Электропередача

Союз Сьеетсиих Социааистичесиих Ресаубве(22) Заявлено 15.0 2) 1442284/24-07 с присоединением заявки Мо 2752797/О(23) Приоритет 13,04,79 Государственный коиитет СССР до дедам изобретеннй н открытнй(54) ЭЛККТРОПЕРЕДА объекта, В качествеэлектропроводящегоэуются рельсы, труби т,д, Сопутствующщий объект выполняеда трехфазной43 Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электропередачи и системам питания электрических сетей, в частностирическим сетям, снабженнымствами для устранения асиммпряжений и токов в сетях,Известна двухфазная передача электрической энергии, содержащая симметричный двухфазный источник, симметричную двухфазную нагрузку и линипередачи, состоящую из четырех проводов 11,Недостаток ее " большое количество проводов.Известна симметричная трехфазнаяредача электрической энергии, соржащая симметричный трехфазный источник, трехФазную симметричную нагрузку и симметричную линию передачи,состоящую из трех проводов 12.Недостатком ее является большоеколичество проводов.Известна трехфаэная передача.электрической энергии, содержащаясимметричныйтрехфазный источник,симметричную трехфазную нагрузку инесимметричную линию передачи, состоящую иэ двух:проводов и одногосопутствующего электропроводящего сопутствующего объекта испольы, земля, корпуса й электропроводят роль третьего линии передал к элект- устройетрии напрова33 еВ результате того, что два провода и сопутствующий злектропроводящий,объект имеют различные по величинею активные сопротивления, а также собственные и взаимные индуктивности,на приемном конце линии, называемоив этом случае несимметричной, возникает неуравновешенный режим, сопровождающийся появлением несимметрии напряжений и токов на симметричной нагрузке. Несимметрия токов всимметричных трехфазных двигателях2 О приводит к недопустимым перегревами, как следствие, к выходу их иэстроя,Наиболее близкой по техническойсущности к предлагаемой передачеявляется трехфазная передача злектрической энергии, содержащая трехФазный симметричный источник, симметричную трехфазную нагрузку, несимметричную линию, состоящую издвух проводов и сопутствующего пе де Институт электродинамики ЬН украинской СС+ 2- (м- 2 +а А Т( в гд е а - кругов а - Фаз иый 3 - мнимая При этом не ный источник м виде последова симметричного(1) ости Мдрр М ВС водами и сопут индуктив двумя пр алектропроводящего объекта, и устройство для симметрирования трехФазных напряжений в конце линии 5).Однако в источнике и линии такойпередачи имеет место неуравновешенный режим, зависящий от величины ифазного угла симметричной нагрузки.Иэ-за наличия симметрирующего устройства, обеспечивающего уравновешенныйрежим только нагрузки, передача имеетповышенную стоимость, а из-за наличия в симметрирующем устройстве конденсаторных батарей и контактныхпереключателей передача имеет низкую надежность, Кроме того, такаяпередача не допускает промежуточногоотбора мощности от несимметричнойлинии.Цель изобретения - обеспечениеуравновешенности режима всей передачи при любых значениях величины ифазного угла нагрузки, повышениенадежности передачи и снижение еестоимости,Эта цель достигается тем, что вэлектропередаче, содержащей источник трехфаэных напряжений, трехфазную нагрузку и несимметричную линию,состоящую иэ двух проводов и сопутствующего электропроводного объекта,трехфаэные источник и нагрузка выполнены несимметричными по фазам,причем соотношения. между внутреннимисопротивлениями Ед(и)ЕВ(и) и ЕС(и)Фаз источника, соотношения между.несимметрии напряжений трехфазногоисточника являются Функциями сопротивлений ЕА, ЕВ, ЕС и взаимныхиндуктивностей М дб МВС и МС несимметричной линии передачи, а именно:2.:Ч: 2 =2: 2А(и) В(и ) С(и) А(н ) В(н) с(н)1+Е, а Е, а+Я1-а-Е а-ая частота сети)оператор(О = е ( )величйна (,): /:) симметричный трехфазожет быть выполнен в тельного соединения трехфазного источника 8 4и трехфазного трансформатора, имею- щегО симметричную и несимметричную группы обмоток, причем симметричный источник соединен с симметричной группой обмоток.Несимметричная нагрузка также может быть выполнена в виде последовательного соединения симметричной трехфазной нагрузки и трехфазного трансФорматора, имеющего симметричную и несимметричную группы обмоток, причем симметричная группа обмоток соединена с симметричной нагрузкой. С целью уменьшения установленной 15мощности передачи в качестве несимметричной нагрузки использован трехфазный двигатель, статорные обмоткикоторого выполнены неодинаковым поколичеству витков и расположенымежду собой под углами сАВ, о АС от,личными от 2 7 Г/3, при этом числавитков обмоток связаны между собойследующим соотношением;( АВ аООфя)-ая (а +ае) с(. =ауИ+е) -саус (а а.,Я) На Фиг. 1 представлена принципиальная схема трехфазной передачи, укоторой источник и нагрузка выполненынесимметричными на фиг. 2 - трехФаэная передача, у которой несимметричный источник выполнен в виде последовательного соединения несимметричного трансформатора и симметричного источника) на Фиг. 3 " принци пиальная схема передачи, у которойнесимметричная нагрузка выполненав виде последовательного соединениясимметричной нагрузки несимметричного трансформатора) на фиг. 4 - передача с несимметричным исполнениемтрехфазного двигателя) на Фиг. 5пример выполнения трехфаэной передачис промежуточным отбором мощности отнесимметричной линии.Трехфазная передача (Фиг. 1) состоит из несимметричного источника 1,несимметричной нагрузки 2 и несимметричной линии 3, состоящей из двухпроводов, имеющих соответственносопротивления Ед и ЕВ, и сопутствующего электропроводного объекта 4(например, рельсы), имеющего сопротивление Е , подключенного между источником и нагрузкой и выполняющегороль третьего провода в трехфаэной 60 передаче. Сопротивления Ед, Ец и ЕСвключают активные и реактивные составляющие, причем в общем случаеФЪ ФВзаимные ни МСА междУоя ,", Разделив почленно правое уравн .ил (8) на левое, получаемКроме тоГо, для линии справедливоЕ 0+ Я; = 01, (10)Уравнения (9) и (10) образуют систему уравнений первой степени с двумя неизвестными, Решив ее, найдем согласованное значение коэффициента несимметриикоторое с учетом (7) и (10) равноУсловие (7) и (10) должно выполняться в источнике и нагрузке, последние должны быть выполнены несимметричными. В этом случае в источникея нагрузке, в качестве которых могутбыть использованы синхронные машины,имеет место уравновешенный режим(отсутствие элляптичности вращающегося магнитного поля, механическиевибрации удвоенной частоты сетиперегревы обмоток я т.д.).Схема трехфазной передачи (фиг.2)содержит несимметричный источник1, несимметричную нагрузку и2,Мнесимметричную линию 3, Несиммет -ричный источник 1 состоит яз симметричного источника 4 и трансформатораимеющего симметричную 5 и несиммет 35ричную 6 группы обмоток, Такое выполнение несимметричного источникапозволяет согласовать уравновешенныйрежим несимметричной линии и уравновешенный режим симметричного источника. 40В этом случае должны выполнятьсяусловия, уравновешивания (7), (10)(11) с той разницей, что вместопараметров несимметричной линии 3 в(8) и (11) должны быть подставленыпараметры несимметричной 6 группыобмоток трансформатора. Очевидно,что для выполнения (7), (10) и (11)обмотки 6 трансформатора должны содержать неодинаковое количество витков и быть выполнены проводами сразличной площадью поперечного сечения, пря этом соотношение между количеством витков в несимметричнойгруппе 6 определяется величиной несимметрия и ее фазным углам из (11),а величины площадей сечений обмотоксоответствующими токами, соотношениемежду которыми устанавливается спомощью (7).Трехфазная электропередача (фяг. 3) содержит несимметричный источникнесимметричную линию 3 и несимметричную нагрузку 2, состоящую из симметричной нагрузки 4 и согласующего трансформатора с симметричной 5 и несимметричной 6 групп обмоток, На. входе трансформатора коэффициент несимметрии напряжений определяется выражением (11), а на выходе трансформатора он равен нулю, Несимметричная группа обмоток 6 имеет неодинаковое количество витков и намотана проводами, имеющими различные величины площадей поперечных сечений. Такое выполнение передачи также позволяет создать уравновешенный режим для всех частей электропередачи независимо от величины и фазного угла нагрузки.Схема трехфазной передачи (фиг,4) состоит из несимметричного источника 1, несимметричной нагрузки 2 и линии 3. Несимметричный источник выполнен из трансформатора с симметричной 5 и несимметричной 6 группами обмоток и симметричного источника, в качестве которого использованы зажимы А, В и С трехфазной симметричной сети 4. Несимметричная нагрузка выполнена в виде двигателя переменного тока, имеющего различное количество витков Хд, ЖВ и ИС в обмотках статора. В этом случае оси обмоток находятся под углами сАВ я САй, отличными от 277, как это принято у симметричных машин переменного тока. Для достижения уравновешенности режима всех частей передачи, кроме выполнения (7) и(11), необходимо, чтобы отношение числа витков обмоток статора было равнорфф = )(+) оо 6 (: ) с ои углы сАВ и Д,дс между осями обмотокстатора составлялиРотор такого двигателя выполнен симметричным и не отличается от обычного исполнения (короткозамкнутого или с обмоткой). При таком исполнении трехфазного двигателя в нем отсутствуют пульсации крутящего момента и мощности на валу, Кроме того, двигатель обеспечивает уравновешенный режим всей линии при изменении нагрузки на его валу, В случае, если ротор выполнен подмагничиваемым как у синхронной машины, то несимметричный двигатель может в таком случае выполнить роль несимметричного источника, так как его коэффициент несимметрии по напряжению является согласованньщ с сопротивлениями несимметричной линии. В этом случае двигатель и генераторв несимметричной передаче являются обратными,Электропередача, представленная на фиг. 5, состоит иэ несимметричного источника 1, участков несимметричной линии 3 и несимметричных5 нагрузок 2. Узлы 4 и 5 являются пунктами промежуточного отбора мощности. Для передачи характерно несимметричное исполнение всех элементов источника, линии и нагрузки). Во всех элементах этой разветвленной передачи имеет место уравновешенный режим. В случае подключения к такой линии передачи однофазных нагрузок для компенсации неуравновешенности необходимы специальные симметрирующие устройства, как и в обычной симметричной трехфазной сети.Эффективность использования данного изобретения заключается в снижении капитальных и эксплуатационных 30 затрат трехфазных передач, линия передачи которых выполнена несимметричной.Согласно изобретению для переделки существующих передач, включающих 5 линии два провода - рельс, необходима только перемотка обмоток трансформаторов (первичных либо вторичных). А для использования передачи совместно с линией два провода - труба необходимо перемотать вторичную обмотку трансформатора и статорную обмотку электробура или погружного электронасоса.Экономический эффект при внедрении передачи вместо существуюшеи по линии два провода - рельс составляет 500-1000 р, в год при протя- женности передачи 5-15 км.Формула изобретения1. Электропередача, содержащаяисточник трехфазных напряжений, трехфазную нагрузку и несимметричную 45линию, выполненную иэ двух проводови электропроводного объекта, выполняющего роль третьего провода, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью обеспечения уравновешенного Орежима работы электропередачи при любых значениях величины и фазного угла нагрузки и повышения пропускнойспособности электропередачи, трехфазный источник и нагрузка выполненынесимметричными по фазам,2. Электропередача по п, 1, о т-.л и ч а ю щ а я с я тем, что внутренние сопротивления источника 2 АН),2 Вн) и 2 С), сопротивления нагруз 2 АСн)2 в(н) 2 с(н) и эффициент 60несимметрии Е напряжения трехфазногоисточника связаны следующими соотношениями:7 22 =7 :2 .1Аи) Вн) си) Ан 1 Рнс сн 1=,(2 А сЬ 2 )где 2 А,2 Ви 20 - сопротивления линииэлектропередачи;М ,М и М А- взаимные индуктивности линии электропередачи;Ю - круговая частота сети;с. - Фазный оператор, равный Г ) )п)мнимая величина Равная3. Электропередача по и. 1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что несимметричный источник выполнен в видепоследовательного соединения симметричного трехфазного источника итрехфазного трансформатора, имеющегосимметричную и несимметричную группыобмоток, причем симметричный источник соединен с симметричной группойобмоток4. Электропередача по пп, 1 и ,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что несимметричная нагрузка выполнена ив виде последовательного соединениясимметричной трехфазной нагрузки итрехфазного трансформатора, имеющегосимметричную и несимметричную группыобмоток, причем симметричная группаобмоток соединена с симметричнойнагрузкой,5, Электропередача по пп. 1 и 2,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью уменьшения установленноймощности передачи, в качестве несимметричной нагрузки использован трехфазный двигатель, статорные обмоткикоторого выполнены неодинаковымипо количеству витков и расположенымежду собой под углами сАВ и сЕАс,отличными от 2 г(З, при этом числавитков обмоток связаны между собойследующим соотношением:Ф4 % =Еа+ а1: / а+ а Е I,д. А в = а 1 Я О+ е ) -а 1 ДЕО + с 1 е ),где ИА .Х :И - числа витков статорныхобмоток.Приоритет по пунктам13.04.79 по пп. 2-5.Источники информации, 5Принятые во внимание при экспертизе1. Веселовский О.Н. Михаил Осипович Доливо-Добровольский. М.-Л., ГЭИ, 1958, с. 54. 102. Веселовский О.Н, Михаил Осипович Доливо-Добровольский. ГЭИ, 1958, с. 73, 265 3. Эффендизаде А,А., Листенгартон 3 А. Исследование режима работы электробура при питании по системе два провода - труба, - Известия ВУЗов. Нефть и гаэ, 1963, Р 10, с.93-96,4. Венер П.П. Электропередача два провода - земля.-Электричество, 1933, Р 20.5. Титов А.И, Симметрирование напряжений с помощью емкости в системе ДПР (два провода - рельс).-Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, 1965, с. 40-43.1855848 Г Составитель Л. Дементьева Техред М, Рейвес Корректор М, Демчик Редакт арфенова аэ 6956 илиал ППП Патентф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 675 ВНИИПИ Государств по делам изобре 035, Москва, ЖПодписноного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д. 4/5