неї внесений електропровідний об'єкт, наприклад земля, морська вода, металева труба, блискавковідвідні троси, тощо, до мережі внесені також принаймні два робочі контури заземлення мережі, приєднані до виводів нульової фази кожного стабілізатора фаз або фільтра струмів нульової послідовності. 10. Мережа змінного струму за пп. 1-5, 7, 9, яка відрізняється тим, що кожний робочий контур заземлення приєднаний до виводу нульової фази стабілізатора фаз, виконаного за схемою "сніжинка" з виводом нульової фази. 11. Мережа змінного струму за пп. 1-5, 8, 9, яка відрізняється тим, що стабілізатор фаз виконаний за схемою "шестикутна зірка" з виводом нульової фази. 12. Мережа змінного струму за пп. 1-11, яка відрізняється тим, що вторинна обмотка трифазного трансформатора виконана за схемою стабілізатора фаз. 13. Мережа змінного струму за пп. 1-12, яка відрізняється тим, що лінії трифазних одноланцюгових мереж виконані у вигляді повітряних електричних ліній. 14. Мережа змінного струму за пп. 1-12, яка відрізняється тим, що лінії трифазних одноланцюгових мереж виконані у вигляді кабельних електричних ліній. 14 UA 106778 C2 15 UA 106778 C2 16 UA 106778 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 17