Фільтр струмів нульової послідовності основної та вищих гармонік

1. Фільтр струмів нульової послідовності основної та вищих гармонік, який містить затискачі трьох лінійних та нульової фаз та два однофазні автотрансформатори, ввімкнені між собою за схемою Скотта, кожний автотрансформатор містить магнітопровід, а також першу та другу обмотки, розташовані на осерді магнітопроводу, кожна обмотка устаткована виводами, перша та друга обмотки першого автотрансформатора мають однакові кількості витків, кінцевий вивід першої обмотки першого автотрансформатора приєднаний до початкового виводу другої обмотки першого автотрансформатора та до початкового виводу першої обмотки другого автотрансформатора, початковий вивід першої обмотки першого автотрансформатора приєднаний до першого затискача лінійної фази, кінцевий вивід другої обмотки першого автотрансформатора приєднаний до другого затискача лінійної фази, кількості витків першої та другої обмоток у другому автотрансформаторі відноситься як 1:2, кінцевий вивід першої обмотки другого автотрансформатора приєднаний до початкового виводу другої обмотки другого автотрансформатора та до затискача нульової фази, а кінцевий вивід другої обмотки другого автотрансформатора приєднаний до третього затискача лінійної фази, який відрізняється тим, що до першого автотран 2 (19) 1 3 93809 4 ся тим, що у двох автотрансформаторах перша і друга обмотки мають приблизно однакову ширину намотки, а також перша додаткова і друга додаткова обмотки мають приблизно однакову ширину намотки. 4. Фільтр струмів нульової послідовності основної та вищих гармонік за пп. 1-3, який відрізняється тим, що у двох автотрансформаторах перша та друга обмотки та/або перша та друга додаткові обмотки виконані проводом, ширина перерізу якого від 2 до 10000 разів більша від товщини перерізу проводу. 5. Фільтр струмів нульової послідовності основної та вищих гармонік за пп. 1-4, який відрізняється тим, що у двох автотрансформаторах провід обмоток виготовлений із мідної або алюмінієвої фольги. 6. Фільтр струмів нульової послідовності основної та вищих гармонік за пп. 1-5, який відрізняється тим, що у двох автотрансформаторах витки пер шої та другої обмоток, які розташовані поблизу їх точки з'єднання першої та другої обмоток, дотикаються до витків першої додаткової та другої додаткової обмоток, які розташовані поблизу точки з'єднання цих додаткових обмоток. 7. Фільтр струмів нульової послідовності основної та вищих гармонік за пп. 1-6, який відрізняється тим, що до двох автотрансформаторів додані додаткові перші та другі котушки у рівній кількості, всі однойменні виводи перших котушок ввімкнені між собою паралельно, всі однойменні виводи других котушок ввімкнені між собою паралельно, при цьому всі котушки виконані переміжними, тобто кожна перша котушка оточена двома другими котушками і, навпаки, кожна друга котушка оточена двома першими котушками за винятком крайових випадків, а переміжні обмотки розташовані вздовж стрижня або всього осердя магнітопроводу. Фільтр призначений для використання в електричних трифазних розподільчих мережах з метою підвищення якості електричної енергії, перемикання ліній електропередачі та регулювання напруг мережі, відводу майже (квазі) постійних струмів, викликаних геомагнітною бурею, тощо. Фільтр подавляє струми нульової послідовності всіх гармонік. Крім того, фільтр подавляє також постійну складову струму у трифазних мережах. Відомий фільтр струмів нульової послідовності [1-4], який виконано на основі автотрансформатора, обмотки якого ввімкнені у зиґзаґ. Такий фільтр використовується здебільшого для параметричного зменшення несиметрії струмів основної та вищих гармонік трифазної мережі. Властивості фільтру ґрунтуються на малому опорі нульової послідовності. Недоліком цього фільтру є необхідність намотки обмоток у два, чотири або шість проводів одночасно, що ставить підвищені вимоги до виткової ізоляції особливо при високовольтному виконанні. Відомий фільтр струмів нульової послідовності [5], у якого шляхом перемикання частини обмоток зиґзаґу досягається регулювання опору нульової послідовності. Недолік фільтру: підвищена на 1015% встановлена потужність обмоток. Відомий фільтр струмів нульової послідовності [6], у якого збільшена у 1,5 рази кількість послідовно ввімкнених обмоток зиґзаґу. Недолік фільтру: підвищення кількості виводів, збільшення габаритів. Відомий фільтр струмів нульової послідовності [7], який має пофазно умовно несиметричну схему ввімкнення обмоток зиґзаґу. У фільтрі удвічізнижена напруга міжвиткової ізоляції обмоток середнього стрижня, чим підвищена надійність роботи обмоток середнього стрижня, умови охолодження яких гірші порівняно до обмоток, розміщених на крайніх стрижнях. Недолік фільтру: при високовольтному виконанні обмоток зростають магнітні поля розсіювання, обумовлені зростанням товщини ізоляції між обмотками. Відомий фільтр струмів нульової послідовності [8-11], який складається із обмоток зиґзаґу та автотрансформатора, через що у 1,5-2 рази збільшена кількість обмоток. Фільтр подавляє струми нульової послідовності гармонік кратних трьом, а також взаємно компенсує струми гармонік, порядковий номер k яких визначається з виразу k=6m±1. Такі фільтри мають у 2-5 раз краще затухання гармонік струмів у широкому діапазоні частот. Недолік фільтру: значні поля розсіювання при підвищенні напруги мережі до 3кВ до 500 кВ. Відомий фільтр струмів нульової послідовності [12-16], у якого схема зиґзаґу замінена на схему зірки з відкритим трикутником. Недолік фільтру: підвищена на 70-80% встановлена потужність і значні магнітні потоки розсіювання, що погіршує зовнішню вольт-амперну характеристику фільтру. Відомий фільтр струмів нульової послідовності основної та вищих гармонік (прототип) [17, 18], який містить затискачі трьох лінійних та нульової фаз та два однофазні автотрансформатори, ввімкнені між собою за схемою Скота, кожний автотрансформатор містить магнітопровід, а також першу та другу обмотки, розташовані на осерді магнітопроводу, кожна обмотка устаткована виводами, перша та друга обмотки першого автотрансформатора мають однакові кількості витків, кінцевий вивід першої обмотки першого автотрансформатора приєднаний до початкового виводу другої обмотки першого автотрансформатора та до початкового виводу першої обмотки другого автотрансформатора, початковий вивід першої обмотки першого автотрансформатора приєднаний до першого затискача лінійної фази, кінцевий вивід другої обмотки першого автотрансформатора приєднаний до другого затискача лінійної фази, кількості витків першої та другої обмоток у другому автотрансформаторі відноситься як 1:2, кінцевий 5 вивід першої обмотки другого автотрансформатора приєднаний до початкового виводу другої обмотки другого автотрансформатора та до затискача нульової фази, а кінцевий вивід другої обмотки другого автотрансформатора приєднаний до третього затискача лінійної фази, Недолік прототипу: значні магнітні поля розсіювання, які збільшують падіння напруги на індуктивній складовій опору нульової послідовності, в результаті чого погіршується зовнішня вольтамперна характеристика фільтру. У зв'язку із вказаним недоліком була поставлена задача - компенсувати магнітні поля розсіювання без збільшення встановленої потужності фільтру при використанні його у високовольтній мережі. Поставлена задача вирішена шляхом внесення додаткових обмоток автотрансформаторів і такого розташування додаткових обмоток, при якому має місце взаємна компенсація в осьовому та радіальному напрямку магнітних полів розсіювання поблизу обмоток, а саме тим, що: у фільтрі струмів нульової послідовності основної та вищих гармонік, який містить затискачі трьох лінійних та нульової фаз та два однофазні автотрансформатори, ввімкнені між собою за схемою Скота, кожний автотрансформатор містить магнітопровід, а також першу та другу обмотки, розташовані на осерді магнітопроводу, кожна обмотка устаткована виводами, перша та друга обмотки першого автотрансформатора мають однакові кількості витків, кінцевий вивід першої обмотки першого автотрансформатора приєднаний до початкового виводу другої обмотки першого автотрансформатора та до початкового виводу першої обмотки другого автотрансформатора, початковий вивід першої обмотки першого автотрансформатора приєднаний до першого затискача лінійної фази, кінцевий вивід другої обмотки першого автотрансформатора приєднаний до другого затискача лінійної фази, кількості витків першої та другої обмоток у другому автотрансформаторі відноситься як 1:2, кінцевий вивід першої обмотки другого автотрансформатора приєднаний до початкового виводу другої обмотки другого автотрансформатора та до затискача нульової фази, а кінцевий вивід другої обмотки другого автотрансформатора приєднаний до третього затискача лінійної фази, до першого автотрансформатора додано першу додаткову та другу додаткову обмотки, кількості витків першої додаткової та другої додаткової обмоток першого автотрансформатора дорівнюють кількостям витків першої та другої обмоток першого автотрансформатора відповідно, до другого автотрансформатора додано першу додаткову та другу додаткову обмотки, кількості витків першої додаткової та другої додаткової обмоток другого автотрансформатора дорівнюють кількостям витків першої та другої обмоток другого автотрансформатора відповідно, у першому та другому автотрансформаторі перша обмотка розміщена ближче до осердя магнітопроводу, друга обмотка розміщена далі від осердя магнітопроводу так, що охоплює першу обмотку, напрямки намотки першої та другої обмо 93809 6 ток співпадають, при цьому перша та друга обмотки утворюють першу котушку, у першому та другому автотрансформаторі друга додаткова обмотка розміщена ближче до осердя магнітопроводу, перша додаткова обмотка розміщена далі від осердя магнітопроводу і охоплює другу додаткову обмотку, напрямки намотки першої додаткової та другої додаткової обмоток співпадають і протилежні до напрямків намотки першої та другої обмоток, при цьому перша додаткова та друга додаткова обмотки утворюють другу котушку, у першому та другому автотрансформаторі перша та друга котушки зближені між собою на відстань, обмежену знизу пробивною напругою між витками першої та другої котушок, у першому та другому автотрансформаторі перша обмотка та перша додаткова обмотка ввімкнені між собою паралельно, аналогічно друга обмотка та друга додаткова обмотка ввімкнені між собою паралельно. Перший та другий автотрансформатори виконані на крайніх стрижнях тристрижневого магнітопроводу, причому площа поперечного перерізу середнього стрижня більша від площі поперечного перерізу крайнього стрижня у корінь з двох (21/2) разів. У двох автотрансформаторах перша і друга обмотки мають приблизно однакову ширину намотки, а також перша додаткова і друга додаткова обмотки мають приблизно однакову ширину намотки. У двох автотрансформаторах перша та друга обмотки та/або перша та друга додаткові обмотки виконані проводом, ширина перерізу якого від 2 до 10000 разів більша від товщини перерізу проводу. У двох автотрансформаторах провід обмоток виготовлений із мідної або алюмінієвої фольги. У двох автотрансформаторах витки першої та другої обмоток, які розташовані поблизу їх точки з'єднання першої та другої обмоток, дотикаються до витків першої додаткової та другої додаткової обмоток, які розташовані поблизу точки з'єднання цих додаткових обмоток. До двох автотрансформаторів додані додаткові перші та другі котушки у рівній кількості, всі однойменні виводи перших котушок ввімкнені між собою паралельно, всі однойменні виводи других котушок ввімкнені між собою паралельно, при цьому всі котушки виконані переміжними, тобто кожна перша котушка оточена двома другими котушками і, навпаки, кожна друга котушка оточена двома першими котушками за винятком крайових випадків, а переміжні обмотки розташовані вздовж стрижня або всього осердя магнітопроводу. Для пояснення суті винаходу подані креслення на Фіг.1 - Фіг.4 На Фіг.1 подана принципова схема фільтру струмів нульової послідовності. На Фіг.2 показане розташування обмоток фільтру на стрижнях тристрижневого магнітопроводу при суміщенні магнітопроводів першого та другого автотрансформатора. На Фіг.3 представлене топографічне зображення обмоток фільтру і струмів в них. 7 На Фіг.4 показане розміщення переміжних обмоток фільтру на стрижнях тристрижневого магнітопроводу. На Фіг.1 позначені 2 та 5 - перша та друга обмотки першого автотрансформатора, які містяться у першій котушці першого автотрансформатора, 11 та 8 - перша додаткова та друга додаткова обмотки першого автотрансформатора, які містяться у другій котушці першого автотрансформатора; 1 та 3 і 4 та 6 - початковий та кінцевий виводи першої та другої обмоток відповідно першого автотрансформатора; 12 та 10 і 9 та 7 - початковий та кінцевий виводи першої додаткової 11 та другої додаткової 8 обмоток відповідно першого автотрансформатора; 17 та 14 перша та друга обмотки другого автотрансформатора відповідно; 20 та 23 перша додаткова та друга додаткова обмотки відповідно другого автотрансформатора; 18 та 16 і 15 та 13 початковий та кінцевий вивід першої 17 та другої 14 обмоток відповідно другого автотрансформатора; 19 та 21 і 22 та 24 - початковий та кінцевий виводи першої додаткової 20 та другої додаткової 23 обмоток відповідно другого автотрансформатора; А, В, С та 0 - затискачі лінійних та нульової фаз фільтру; D - вузол (точка) з'єднання проміжного виводу обмоток першого автотрансформатора з крайнім виводом обмоток другого автотрансформатора; * - початковий вивід обмотки. На Фіг.2 позначені: 27 - крайній стрижень тристрижневого магнітопроводу; 30 - середній стрижень магнітопроводу; 28 та 35 - перша та друга обмотки першого автотрансформатора; 29 та 36 друга додаткова та перша додаткова обмотки відповідно першого автотрансформатора; 31 - підвузол вузла D; 38 та 33 - перша та друга обмотки другого автотрансформатора; 34 та 32 - друга та перша додаткові обмотки другого автотрансформатора; 37 - проміжний вивід обмоток другого автотрансформатора; решта позначень співпадає з позначеннями Фіг.1. На Фіг.3 позначено: IN - струм нульової фази; І0 - струм у лінійних фазах фільтру; решта позначень співпадає з позначеннями Фіг.1. На Фіг.4 позначено: 41 та 42 - крайній та середній стрижні магнітопроводу; 40 та 43 - перша та друга обмотки першої котушки першого автотрансформатора; 44 та 45 - перша додаткова та друга додаткова обмотки відповідно другої котушки; 54 та 55 - перша та друга обмотки першої котушки другого автотрансформатора; 56 та 57 - перша додаткова та друга додаткова обмотки другої котушки другого автотрансформатора. 46-49 - пари проміжних котушок першого автотрансформатора; 50-53 пари проміжних котушок другого автотрансформатора. Склад і будова фільтру. До фільтру входять: затискачі лінійних А, В, С та нульової 0 фаз та два автотрансформатори (Фіг.1). Перший із автотрансформаторів має магнітопровід 25, а магнітопровід другого автотрансформатора позначений значком 26. Обмотки автотрансформаторів ввімкнені за схемою автотрансформатора Скота [1,2]. 93809 8 Перша відмінність заявленого фільтру від автотрансформатора Скота полягає у тому, що до нього додані додаткові обмотки, які по кількості обмоток і по кількості витків в них однакові з витками та обмотками автотрансформатора Скота. Кожна одна додаткова обмотка приєднана паралельно по одній до одної обмотки автотрансформатора Скота. Так, у першому автотрансформаторі перша додаткова обмотка 11 приєднана паралельно до першої обмотки 2, а друга додаткова обмотка 8 приєднана паралельно до другої обмотки 5. У другому автотрансформаторі перша додаткова обмотка 20 приєднана паралельно до першої обмотки 17, а друга додаткова обмотка 23 приєднана паралельно до другої обмотки 14. У кожному автотрансформаторі перша та друга обмотки є складовими першої котушки, а друга додаткова обмотка та перша додаткова обмотка є складовими другої котушки. Друга відмінність заявленого фільтру струмів нульової послідовності полягає у оригінальному виконанні намотки першої та другої котушок фільтру. В обох автотрансформаторах котушки різняться напрямком та порядком намотки першої та другої обмоток, а також першої додаткової та другої додаткової обмоток. У першій котушці має місце прямий порядок намотки (Фіг.1), наприклад, за годинниковою стрілкою, а у другій котушці має місце зворотний порядок намотки, наприклад, проти годинникової стрілки. Перша обмотка у першій котушці розташовується ближче до стрижня (осердя) магнітопроводу, а друга обмотка у цій котушці розміщується над першою в радіальному напрямку до осі котушки. Тому намотка першої котушки 2 починається з виводу 1 і закінчується виводом 3. Аналогічно котушка 5 починається з намотки виводу 4 і закінчується виводом 6. На Фіг.1 значок * означає початковий вивід обмотки у класичному розумінні цього поняття. Друга додаткова обмотка 8 у другій котушці розташовується ближче до стрижня (осердя) магнітопроводу, а перша додаткова обмотка 11 у другій котушці розміщується над другою в радіальному напрямку до осі котушки. Намотка другої котушки починається з виводу 7 обмотки 8. Через те, що напрямок намотки другої котушки протилежний до намотки першої котушки, наприклад, проти годинникової стрілки, то за кінцевий вивід слід приймати вивід 7, незважаючи на те, що з виводу 7 починається намотка обмотки 8. З цієї причини кінцю намотки 9 обмотки 8 надано назву «початкового виводу» і його позначено зірочкою. Аналогічно, початку 10 намотки обмотки 11 приписана назва «кінцевий вивід», а кінець 12 намотки обмотки 11 названий «початковим виводом». Такі неспівпадіння понять «початковий вивід» та «початок намотки» має місце і при позначенні початкових та кінцевих виводів обмоток 14 та 17 першої котушки другого автотрансформатора з магнітопроводом 26. Перша та друга обмотки першого автотрансформатора мають однакові кількості витків. Кількості витків першої та другої обмоток другого автотрансформатора відносяться між собою як 1:2. 9 Перша обмотка 2 першої котушки першого автотрансформатора наближена до другої додаткової обмотки 8 другої котушки, а друга обмотка 5 першої котушки наближена до першої додаткової обмотки 11 другої котушки. Аналогічно цьому, перша обмотка 17 першої котушки другого автотрансформатора наближена до другої додаткової обмотки 23 другої котушки, а друга обмотка 14 першої котушки наближена до першої додаткової обмотки 20 другої котушки. Кінцевий вивід 3 першої обмотки 2 першого автотрансформатора приєднаний до початкового виводу 4 другої обмотки 5 першого автотрансформатора та до початкового виводу 18 першої обмотки другого автотрансформатора. Початковий вивід 1 першої обмотки 2 першого автотрансформатора приєднаний до першого затискача В лінійної фази. Кінцевий вивід 6 другої обмотки 5 першого автотрансформатора приєднаний до другого затискача С лінійної фази. Кількості витків першої 17 та другої 14 обмоток у другому автотрансформаторі відносяться як 1:2. Кінцевий вивід 16 першої обмотки 17 другого автотрансформатора приєднаний до початкового виводу 15 другої обмотки 14 другого автотрансформатора та до затискача 0 нульової фази, а кінцевий вивід 13 другої обмотки 14 другого автотрансформатора приєднаний до третього затискача А лінійної фази. У варіанті виконання фільтру магнітопроводи однофазних автотрансформаторів суміщені так, що обмотки однофазних автотрансформаторів розміщені на крайніх стрижнях тристрижневого магнітопроводу (Фіг.2). У цьому варіанті середній стрижень 30 магнітопроводу є спільним для першого та другого автотрансформатора. Площа поперечного перерізу середнього стрижня у корінь з двох ((2)1/2) раз більший площі поперечного перерізу крайнього стрижня 27. Перша обмотка 28 першої котушки першого автотрансформатора наближена до другої додаткової обмотки 29 другої котушки, а друга обмотка 35 першої котушки наближена до першої додаткової обмотки 36 другої котушки першого автотрансформатора. Аналогічно цьому, перша обмотка 38 першої котушки другого автотрансформатора наближена до другої додаткової обмотки 34 другої котушки, а друга обмотка 33 першої котушки наближена до першої додаткової обмотки 32 другої котушки другого автотрансформатора. У кожному автотрансформаторі додаткова обмотка приєднана паралельно до обмотки автотрансформатора Скота. Так, перша додаткова обмотка 36 приєднана паралельно до першої обмотки 28. Підвузол 31 з'єднаний з вузлом D. Схема з'єднання паралельних обмоток фільтру показана на Фіг.3. Кожна додаткова обмотка приєднана по одній до однієї обмотки автотрансформатора Скота. Оскільки ступінь взаємної компенсації магнітних потоків розсіювання зворотно пропорційна ширині котушок, то, по перше, перша та друга котушки мають однакову ширину намотки, а, по друге, ширина намотки обмоток у котушках зменшена. Для збереження розрахункової загальної ширини намотки кількість перших та других (пар) котушок збільшена від двох до 30 раз (Фіг.4). Це дозволяє 93809 10 виконувати автотрансформатори із заданою компенсацією магнітного потоку розсіювання. Фільтр виконано на тристрижневому магнітопроводі, у якого ширина середнього 42 стрижня у корінь з двох разів більша ширини крайнього стрижня 41. Котушки першого автотрансформатора розміщені на крайньому стрижні 41. Перша 40 та друга 43 обмотки розміщені у першій котушці. Друга додаткова 45 та перша 44 додаткові обмотки розміщені у другій котушці. Обмотки 40, 43, 44, 45 утворюють першу пару котушок 46. Друга, третя та четверта (додані) пари перших та других котушок позначені значками 47, 48 та 49 відповідно. Пари перших та других котушок другого автотрансформатора позначені значками 50-53. Перша пара 50 перших та других котушок другого автотрансформатора утворена першою котушкою з обмотками 54 та 55 і другою котушкою з обмотками 57 та 56. У відомих низьковольтних фільтрах струму нульової послідовності, наприклад, виконаних за схемою зиґзаґ, використовується намотка котушки двома, чотирма або шістьма і більше проводами одночасно. При цьому напруга виткової ізоляції в котушках досягає номінальної напруги. Площа виткової ізоляції у цьому випадку у сотні та тисячі разів перевищує площу ізоляції звичайних трансформаторів, що при високовольтному виконанні недопустимо. У заявленому високовольтному фільтрі струму нульової послідовності виткова ізоляція виконана з розрахунку 1-50 вольт на виток, що знижує вимоги щодо ізоляції провідників обмоток у сотні і тисячі разів. Робота фільтру. Затискачі А, В, С, 0 фільтру струмів основної та вищих гармонік з'єднують з лінійними та нульовою фазою трифазної чотирипровідної мережі або пристрою. У затискачі 0 нульової фази фільтру виникає струм IN (Фіг.3), а в затискачах А, В, та С протікають струми нульової послідовності І0. Між струмом нульової фази та лінійних фаз фільтру існує залежність IN =3*І0. (1) Робота фільтру ґрунтується на його малому опорі нульової послідовності. У відомих фільтрах при напругах 110-660 вольт та потужностях фільтру 10-1000 кВА опір нульової послідовності приблизно складає 0,1-0,001 Ом і менше. Причому цей опір має приблизно резистивний характер через компенсацію магнітних полів розсіювання. Струм у лінійних затискачах фільтру утричі менший струму затискача нульової фази. При малому опорі нульової послідовності фільтр має корисну властивість: перехоплювати на себе струми нульової послідовності мережі. Тут йдеться не лише про струми нульової послідовності основної гармоніки, а й про струми вищих гармоніки, частота яких у 2-100 разів і більше перевищує основну частоту мережі. Частотний діапазон придатності фільтру залежить від ступеню компенсації магнітних полів розсіювання. Конструкції і схеми виконання низьковольтних фільтрів непридатні для використання у високовольтних фільтрах появу великої складової реактивної складової опору нульової послідовності. 11 У заявленому фільтрі магнітні потоки розсіювання, утворені струмами в обмотках 2 та 5, повністю компенсовані лише поблизу точки з'єднання обмоток 2 та 5. Подібне розсіювання магнітного потоку створене струмами у додаткових обмотках 8 та 11 (Фіг.1). При сумісній дії зближених першої та другої котушок відбувається значно повніша компенсація у радіальному і осьовому напрямку. Ця компенсація є наслідком зближення першої 2 та другої додаткової 8, а також другої 5 обмотки та першої додаткової 11 обмотки. Розглянемо компенсацію магнітних потоків детально. У другому автотрансформаторі фільтру (Фіг.1) струм IN протікає від затискача 0 до всіх обмоток і далі прямує до затискачів В та С через перший автотрансформатор. Половина (IN/2) струму IN прямує до обмоток 14 та 17 першої котушки другого автотрансформатора, а інша половина прямує до обмоток 20 та 23 другої котушки другого автотрансформатора. Струми І14 та h7 в обмотках 14 та 17 першої котушки визначаються з виразів: І14 = (IN*W17/2)/(W14+W17), (2) І17 = (IN*W14/2)/(W14+W17), (3) Аналогічно розподіляються струми І20 та І23 У першій 20 та другій 23 додаткових обмотках другої котушки другого автотрансформатора. І20 = (IN*W23/2)/(W20+W23), (4) І23 = (IN*W20/2)/(W20+W23). (5) В обмотці 17 ампер-витки I17*W17 рівні: І17*W17 = (IN*W14*W17/2)/(W14+W17). (6) В обмотці 14 ампер-витки A14*W14 рівні: І14*W17 = (IN*W14* W17/2)/(W14+W17). (7) З огляду на (6) та (7) намагнічуючі ампер-витки обмотки 17 та обмотки 14 рівні за величиною і протилежні за напрямком, оскільки струм в обмотках 14 та 17 прямує із затискача 0 і розгалужується в обмотках 14 та 17. В обмотці 20 ампер-витки I20*W20 рівні: I20*W20 = (IN*W23*W20/2)/(W20+W23). (8) В обмотці 23 ампер-витки І23*W23 рівні: I23*W23 = (IN*W20*W23/2)/(W20+W23). (9) З огляду на (8) та (9) намагнічуючі ампер-витки обмотки 20 та обмотки 23 теж рівні по величині і протилежні за напрямком, оскільки струм в обмотки 20 та 23 прямує із затискача 0 і розгалужується в обмотках 20 та 23. В результаті у другому автотрансформаторі теж має місце взаємна компенсація магнітних полів розсіювання як у першій котушці, так і у другій котушках, взятих окремо. Через це є підстава стверджувати, що у автотрансформаторах фільтру має місце у десятки разів розмагнічування у радіальному напрямку розташування обмоток. Крім цього, магнітні поля розсіювання компенсуються у зближених обмотках, наприклад, у першій котушці 17 та у другій додатковій котушці 23. Оскільки кількість витків додаткової обмотки дорівнює кількості витків обмотки автотрансформатора Скота, то має місце рівність: W14 = W23; (10) W17 = W20. (11) Підстановка (10) та (11) в (6) та (9) дає можливість довести , що намагнічуючі ампер-витки першої обмотки 17 дорівнюють розмагнічуючим ампер-виткам другої додаткової обмотки 23. В 93809 12 обмотці 17 струм протікає від виводу 16 до виводу 18. В обмотці 23 струм протікає від виводу 22 до виводу 24. А розмагнічування має місце через те, що обмотка 17 має прямий напрямок намотки, а обмотка 23 має зворотний напрямок намотки. Останнє є підставою для стверджування того, що у автотрансформаторах фільтру має місце розмагнічування і в осьовому напрямку розташування обмоток. Поза стрижнем магнітопроводу у області розташування обмоток мають місце недокомпенсації та перекомпенсації магнітних полів, тому частина магнітних полів залишається недокомпенсованою. За даним винаходом кількість перших та других котушок може бути збільшена у 2-30 разів (Фіг.4). Для цього у стільки ж разів приблизно зменшена ширина котушок. При подрібненні котушок по ширині відбувається додаткова компенсація магнітних полів розсіювання. При подрібненні котушок по ширині і їх чергуванні вздовж осі намотки такі котушки називають переміжними. Застосування переміжних котушок дозволяє зменшити відстань між центрами перерізів обмоток, в результаті чого подавляються магнітні поля розсіювання. При конструкції переміжних котушок, показаній на Фіг.4, кількість перших та других котушок збільшена у чотири рази в обох автотрансформаторах. Переміжні котушки можуть дотикатися одна до одної. При цьому форма перерізу обмоток близька до трапецеїдальної. В обмотках поблизу точок дотику ліній основ трапецій має місце ідеальна компенсація магнітних полів розсіювання. У іншому варіанті переріз обмотки має форму прямокутника. В обох випадках застосування переміжних котушок є виправданим і пов'язане зі збільшенням області простору в обмотках і навколо їх, яка має більш повну компенсацію магнітного потоку розсіювання. У варіанті виконання фільтру, показаному на Фіг.4, обмотки виконуються циліндричними та коаксіальними. Кожна обмотка створює навколо себе магнітний потік розсіювання, який компенсується рештою оточуючих обмоток. Так, магнітний потік розсіювання, який створює струм в обмотці 45, компенсується магнітними полями розсіювання, які спричинені струмами в обмотках 40, 44 та 45. Значок « + » на Фіг.4 означає намагнічуючі ампервитки, а значок « - » - розмагнічуючі ампер-витки. В результаті магнітні поля розсіювання зменшені у десятки разів, а це означає, що реактивна складова опору нульової послідовності теж зменшена у стільки ж разів. Досягнутий ефект еквівалентний зменшенню встановленої потужності фільтру. Компенсація магнітних полів розсіювання найбільш ефективна при умовах: - всі перші і другі обмотки мають приблизно однакову ширину намотки; - обмотки намотані проводом, ширина перерізу якого від 2 до 10000 разів більша від товщини перерізу проводу; - провід обмотки виготовлений із мідної або алюмінієвої фольги. Технічний ефект такого виконання фільтру полягає у зменшенні магнітних полів розсіювання, що приводить до зменшення реактивної складової опору нульової послідовності на основній та вищих гармоніках. Величина опору нульової послідовності є основною характеристикою фільтра у 13 мережах з фазною напругою від 3 кВ до 500 кВ і вище. При цьому знижені вимоги щодо виткової ізоляції в обмотках. Габарити автотрансформаторів збільшені на 10%-25%. Фільтр нейтралізує дію симетричних складових струмів нульової послідовності як основної, так і вищих гармонік. Фільтр придатний також для відведення постійних струмів від трифазних високовольтних трансформаторів. Заявлене влаштування фільтру може бути використане як самостійно у трифазних високовольтних 3 кВ-500 кВ 50 Гц мережах, так і у складі інших електротехнічних пристроїв, наприклад, перемикачах, стабілізаторах та регуляторах напруги, у фазоперетворювальній техніці, у засобах плавки ожеледі на проводах та захисті трансформаторів трифазної повітряної лінії електропередачі від дії майже постійного струму, обумовленого геомагнітними бурями, тощо. Перелік посилань 1. Кузнецов В.Г., Каплычный H.H., Третяк В.Т. Симметрирование фазных напряжений в сетях с нулевым проводом.- Проблемы технической электродинамики, вып. 45, «Наукова думка», Киев, 1974, С. 150-153. 2. Arrillaga J., Densem T.J., Harker B.J. Zero sequence harmonic current generation in transmission lines connected to large convertor plant. "IEEE Trand. Power Appar. and Syst." 1983,102, N 7, 2357-2363. 3. Электрическая трехфазная сеть с нулевой фазой. Авторское свидетельство СССР № 1304124, МПК H02J3/26, 1986. 4. Электрическая трехфазная сеть с нулевой фазой. Авторское свидетельство СССР № 1575266, МКИ H02J3/26, 1990. 5. Фільтр струмів нульової послідовності. Patent USA Ν 5406437, ΜΠΚ Η02Η3/26, 11.04.1995. 6. Matsumura Μ. Three-phase transformer with a balancing function. Patent USA N 5574418, МПК Н01F17/02. Опубліковано 12.11.1996. 7. Музиченко О.Д., Музиченко Ю.О., Музиченко О.О. Фільтр струмів нульової послідовності. Патент України № 34226, ΜΠΚ Η02Η007/08. Опубліковано 15.02.2001. Бюл. №1, 2001. 93809 14 8. Levin M.I. Phase shifting transformer with low zero phase sequence impedance. Patent USA N 5,801,610, МПК H01F33/00. Опубліковано 01.09.1998. 9. Музиченко О.Д., Музиченко Ю.О., Музиченко О.О. Фільтр струмів вищих гармонік трифазної мережі. Патент України № 34225, МПК H02F30/12. Опубліковано 15.02.2001. Бюл. №1, 2001. 10. Музиченко О.Д., Музиченко Ю.О., Музиченко О.О. Фільтр струмів вищих гармонік трифазної мережі. Патент України № 34224, МПК H01F30/12. Опубліковано 15.02.2001. Бюл. №1, 2001. 11. Музиченко Ю.О., Музиченко О.Д. Фільтр струмів вищих гармонік трифазної мережі (Варіанти). Патент України №74671, МПК Н02М1/12. Опубліковано 16.01.2006. Бюл. №1, 2006. 12. Lee S.H. Device for reducing harmonics in three-phase poly-wire power lines. Patent USA N 7,629,786, МПК H01F30/12; G05F1/12; H02J1/02; H02H7/04, 8.12.2009. 13. Larsen E.Filter for removing harmonic current from a neutral conductor. Patent USA N 5914540, МПК Н02М1/12. Опубліковано 22.06.1999. 14. AF Klercker Alakula M., Lindhal S. O. R. Method and equipment for the protection of power system against geomagnetically induced currents. US Patent №2007/0217103. МПК H02H9/00. Опубліковано 20.09.2007. 15. AF Klercker Alakula M. Transformer with protection against direct current magnetization caused by zero sequence current. US Patent №7,432,699. МПК G01R15/18. Опубліковано 7.10.2008. 16. AF Klercker Alakula M., Lindhal S. Method and equipment for the protection of power system against geomagnetically induced currents. US Patent №7,489,485 МПК Н03Н7/04. Опубліковано 10.02.2009. 17. Бамдас A.M., Кулинич В.А. и Шапиро С.В. Статические электромагнитные преобразователи частоты и числа фаз. - М.Л. - ГЭИ. - 1961, с. 208. 18. Круг К.А. Основы электротехники. Ч.2. Теория переменных токов. - М.Л. - ГЭИ. -1961, С.342343, -с. 208. 15 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 93809 Підписне 16 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601