Трифазна електрична мережа

Реферат: Трифазна електрична мережа містить джерело трифазних напруг, яке виконано без нейтральної фази, а виводи оснащено затискачами лінійних фаз, "n"-секцій фільтра струмів нульової послідовності, обладнаних затискачами лінійних та нейтральної фаз, "n"-секцій трифазного навантаження, які споряджено затискачами лінійних та нейтральної фаз, а також "n"-секцій трифазної лінії електропередачі з опорами лінійних фаз, вхідні виводи першої секції якої підключено до затискачів лінійних фаз джерела трифазних напруг, а вихідні виводи лінійних фаз кожної секції лінії електропередачі приєднано до затискачів лінійних фаз відповідних секцій фільтра струмів нульової послідовності, затискачі нейтральних фаз яких підключено до затискачів нейтральних фаз відповідних секцій трифазного навантаження. Кожну секцію фільтра струмів нульової послідовності виконано по схемі з електромагнітними зв'язками "зустрічний зигзаг", яку споряджено вольтододатковими обмотками, які включено між затискачами лінійних фаз секцій фільтра струмів нульової послідовності та відповідними затискачами лінійних фаз секцій трифазного навантаження. UA 117704 U (12) UA 117704 U UA 117704 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана для створення протяжних низьковольтних електричних мереж з високою якістю електричної енергії та номінальними рівнями напруги на затискачах споживачів на протязі всієї лінії електропередачі. Загальновідомі трифазні електричні мережі включають трифазне джерело живлення (трансформаторну підстанцію) та трифазну лінію електропередачі з нейтральним проводом, що призначена для передачі електроенергії споживачам, які для мережі є, в загальному випадку, симетричним трифазним навантаженням. Саме по такій схемі побудовано переважну більшість низьковольтних розподільних мереж (чотирипровідні мережі з системою заземлення, ,TN-C")[1]. Передача електроенергії в них завжди супроводжується втратами напруги в опорах елементів електричної системи, наприклад, опорах елементів ліній електропередачі, що викликає відхилення величини напруги від номінальних значень в різних точках мережі, віддалених від джерела живлення. Так напруга у споживачів, розміщених на початку магістралі, буде найбільшою і на протязі довжини лінії монотонно зменшується, досягаючи свого мінімуму в кінці лінії. При цьому втрата напруги в лінії може досягати неприпустимих величин, що погіршує умови експлуатації споживачів. Особливо це характерно для сільських електричних мереж, які, зазвичай, мають велику протяжність ліній електропередачі. Таким чином, відхилення напруги на затискачах споживачів, які обумовлені втратами напруги в лінії, є суттєвим недоліком існуючих низьковольтних трифазних електричних мереж. Крім того, враховуючи те, що в зазначених мережах переважають однофазні лінійні та нелінійні споживачі, в мережі виникають несиметричні та несинусоїдні режими. В результаті, на розподільному трансформаторі трансформаторної підстанції та в вузлах навантажень суттєво зростають величини напруги нульової послідовності, що викликає зміщення потенціалу нейтральної фази відносно потенціалу землі. Це є причиною виникнення несиметрії фазних напруг у споживачів і призводить до зростання додаткових відхилень напруги від номінальних значень. Зменшити відхилення напруги в трифазних електричних мережах з нейтральним проводом дозволяють пристрої місцевого регулювання напруги на основі трансформаторних перетворювачів, в яких здійснюється пофазне регулювання напруги, що забезпечує зрівноважування, симетрування, а також вирівнювання рівня фазних напруг. Відома трифазна електрична мережа [2], що містить трифазний вольтододатковий перетворювач, виконаний у вигляді трьох вольтододаткових трансформаторів, вторинні обмотки яких включені послідовно в перетинку кожного з проводів живлення між вхідними затискачами пристрою та трифазним навантаженням фаз А, В та С, відповідно. Кожну з первинних обмоток згаданих трансформаторів споряджено п'ятьма проміжними виводами. Зазначені виводи через ключі змінного струму (тиристорні або транзисторні) підключаються до вхідних затискачів мережі. Цим забезпечується можливість ступінчатої зміни коефіцієнта трансформації вольтододаткового трансформатора. Таким чином, на вторинних обмотках створюються додаткові вектори напруги, які геометрично підсумовуються із основним вектором напруги мережі живлення, що дає змогу зменшити величину відхилення напруги мережі, а на навантаженні досягти номінального рівня напруги. Основним недоліком зазначеної мережі є вибіркове підвищення напруги мережі до номінального рівня тільки в вузлах навантажень, де здійснюється підключення вольтододаткового трансформатора. Таким мережам притаманні всі недоліки чотирипровідних низьковольтних мереж, пов'язаних з наявністю опору нульової послідовності розподільного трансформатора джерела живлення, а саме: зміщення потенціалу нейтральної точки мережі та зростання рівнів вищих гармонік, які призводять до додаткових втрат електричної енергії та перегріву трансформаторів. Крім того, наявність великої кількості ключів змінного струму значно ускладнює схему мережі, погіршує її масогабаритні показники та підвищує капітальні затрати на її побудову. Найбільш близьким технічним рішенням до трифазної електричної мережі, що заявляється, і прийнятим за прототип є трифазна електрична мережа, яка наведена в [3]. Зазначена мережа містить джерело трифазних напруг, наприклад трифазний трансформатор, виводи якого оснащено затискачами лінійних фаз, "n"-секцій трифазного навантаження, яке споряджено затискачами лінійних та нейтральної фаз, "n"-секцій фільтра струмів нульової послідовності, обладнаних затискачами лінійних та нейтральної фаз, а також "n"-секцій трифазної лінії електропередачі з опорами лінійних фаз. Вхідні виводи першої секції лінії електропередачі підключено до затискачів лінійних фаз джерела трифазних напруг, а вихідні - приєднано до затискачів лінійних фаз відповідних секцій трифазного навантаження та до затискачів лінійних фаз секцій фільтра струмів нульової послідовності. Затискачі нейтральної фази кожної секції 1 UA 117704 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 фільтра струмів нульової послідовності підключено до виводів нейтральних фаз відповідних секцій трифазного навантаження. Принциповим недоліком зазначеної мережі є відхилення напруги від номінальних значень на затискачах споживачів, віддалених від джерела живлення, що суттєво погіршують їх нормальні режими роботи. У зв'язку з наведеними недоліками прототипу технічною задачею корисної моделі є підвищення напруги до номінального рівня на затискачах споживачів в вузлах навантажень, та зменшення втрат напруги в лінії мережі за рахунок використання секцій фільтра струмів нульової послідовності, які виконано по схемі з електромагнітними зв'язками "зустрічний зигзаг" та споряджено вольтододатковими обмотками. Поставлена задача вирішується тим, що в трифазній електричній мережі, що містить джерело трифазних напруг, яке виконано без нейтральної фази, а виводи оснащено затискачами лінійних фаз, "n"-секцій фільтра струмів нульової послідовності, обладнаних затискачами лінійних та нейтральної фаз, "n"-секцій трифазного навантаження, які споряджено затискачами лінійних та нейтральної фаз, а також "n"-секцій трифазної лінії електропередачі з опорами лінійних фаз, вхідні виводи першої секції якої підключено до затискачів лінійних фаз джерела трифазної напруги, а вихідні виводи лінійних фаз кожної секції лінії електропередачі приєднано до затискачів лінійних фаз відповідних секцій фільтра струмів нульової послідовності, затискачі нейтральних фаз яких підключено до затискачів нейтральних фаз відповідних секцій трифазного навантаження, кожну секцію фільтра струмів нульової послідовності виконано по схемі з електромагнітними зв'язками "зустрічний зигзаг", яку споряджено вольтододатковими обмотками, які включено між затискачами лінійних фаз секцій фільтра струмів нульової послідовності та відповідними затискачами лінійних фаз секцій трифазного навантаження. Порівняльний аналіз відомих технічних рішень показує, що запропонована трифазна електрична мережа відрізняється від існуючих номінальними значеннями напруги на затискачах споживачів електроенергії в вузлах навантажень на протязі всієї лінії електропередачі, оскільки кожну секцію фільтра струмів нульової послідовності виконано на основі схеми з електромагнітними зв'язками "зустрічний зигзаг", яку споряджено вольтододатковими обмотками. Слід зазначити, що рівень підвищення напруги на затискачах споживачів визначається коефіцієнтом трансформації напруги між основними та вольтододатковими обмотками. При цьому, якщо зазначені коефіцієнти трансформації різних секцій фільтрів нульової послідовності встановити різними і залежними від величини напруги мережі в конкретному місці мережі, то можна досягти номінального рівня напруги на затискачах споживачів на протязі всієї лінії електропередачі. У випадку виконання зазначених секцій фільтра з однаковими коефіцієнтами трансформації треба вибирати їх значення таким чином, щоб відхилення рівня напруги мережі знаходилися в діапазоні значень, які нормовані державними стандартами якості електричної енергії. На відміну від прототипу технічним результатом застосування корисної моделі є можливість створення в межах існуючих розподільних мереж загального призначення локальних секціонованих трифазних ділянок мережі з малими відхиленнями напруги на затискачах споживачів вздовж лінії електропередачі та високою якістю електричної енергії. На основі наведеного вище можна зробити висновок, що сукупність суттєвих ознак, викладених у формулі корисної моделі, є необхідною і достатньою для досягнення нового технічного результату: підвищення напруги на затискачах споживачів в вузлах навантажень до номінальних значень, що призводить до зменшення втрат напруги вздовж лінії електропередачі мережі та покращує режими роботи споживачів електричної енергії. Суть корисної моделі пояснюється рисунками, де на Фіг. 1 наведено принципову схему корисної моделі трифазної електричної мережі; на Фіг. 2 - графік розподілу напруги вздовж лінії трифазної електричної мережі без фільтрів струмів нульової послідовності з вольтододатковими обмотками (пунктирна крива 1) та графік напруги на затискачах споживачів (крива 2) для трифазної мережі, що заявляється. До складу трифазної електричної мережі (Фіг. 1) входять: джерело трифазних напруги, наприклад трифазний розподільний трансформатор, оснащений затискачами лінійних фаз А, В, С; секції лінії електропередачі, кожна з яких складається з провідників лінійних фаз 2, 3, 4 з відповідними комплексними опорами 5 ZлА, ZлB, ZлC, перша секція якої підключена до затискачів лінійних фаз А, В, С джерела живлення 1; "n" секцій фільтра струмів нульової послідовності 6 16n, кожну з яких виконано по схемі з електромагнітними зв'язками "зустрічний зигзаг" і оснащено затискачами вхідних лінійних фаз A1-An, B1-Bn, C1-Cn та нейтральної фази N1-Nn, a затискачі вхідних лінійних фаз підключено до відповідних провідників лінійних фаз 2, 3, 4 лінії 2 UA 117704 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 електропередачі; "n" секцій трифазного навантаження 71-7n, навантаження, кожну секцію якого з'єднано по схемі "зірка" і споряджено затискачами лінійних А 1н-Аnн, В1н-Вnн, С1н-Сnн та нейтральної фаз N1н-Nnн; вольтододаткові обмотки 81-8n, які включено між відповідними затискачами вхідних лінійних фаз A1-An, B1-Bn, C1-Cn секцій фільтра струмів нульової послідовності та затискачами лінійних фаз А1н-Аnн, В1н-Вnн, С1н-Сnн секцій трифазного навантаження; затискачі нейтральних фаз N1-Nn секцій фільтра струмів нульової послідовності з'єднано із затискачами нейтральних фаз N1н-Nnн секцій трифазного навантаження. Робота трифазної мережі полягає в тому, що енергія трифазного струму від джерела трифазної напруги 1 за допомогою провідників лінійних фаз 2, 3, 4 з відповідними комплексними опорами ZлА, ZлB, ZлC лінії електропередачі 5 подається до секцій фільтра струмів нульової послідовності 6. При цьому, завдяки наявності опорів провідників лінійних фаз, виникають неминучі втрати напруги вздовж лінії електропередачі, що призводять до відхилень напруги від номінальних значень (Фіг. 2, крива 1), величина яких по мірі віддаленості від джерела живлення зростає. На затискачах лінійних фаз A1-An, B1-Bn, C1-Cn секцій фільтра струмів нульової послідовності 61-6n маємо понижені значення величини напруги. Враховуючи те, що зазначені секції фільтра виконано на основі трифазного автотрансформатора, основні обмотки якого з'єднано по схемі "зустрічний зигзаг", і споряджено додатковими обмотками, що включені в перетинки фазних провідників живлення секцій трифазних навантажень 7 1-7n, на затискачах вольтододаткових обмоток створюється додаткова напруга, яка підсумовується з основною фазною напругою мережі. Таким чином, рівень напруги на затискачах лінійних фаз секцій трифазних навантажень А1н-Аnн, В1н-Вnн, С1н-Сnн підвищується на величину, яка визначається коефіцієнтом трансформації між основними та вольтододатковими обмотками секцій фільтра струмів нульової послідовності. Для випадку, коли зазначені вище коефіцієнти трансформації кожної секції мають різні значення, розподіл напруги вздовж лінії електропередачі має вигляд, показаний на Фіг. 2 (крива 2). При цьому в вузлах навантажень, де розміщено секції фільтра струмів нульової послідовності з вольтододатковими обмотками, напруга назатискачах споживачів зростає до номінального значення. Це суттєво покращує умови та режими роботи споживачів електричної енергії. Крім того, використання зазначеної схеми фільтра, що має малий опір струмам нульової послідовності (частки Ом), призводить до суттєвого зменшення (в декілька разів) величини напруги нульової послідовності в місці приєднання локальної мережі до основної магістралі. Це еквівалентно створенню низки (по числу секцій фільтра струмів нульової послідовності) штучних нейтральних точок в мережі, які гарантовано знаходяться в геометричному центрі трикутника лінійних напруг, що забезпечує високу стабільність та симетрію фазної напруги трифазної мережі, а також призводить до суттєвого вирівнювання величини струмів в лінійних провідниках і, як наслідок, до зменшення втрат електричної енергії в основній мережі. Джерела інформації: 1. Цвях В.М., Бабкін С.Н., Бебко В.Г., Сулим М.С. Електричні станції, підстанції, лінії і мережі - К., "Урожай", 1976. - 432с. 2. А.С. 1636963 СССР, МПК (1992) Н02М5/257. Трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное / К.А. Липковский, А.Н. Михайлов, В.А. Новский, Е.Н. Сагатенко, Д.В. Холмский. - 4483002/07;Заявл. 16.09.1988; Опубл.23.03.1991, Бюл.№ 11. 3. Патент України UA 86775U, МПК (2013,01), H03J 3/00. Трифазна електрична мережа/ Шидловський А.К., Жаркін А.Ф., Капличний Н.М., Новський В.О., Козлов О.В.; Заявник та патентоутримувач - Інститут електродинаміки HAH України (UA); Заявл. 11.07.2013. Опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Трифазна електрична мережа, що містить джерело трифазних напруг, яке виконано без нейтральної фази, а виводи оснащено затискачами лінійних фаз, "n"-секцій фільтра струмів нульової послідовності, обладнаних затискачами лінійних та нейтральної фаз, "n"-секцій трифазного навантаження, які споряджено затискачами лінійних та нейтральної фаз, а також "n"-секцій трифазної лінії електропередачі з опорами лінійних фаз, вхідні виводи першої секції якої підключено до затискачів лінійних фаз джерела трифазних напруг, а вихідні виводи лінійних фаз кожної секції лінії електропередачі приєднано до затискачів лінійних фаз відповідних секцій фільтра струмів нульової послідовності, затискачі нейтральних фаз яких підключено до затискачів нейтральних фаз відповідних секцій трифазного навантаження, яка відрізняється тим, що кожну секцію фільтра струмів нульової послідовності виконано по схемі з електромагнітними зв'язками "зустрічний зигзаг", яку споряджено вольтододатковими 3 UA 117704 U обмотками, які включено між затискачами лінійних фаз секцій фільтра струмів нульової послідовності та відповідними затискачами лінійних фаз секцій трифазного навантаження. 4 UA 117704 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5