Фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності

1. Фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності, який містить затискачі трьох лінійних та нульової фаз та три стрижні магнітопроводів, на кожному стрижні розміщені перша та друга гальванічно не зв'язані обмотки, на першому стрижні розміщені перша та друга обмотки, які мають однакову кількість витків, причому кожна обмотка має початковий та кінцевий вивід, який відрізняється тим, що містить шість додаткових обмоток, з яких на кожному стрижні розміщено по дві обмотки, на кожному стрижні кількість витків першої додаткової обмотки дорівнює кількості витків першої обмотки, кількість витків другої додаткової обмотки дорівнює кількості витків другої обмотки, на середньому та другому крайньому стрижнях кількості витків першої та другої обмоток відносяться між собою як 2:1, а на кожному стрижні магнітопроводу перша обмотка розміщена ближче до осердя магнітопроводу, при цьому друга обмотка розміщена далі від осердя магнітопроводу так, що охоплює першу обмотку, напрямки намотки першої та другої обмоток співпадають, на кожному стрижні магнітопроводу друга додаткова обмотка розміщена ближче до осердя магнітопроводу, перша додаткова обмотка розміщена далі від осердя магнітопроводу і охоплює другу додат 2 (19) 1 3 93810 4 до початкового виводу другої обмотки, розміщеної на другому крайньому стрижні, та до кінцевого виводу другої обмотки, розміщеної на першому крайньому стрижні, початковий вивід першої обмотки, розміщеної на середньому стрижні, приєднаний до затискача першої лінійної фази, а кінцевий вивід другої обмотки, розміщеної на середньому стрижні, приєднаний до затискача другої лінійної фази, кінцевий вивід першої обмотки, розміщеної на другому крайньому стрижні, приєднаний також до затискача першої лінійної фази, а початковий вивід другої обмотки, розміщеної на другому крайньому стрижні, приєднаний до затискача третьої лінійної фази. 2. Фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності за п.1, який відрізняється тим, що три стрижні магнітопроводів суміщені в один тристрижневий магнітопровід. 3. Фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності за пп.1 та 2, який відрізняється тим, що 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 основної та вищих гармонік нульової послідовності за пп.1-3, який відрізняється тим, що 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 основної та вищих гармонік нульової послідовності за пп.1-4, який відрізняється тим, що провід обмоток виготовлений із мідної або алюмінієвої фольги. 6. Фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності за пп.1-5, який відрізняється тим, що витки першої та другої обмоток, які розташовані поблизу 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 основної та вищих гармонік нульової послідовності за пп.1-6, який відрізняється тим, що до фільтра 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 магнітопроводу. Фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності призначений для використання в електричних трифазних високовольтних 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 основної та вищих гармонік нульової послідовності [1-4], який виконано на основі трифазного 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. Різниця потенціалів між проводами, які поруч укладені досягає номінальної напруги мережі. Відомий фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності [5], у якого шляхом перемикання частини обмоток зиґзаґу досягається регулювання опору нульової послідовності. Недолік фільтру: підвищена на 10-15% встановлена потужність обмоток порівняно із зиґзаґом. Відомий фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності [6], у якого збільше на у 1,5 рази кількість послідовно ввімкнених обмоток зиґзаґу. Недолік фільтру: підвищення удвічі кількості виводів обмоток, збільшення габаритів. Відомий фільтр основної та вищих гармонік нульової послідовності [7], який має пофазно умовно несиметричну схему ввімкнення обмоток зиґзаґу. У фільтрі удвічі знижена напруга міжвиткової ізоляції обмоток середнього стрижню, чим підвищена надійність роботи обмоток середнього стрижню, умови охолодження обмоток якого гірші порівняно до обмоток, розміщених на крайніх стрижнях. Недолік фільтру: при високовольтному виконанні обмоток недопустимо збільшені магнітні поля розсіювання, обумовлені зростанням товщини ізоляції між проводами в котушках. Відомий фільтр струмів основної та вищих гармонік 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 к яких визначається з виразу к=6m±1. Такі фільтри мають більші у 2-5 разів затухання гармонік струмів у широкому діапазоні частот. Недолік фільтру: значні поля розсіювання при підвищенні напруги мережі до 3кВ до 500кВ. Відомий фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності [12-16], у якого схема зиґзаґу замінена на схему зірки з відкритим трикутником. Недолік фільтру: підвищена на 7080% встановлена потужність і значні магнітні пото 5 ки розсіювання, що погіршує зовнішню вольтамперну характеристику фільтру. Відомий фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності [17, 18], обмотки якого ввімкнені за схемою Скота. Недолік прототипу: значні магнітні поля розсіювання. Відомий фільтр струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності [1], (прототип), який містить затискачі трьох лінійних та нульової фаз та три стрижні магнітопроводів, на кожному стрижні розміщені перша та друга гальванічно не зв'язані обмотки, на першому стрижні розміщені перша та друга обмотки, які мають однакові кількості витків, кожна обмотка устаткована початковим та кінцевим виводами. Недолік прототипу: значні магнітні поля розсіювання, які збільшують падіння напруги на індуктивній складовій опору нульової послідовності, в результаті чого погіршується зовнішня вольтамперна характеристика фільтру при високовольтному виконанні. 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 і такого розташування додаткових обмоток, при якому має місце взаємна компенсація магнітних полів розсіювання в осьовому та радіальному напрямку в обмотках та поблизу їх, а саме тим, що: у фільтрі, який містить затискачі трьох лінійних та нульової фаз та три стрижні магнітопроводів, на кожному стрижні розміщені перша та друга гальванічно не зв'язані обмотки, на першому стрижні розміщені перша та друга обмотки, які мають однакові кількості витків, кожна обмотка устаткована початковим та кінцевим виводами, до фільтру додано шість додаткових обмоток, з яких на кожному стрижні розміщено по дві обмотки, одна з яких названа першою додатковою обмоткою, а друга обмотка названа другою додатковою обмоткою, на кожному стрижні кількість витків першої додаткової обмотки дорівнює кількості витків першої обмотки, кількість витків другої додаткової обмотки дорівнює кількості витків другої обмотки, на середньому та другому крайньому стрижні кількості витків першої та другої обмоток відноситься між собою як 2:1, на кожному стрижні магнітопроводу перша обмотка розміщена ближче до осердя магнітопроводу, друга обмотка розміщена далі від осердя магнітопроводу так, що охоплює першу обмотку, напрямки намотки першої та другої обмоток співпадають, на кожному стрижні магнітопроводу 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, дві обмотки, які розташовані на одному стрижні, гальванічно зв'язані між собою і мають прямий 93810 6 напрямок намотки витків, становлять першу котушку, а дві обмотки, які розташовані на одному стрижні, гальванічно зв'язані між собою і мають зворотний напрямок намотки витків, утворюють другу котушку, на першому крайньому стрижні перша та друга обмотки утворюють першу котушку, у якої має місце прямий напрямок намотки витків, наприклад, за годинниковою стрілкою, на середньому стрижні перша та друга обмотки утворюють першу котушку, у якої має місце прямий напрямок намотки витків, на другому крайньому стрижні друга додаткова та перша додаткова обмотки утворюють першу котушку, у якої має місце прямий напрямок намотки витків, на першому крайньому стрижні друга додаткова та перша додаткова обмотки утворюють другу котушку, у якої має місце зворотний напрямок намотки витків, наприклад, проти годинникової стрілки, на середньому стрижні друга додаткова та перша додаткова обмотки утворюють другу котушку, у якої має місце зворотний напрямок намотки витків, на другому крайньому стрижні перша та друга обмотки утворюють другу котушку, у якої має місце зворотний напрямок намотки витків, на кожному стрижні магнітопроводу перша та друга котушки зближені між собою на відстань, обмежену знизу пробивною напругою між витками першої та другої котушок, на кожному стрижні магнітопроводу перша обмотка та перша додаткова обмотка ввімкнені між собою паралельно, друга обмотка та друга додаткова обмотка ввімкнені між собою паралельно, кінцевий вивід першої обмотки, розміщеної на першому крайньому стрижні, приєднаний до початкового виводу другої обмотки, розміщеної на першому крайньому стрижні, та приєднаний до затискача нульової фази, кінцевий вивід першої обмотки, розміщеної на середньому стрижні, приєднаний до початкового виводу другої обмотки, розміщеної на середньому стрижні, та до початкового виводу першої обмотки, розміщеної на першому крайньому стрижні, кінцевий вивід першої обмотки, розміщеної на другому крайньому стрижні, приєднаний до початкового виводу другої обмотки, розміщеної на другому крайньому стрижні, та до кінцевого виводу другої обмотки, розміщеної на першому крайньому стрижні, початковий вивід першої обмотки, розміщеної на середньому стрижні, приєднаний до затискача першої лінійної фази, а кінцевий вивід другої обмотки, розміщеної на середньому стрижні, приєднаний до затискача другої лінійної фази, кінцевий вивід першої обмотки, розміщеної на другому крайньому стрижні, приєднаний також до затискача першої лінійної фази, а початковий вивід другої обмотки, розміщеної на другому крайньому стрижні, приєднаний до затискача третьої лінійної фази. Три стрижні магнітопроводів суміщені в один тристрижневий магнітопровід. Перша і друга обмотки мають приблизно однакову ширину намотки, а також перша додаткова і друга додаткова обмотки мають приблизно однакову ширину намотки. 7 Перша та друга обмотки та/або перша та друга додаткові обмотки виконані проводом, ширина перетину якого від 2 до 10000 разів більша від товщини перетину проводу. Провід обмоток виготовлений із мідної або алюмінієвої фольги. 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 фільтру 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 стрижню магнітопроводу. Для пояснення суті винаходу подані креслення на Фіг.1-Фіг.4. На Фіг.1 подана принципова схема фільтру струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності. На Фіг.2 показане розташування обмоток фільтру на стрижнях тристрижневого магнітопроводу при суміщенні трьох стрижнів магнітопроводів. На Фіг.3 представлене топографічне зображення обмоток фільтру, а також зображення напруг та струмів в них. На Фіг.4 показане розміщення переміжних обмоток фільтру на стрижнях тристрижневого магнітопроводу. На Фіг.1 позначені: 2 та 5 - перша та друга обмотки, які містяться у першій котушці, розміщеній на першому крайньому стрижні; 11 та 8 - перша додаткова та друга додаткова обмотки, які містяться у другій котушці, розміщеній на першому крайньому стрижні; 1 та 3 і 4 та 6 - початковий та кінцевий виводи першої 2 та другої 5 обмоток першої котушки; 12 та 10 і 9 та 7 - початковий та кінцевий виводи першої додаткової 11 та другої додаткової 8 обмоток другої котушки; 15 та 18 перша та друга обмотки першої котушки середнього стрижню відповідно; 24 та 21 - перша додаткова та друга додаткова обмотки відповідно другої котушки середнього стрижню; 14та16і17та19- початковий та кінцевий вивід першої 15 та другої 18 обмоток відповідно; 25 та 23 і 22 та 20 - початковий та кінцевий виводи першої додаткової 24 та другої додаткової 21 обмоток другої котушки середнього стрижню; 28 та 31 -перша та друга обмотки другої котушки другого крайнього стрижню; 34 та 37 - друга додаткова та перша додаткова обмотки відповідно першої котушки другого крайнього стрижню; 27 та 29 і 30 та 32- кінцевий та початковий виводи першої 28 та другої 31 обмоток відповідно; 33 та 35 і 36 та 38 - початковий та кінцевий виводи другої додаткової 34 та першої додаткової 37 обмоток першої котушки другого крайнього стрижню; А, В, С та 0 - затискачі лінійних та нульової фаз фільтру; D - вузол (точка) з'єднання почат 93810 8 кового виводу першої обмотки 2 першого стрижню з точкою з'єднання першої 15 та другої 18 обмоток середнього стрижню; Е - вузол з'єднання кінцевого виводу другої 5 обмотки першого стрижню з точкою з'єднання першої 28 та другої 31 обмоток другого крайнього стрижню; * - початковий вивід обмотки. На Фіг.2 позначені: 44 та 46 - перша та друга обмотки першої котушки першого крайнього стрижню; 47 та 45 - перша додаткова та друга додаткова обмотки відповідно другої котушки першого крайнього стрижню; 52 та 53 - перша та друга обмотки першої котушки середнього стрижню; 50 та 49 - перша додаткова та друга додаткова обмотки відповідно другої котушки середнього стрижню; 55 та 57 - перша та друга обмотки відповідно другої котушки другого крайнього стрижню; 56 та 54 перша додаткова та друга додаткова обмотки першої котушки другого крайнього стрижню; 48, 51 та 58 - перший крайній, середній та другий крайній стрижні відповідно; 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.2. На Фіг.4 позначено: 59, 60 та 61 - перший крайній, середній та другий крайній стрижні тристрижневого магнітопроводу; 62 та 63 - перша та друга обмотки першої котушки першого крайнього стрижню; 65 та 64 - друга додаткова та перша додаткова обмотки відповідно другої котушки першого крайнього стрижню; 70 та 71 - перша та друга обмотки першої котушки середнього стрижню; 73 та 72 - друга додаткова та перша додаткова обмотки другої котушки середнього стрижню; 82 та 83 перша та друга обмотки другої котушки другого крайнього стрижню; 85 та 84 - друга додаткова та перша додаткова обмотки першої котушки другого крайнього стрижню; 66-69 - пари проміжних котушок першого крайнього стрижню; 74-77 - пари проміжних котушок середнього стрижню; 78-81 пари проміжних котушок другого крайнього стрижню. Склад і будова фільтру. До фільтру входять: затискачі лінійних А, В, С та нульової 0 фаз та три стрижні 13, 26 та 39 магнітопроводів з обмотками (Фіг.1). Три стрижні можуть бути подані у вигляді трьох торів, трьох двострижневих магнітопроводів або одного тристрижневого магнітопроводу (Фіг.2 та Фіг.4). На кожному стрижні (осерді) розміщено першу та другу обмотки. На стрижні 13 розміщені перша 2 та друга 5 обмотки. На стрижні 26 розміщені перша 15 та друга 18 обмотки. На стрижні 39 розміщені перша 28 та друга 31 обмотки. До фільтру додані додаткові обмотки, які по кількості обмоток і по кількості витків в них однакові з витками та обмотками вказаних стрижнів. На стрижні 13 розміщені перша додаткова 11 та друга додаткова 8 обмотки. На стрижні 26 розміщені перша додаткова 24 та друга додаткова 21 обмотки. На стрижні 39 розміщені перша додаткова 37 та друга додаткова 34 обмотки. Кожна одна додаткова обмотка приєднана паралельно по одній до одної обмотки стрижню. На 9 першому стрижні перша додаткова обмотка 11 приєднана паралельно до першої обмотки 2, а друга додаткова обмотка 8 приєднана паралельно до другої обмотки 5 (Фіг.1). На другому стрижні перша додаткова обмотка 24 приєднана паралельно до першої обмотки 15, а друга додаткова обмотка 21 приєднана паралельно до другої обмотки 18. На третьому стрижні перша додаткова обмотка 37 приєднана паралельно до першої обмотки 28, а друга додаткова обмотка 34 приєднана паралельно до другої обмотки 31. На першому крайньому та середньому стрижнях перша та друга обмотки входять до першої котушки, а друга додаткова обмотка та перша додаткова обмотка входять до другої котушки. Відмінність заявленого фільтру струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності полягає в оригінальному виконанні намотки першої та другої котушок фільтру. Перша та друга котушки різняться напрямком та порядком намотки обмоток. Прямий напрямок намотки показаний значком , тобто орієнтацією піввитка вниз, а зворотний напрямок намотки показаний значком , у якого піввиток орієнтований вгору. У першій котушці має місце прямий напрямок намотки витків (Фіг.1), наприклад, за годинниковою стрілкою, а в другій котушці має місце зворотний напрямок намотки витків, наприклад, проти годинникової стрілки. Перша обмотка у першій котушці розташовується ближче до стрижню (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 намотка котушки 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 стрижню (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 витків у другій котушці 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 кінцю 12 намотки обмотки 11 приписана назва «початковий вивід». Такі неспівпадіння понять «початковий вивід» та «початок намотки» мають місце і при позначенні початкових та кінцевих виводів обмоток 21 та 24 другої котушки другого стрижню 26, а також при позначенні початкових та кінцевих виводів першої 28 обмотки та другої 31 обмотки другої котушки другого крайнього стрижню 39. На другому крайньому стрижні перша додаткова 37 та друга додаткова 34 обмотки утворюють першу котушку. На кожному стрижні магнітопроводу перша обмотка та перша додаткова обмотка ввімкнені 93810 10 між собою паралельно, друга обмотка та друга додаткова обмотка ввімкнені між собою паралельно. Так, наприклад, перша додаткова обмотка 11 першого стрижню ввімкнена паралельно до першої обмотки 2, а друга додаткова обмотка 8 першого стрижню ввімкнена паралельно до другої обмотки 8. Кінцевий вивід 3 першої обмотки 2, розміщеної на першому крайньому стрижні 13, приєднаний до початкового виводу 4 другої обмотки 5, розміщеної на першому крайньому стрижні 13, та приєднаний до затискача нульової фази 0. Кінцевий вивід 16 першої обмотки 15, розміщеної на середньому стрижні 26, приєднаний до початкового виводу 17 другої обмотки 18, розміщеної на середньому стрижні 26, та до початкового виводу 1 першої обмотки 2, розміщеної на першому крайньому стрижні 13. Початковий вивід 29 першої обмотки 28, розміщеної на другому крайньому стрижні 39, приєднаний до кінцевого виводу 30 другої обмотки 31, розміщеної на другому крайньому стрижні 39, та до кінцевого виводу 6 другої обмотки 5, розміщеної на першому крайньому стрижні 13. Початковий вивід 14 першої обмотки 15, розміщеної на середньому стрижні 26, приєднаний до затискача А першої лінійної фази, а кінцевий вивід 19 другої обмотки 18, розміщеної на середньому стрижні 26, приєднаний до затискача С другої лінійної фази. Кінцевий вивід 27 першої обмотки 28, розміщеної на другому крайньому стрижні 39, приєднаний також до затискача А першої лінійної фази, а початковий вивід 32 другої обмотки 31, розміщеної на другому крайньому стрижні 39, приєднаний до затискача В третьої лінійної фази. Перша та друга обмотки першого крайнього стрижню мають однакові кількості витків. Кількості витків першої та другої обмоток середнього та другого крайнього стрижню відносяться між собою як 2:1. На першому крайньому стрижні 13 перша обмотка 2 першої котушки наближена до другої додаткової обмотки 8 другої котушки, а друга обмотка 5 першої котушки наближена до першої додаткової обмотки 11 другої котушки. На середньому стрижні 26 перша обмотка 15 першої котушки наближена до другої додаткової обмотки 21 другої котушки, а друга обмотка 18 першої котушки наближена до першої додаткової обмотки 24 другої котушки. На другому крайньому стрижні 39 перша обмотка 28 другої котушки наближена до другої додаткової обмотки 34 першої котушки, а друга обмотка 31 другої котушки наближена до першої додаткової обмотки 37 першої котушки. У варіанті виконання фільтру стрижні однофазних магнітопроводів суміщені у вигляді тристрижневого магнітопроводу (Фіг.2). У цьому варіанті стрижні 13, 26 та 39 (Фіг.1) замінені стрижнями 48, 51 та 58 (Фіг.2). На першому крайньому стрижні 48 перша обмотка 44 наближена до другої додаткової обмотки 45, а друга обмотка 46 наближена до першої додаткової обмотки 47. На середньому стрижні 51 перша обмотка 52 наближена до другої додаткової обмотки 49, а друга обмотка 53 наближена до першої додаткової обмотки 50. На другому крайньому стрижні 58 перша обмотка 55 на 11 93810 ближена до другої додаткової обмотки 54, а друга обмотка 57 наближена до першої додаткової обмотки 56. Вузол з'єднання першої 44 та другої 46 обмоток першого крайнього стрижню 48 приєднаний до затискача 0 нульової фази; вузол D з'єднання першої 52 та другої 53 обмоток середнього стрижню 51 приєднаний до початкового виводу першої обмотки 44 першого крайнього стрижню 48, а вузол з'єднання Е першої 55 та другої 57 обмоток другого крайнього стрижню 58 приєднаний до кінцевого виводу другої обмотки 46 першого крайнього стрижню 48. Початковий вивід першої обмотки 52 середнього стрижню 51 приєднаний до першого затискача А лінійної фази, а кінцевий вивід другої обмотки 53 середнього стрижню 51 приєднаний до другого затискача С лінійної фази. Кінцевий вивід першої обмотки 55 другого крайнього стрижню 58 приєднаний до першого затискача А лінійної фази, а початковий вивід другої обмотки 57 другого крайнього стрижню 58 приєднаний до третього затискача В лінійної фази. Оскільки ступінь взаємної компенсації магнітних потоків розсіювання зворотно пропорційна ширині котушок, то, по перше, перша та друга котушки мають приблизно 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 виконувати фільтри струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності із заданою компенсацією магнітного потоку розсіювання. На першому крайньому стрижні 59 розміщені пари перших та других котушок 66-69. На середньому стрижні 60 розміщені пари перших та других котушок 74-77. На другому крайньому стрижні 61 розміщені пари перших та других котушок 78-81. Кожна пара котушок складається із першої та другої котушки. Наприклад, пара котушок 66 складається із першої котушки, яка містить обмотки 62 та 63, та другої котушки, яка містить обмотки 64 та 65. Робота фільтру. Затискачі А, В, С, 0 фільтру струмів основної та вищих гармонік нульової послідовності з'єднують з лінійними та нульовою фазою трифазної чотирипровідної мережі або пристрою. У затискачі 0 нульової фази фільтру виникає струм IN (Фіг.3), обумовлений напругою нульової послідовності. Ефективність фільтру основної та вищих гармонік нульової послідовності залежить від величини струму IN. Чим більший струм фільтру, тим вища ефективність його роботи. Струм IN зворотно пропорційний опору нульової послідовності. Отже ефективність роботи фільтру можна оцінювати за величиною опору нульової послідовності. Цей опір має ортогональні складові: резистивну та індуктивну. Індуктивна складова опору нульової послідовності обумовлена магнітними полями розсіювання. В затискачах А, В, та С протікають струми нульової послідовності І0. Між струмом нульової фази IN та струмами лінійних фаз фільтру існує залежність: IN=3*І0 (1) 12 Струм у лінійних затискачах фільтру утричі менший струму затискача нульової фази (Фіг.3). 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 гармонік, частота яких у 2-100 разів і більше перевищує частоту основної гармоніки мережі. Частотний діапазон придатності фільтру залежить від ступеню компенсації магнітних полів розсіювання. Конструкції і схеми виконання низьковольтних фільтрів непридатні для використання у високовольтних фільтрах через появу великої складової реактивної складової опору нульової послідовності. Сумарні намагнічуючі ампер-витки обмоток кожного стрижню дорівнюють нулеві. Через це в стрижні не виникають магнітні поля, обумовлені струмами нульової послідовності. Магнітні поля розсіювання виникають за межами стрижню і зосереджені у просторі, зайнятому обмотками фільтру та простором, суміжним з обмотками. У заявленому фільтрі, призначеному для використання у високовольтних мережах, магнітні потоки розсіювання, утворені струмами в обмотках 2 та 5, повністю компенсовані лише поблизу точки з'єднання витків обмоток 2 та 5. Подібна неповна компенсація розсіювання магнітного потоку утворюється струмами у додаткових окремо працюючих обмотках 8 та 11 (Фіг.1). Така компенсація відбувається у радіальному напрямку від осьового. При сумісній дії струмів в обмотках 2 та 5, а також додаткових обмотках 8 та 11 відбувається додаткова взаємна компенсація магнітних потоків розсіювання в осьовому напрямку. Ефективність такої компенсації залежить від ступеню зближення витків першої та другої котушок в осьовому напрямку обмоток. При формі перерізу обмоток, яка наближається до трапецевидної, перша та друга котушки можуть бути виконані дотичними одна до одної. У дотичних котушках збільшена ступінь компенсації магнітних полів розсіювання. 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 перетинів обмоток, в результаті чого зменшуються магнітні поля розсіювання. При конструкції переміжних котушок, показаній на Фіг.4, кількість перших та других котушок збільшена у чотири рази. Переміжні котушки також можуть дотикатися одна до одної. При цьому форма перетину обмоток близька до трапецеїдальної. В обмотках поблизу точок дотику ліній основ трапецій має місце ідеальна компенсація магнітних полів розсі 13 ювання. У іншому варіанті перетин обмоток має форму прямокутника. В обох випадках застосування переміжних котушок пов'язане зі збільшенням області простору в обмотках і навколо них, в якому має місце більш повна компенсація 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 одній обмотці, компенсується магнітними полями розсіювання, які викликані струмами в інших трьох близько розташованих обмотках. Значок «+» на Фіг.4 означає намагнічуючі ампер-витки, а значок «-» - означає 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 перетину 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. При цьому знижені вимоги щодо виткової ізоляції в обмотках. Встановлена потужність фільтру не збільшена, оскільки додаткові обмотки приймають половину потужності фільтру на себе. Фільтр придатний також для відведення постійних струмів від трифазних високовольтних трансформаторів. Заявлене влаштування фільтру може бути використане як самостійно у трифазних високовольтних 3кВ-500кВ 50Гц, так і у складі інших електротехнічних пристроїв, наприклад, у перемикачах, у 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: I. Кузнецов В.Г., Каплычный Н.Н., Третяк ВТ. 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. 93810 14 3. Электрическая трехфазная сеть с нулевой фазой. Авторское свидетельство СССР №1304124, МКИ 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 N 5406437, МПК Н02Н3/26, 11.04.1995. 6. Matsumura M. Three-phase transformer with a balancing function. Patent USA N 5574418, МПК H01F17/02.Публіковано 12.11.1996. 7. Музиченко О.Д., Музиченко Ю.О., Музиченко О.О. Фільтр струмів нульової послідовності. Патент України №34226, МПК Н02Н007/08. Публіковано 15.02.2001. Бюл. №1, 2001. 8. Levin M.I. Phase shifting transformer with low zero phase sequence impedance. Patent USA N5,801,610, MПK H01F33/00.Публіковано 01.09.1998. 9. Музиченко О.Д., Музиченко Ю.О., Музиченко О.О. Фільтр струмів вищих гармонік трифазної мережі. Патент України № 34225, МПК H02F 30/12. Публіковано 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. Публіковано 15.02.2001. Бюл. №1, 2001. II. Музиченко Ю.О., Музиченко О.Д. Фільтр струмів вищих гармонік трифазної мережі (Варіанти). Патент України №74671, МПК Н02М1/12. Публіковано 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; H02H 7/04, 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 № 7432699. МПК G01R 15/18. 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 № 489485 МПК Н03Н 7/04. Опубліковано 10.02.2009. 17. Бамдас A.M., Кулинич В.А. и Шапиро СВ. Статические электромагнитные преобразователи частоты и числа фаз. - М.Л. - ГЭИ. - 1961, с.208. 18. Круг К.А. Основы электротехники. 4.2. Теория переменных токов. - М.Л. - ГЭИ. -1961, с. 342343, - с.208. 15 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 93810 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