SU855848A1 - Электропередача - Google Patents

Description

(54) ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧА

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к системам электропередачи и системам питани  элект рических сетей, в частности к электрическим сет м, снабженным устройствами дл  устранени  асимметрии на пр жений и токов в сет х. Известна двухфазна  передача эле трической энергии, содержаща  симметричный двухфазный источник, симметричную двухфазну о нагрузку и лин передачи, состо щую из четырех проводов 1 . Недостаток ее - большое количест во проводов. Известна симметрична  трехфазна  передача электрической энергии, содержаща  симметричный трехфазный ис точник, трехфазную симметричную наг рузку и симметричную линию передачи состо щую из трех проводов 12. Недостатком ее  вл етс  большое количество проводов. Известна трехфазна  передача электрической энергии, содержаща  сикметричны  трехфазный источник, симметричную трехфазную нагрузку и несимметричную линию передачи, состо щую из двух проводов и одного сопутствующего электропровод щего ;Объекта. В качестве сопутствующего электропровод щего объекта используютс  рельсы, трубы, земл , корпуса и т.д. Сопутствующий электропровод щий объект выполн ет роль третьего провода трехфазной линии передашь 3 и 4. В результате того, что два провода и сопутствующий электропровод щий объект имеют различные по величине активные сопротивлени , а также собственные и взаимные индуктивности, на приемном конце линии, называемой в этом случае несимметричной, возникает неуравновешенный режим, сопровождающийс  по влением несимметрии напр жений и токов на cи мeтpич-ной нагрузке. Несимметри  токов в симметричных трехфазных двигател х приводит к недопустимым перегревам и, как следствие, к выходу их из стро . Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой передаче  вл етс  трехфазна  передача злектри ческой энергии, содержаща  трехфазный симметричнЕЛй источник, симметричную трехфазную нагрузку, несимметричную линию, состо щую из двух проводов и сопутствующего

электропровод щего объекта, и устройство дл  симметрировани  трехфазных напр жений в конце линии 5. Однако в источнике и линии такой передачи имеет место неуравновешенный режим, завис щий от величины и фазного угла симметричной нагрузки. Из-за наличи  симметрирующего устройства , обеспечивающего уравновешенный режим только нагрузки, передача имее повышенную стоимость, а из-за наличи  в симметрирующем устройстве конденсаторных батарей и контактных переключателей передача имеет низкую надежность. Кроме того, така  передача не допускает промежуточного отбора мощности от несимметричной линии.

Цель изобретени  - обеспечение уравновешенности режима всей передачи при любых значени х -величины и фазного угла лагрузки, повышение надежности передачи и снижение ее стоимости.

Эта цель достигаетс  тем, что в электропередаче, содержащей источник трехфазных напр жений, трехфазную нагрузку и несимметричную линию, состо щую из двух проводов и сопутствующего электропроводного объекта, трехфазные источник и нагрузка выполнены несимметричными по фазам, причем соотношени -между внутренними сопротивлени ми 2д(у,) , 2щ,) и Z(--j,

фаз источника, соотношени  между сопротивлени ми ) , Zg(f,) и трехфазной нагрузки и коэффициентt .несимметрии напр жений трехфазного источника  вл ютс  функци ми со; противлении 2д, 2ц, Zj. и взаимных индуктивностей М д, М и М, несимметричной линии передачи, а именно:

(и)(и))() С(.Н) . а-|- , ,

1-t а-€

. °tV(°)-

-I

,,

e-t((

с T();

Б-ТС.)

cTlV- c) (м.).

где (V - кругова  частота сети)

а - фазный оператор (а-е ), j - мнима  величина : )При этом несимметричный трехфазный источник может быть выполнен в виде последовательного соединени  симметричного трехфазного источника

и трехфазного трансформатора, имеющего симметричную и несимметричную группы обмоток, причем симметричный источник соединен с симметричной группой обмоток.

Несимметрична  нагрузка также может быть выполнена в виде последовательного соединени  симметричной трехфазной нагрузки и трехфазного трансформатора , имеющего симметричную и несимметричную группы обмоток, причем симметрична  группа обмоток соединена с симметричной нагрузкой.

С целью уменьшени  установленной мощности передачи в качестве несимметричной нагрузки использован трехфазный двигатель, статорные обмотки которого выполнены неодинаковым по количеству витков и расположены между собой под углами , от .-личными от 2 , при этом числа витков обмоток св заны между собой следующим соотношением:

-%-W l &/:|a4 a :(, oL д (, )(); cif-grt- - -) -№ (а-ю).

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема трехфазной передачи, у которой источник и нагрузка выполнены несимметричными; на фиг. 2 - трехфазна  передача, у которой несимметричный источник выполнен в виде последовательного соединени  несимметричного трансформатора и симметричного источника; на фиг. 3 - принци0 пиальна  схема передачи, у которой . несимметрична  нагрузка выполнена в виде последовательного соединени  симметричной нагрузки несимметричного трансформатора; на фиг. 4 - пере5 дача с несимметричным исполнением трехфазного двигател ; на фиг. 5 пример выполнени  трехфазной передачи с промежуточным отбором мощности от несимметричной линии.

Q Трехфазна  передача (фиг. 1) состоит из несимметричного источника 1, несимметричной нагрузки 2 и несимметричной линии 3, состо щей из двух проводов, имеющих соответственно сопротивлени  2д и 2ц, и сопутствующего электропроводного объекта 4

(например, рельсы), имеющего сопротивление ZP , подключеннохх) между источНИКОМ и нагрузкой и выполн ющего роль третьего провода в трехфазной

0 передаче. Сопротивлени  2д, 20И ZQ

включают активные и реактивные составл ющие , причем в общем случае

1 ZB Ф Zr..

(1)

Взаимные индуктивности Мдц, Mgp и между двум  проводами и сопутствующим электропроводным объектом не равны между собой МАБ MBC w (2). Источник выполнен с несимметричной системой трехфазных напр женки. С этой целью статорные обмотки, например синхронного генератора, имею неодинаковые числа витков по фазам и смещены так, что оси этих обмоток наход тс  между собой под углами, отличными от 2 ТЬ/З . Статорные обмот ки такого источника намотаны проводами с различными площад ми попереч ных сечений. Поэтому в несимметричном источнике внутренние сопротивле ни  2д(1,) , ZB(J) и ZCCM) не равны между собой, причем, если сопутствующий электропроводный объект вклю чает в фазу С, то имеет место неравенство 2С(И) 2д(ч ; Zc(u) 2в(„; (3) Аналогичные (3) соотношени  хара терны дл  несимметричной нагрузки. Работа трехфазной передачи происходит следующим образом. При уравновешенном режиме несимметричной линии токи и напр жени  по фазам не равны между собой. Урав новешенный режим имеет место в том случае, если коэффициент 8 несиммет рии напр жении равен с отрицательны значением коэффициенту S несиммет .рии токов в любой точке линии + О,в том числе в начале и конце ее. Если изобразить систему линейных напр жений и токов в виде треугольников в начале несимметричной линии то в любом ее сечении при уравновешенном режиме имеют место системы напр жений и токов, которые изображаютс  треугольниками, подобными треугольникам в начале линии. Кроме того, треугольники падений напр жений на внутренних сопротивлени х источника, сопротивлени х несимметричной линии и сопротивлени х нагру ки также между собой подобны. Величина должна при этом быть рассчитана с учетом сопротивлений и взаимных индуктивностей несимметрич ной линии. При выполнении (3) в любой точке линии.и несимметрично изготовлении источника и нагрузки, во всех элементах передачи (источнике, линии и нагрузке) имеет место уравновешенный режим. Несимметри  трехфазных напр жений оцениваетс  коэффициентом несимметрии 8,равным отношению - ш где О и Uj- симметричные составл ющие напр жений в фазе А, причем V --T VAB «VBc aVcA). Уг- ilVAB Bc VcA)Несимметри  трехфазных токов оцениваетс  коэффициентом б{ анало-. гично (4) и (5). Под воздействием несимметричной системы напр жений (Ц и и) источника в сопротивлени х несимметричной линии 2/ , Zg, Z. и несимметричной нагрузки 2д(цJ,Zg/ц и Zf;) протекают несимметричные токи , которые можно разложить на составл ющие пр мой Ч и обратной tij последовательностей. Неуравновешенный режим характеризуетс  наличием в данной точке линии пульсирующей мощности N, равной N , + . (6) При достижении уравновешенного режима пульсирующа  мощность равна нулю . Разделив (6) на , получаем условие уравновешенности режима в трехфазной системе .f-i (7) Условие (7) должно быть справедливо как по отношению ко всей передаче в целом, так отношению к ее част м (источнику, линии и нагрузке ) . Однакоу условие (7) не может быть выполнено при всех значени х , завис щих от исполнени  источника, и не при всех вариантах выполнени  несимметричной нагрузки, а лишь пои отдельном значении коэффициента неримметрии напр жений источника и вполне определенном соотношении между величинами сопротивлений нагрузки . Такое значение f называетс  согласованнь1м и определ етс  сопрогивлени ми несимметричной линии и взаимными индуктивност ми между ее проводами. Дл  определени  согласованного значени  , кроме (7) , необходимо привести систему уравнений, описывающих режим передачи при несимметричных источнике, линии и нагрузке ., (8) Г-Гс-Гв. r., ричем c-i(). B-fKB M., c-i() (M,,oM,.), с:()-. В выражении (8) Ди и AUj симетричные составл ющиепр мой и братной последовательностей падений апр жений на сопротивлени х 2д,г

и i.(. Разделив почленно правое уравн ..нио (8) на левое, получаем

с . yj-

С9;

ли , I.,.

Кроме того дл  линии справедливо i 01. (10)

Уравнени  (9) и (10) образуют систему уравнений первой степени с двум  неизвестными. Решив ее, найдем согласованное значение коэффициента несимметрии

°±л/(Г)

(11)

uU

которое с учетом (7) и (10) равно .

Условие (7) и (10) должно выполн тьс  в источнике и нагрузке, последние должны быть выполнены несимметричными . В этом случае в источнике и нагрузке, в качестве которых могут быть использованы синхронные машины, ibieeT место уравновешенный режим (отсутствие эллиптичности вращающегос  магнитного пол , механические фибрации удвоенной частоты сети,, Перегревы обмоток и т.д.).

Схема трехфазной передачи (фиг.2) содержит несимметричный источник 1, несимметричную нагрузку 2 и несимметричную линию 3. Несимметричный источник 1 состоит из симметричного источника 4 и трансформатора имеющего симметричную 5 и несимметричную б группы обмоток. Такое выполнение несимметричного источника позвол ет согласовать уравновешенный режим несимг«1етричной линии и уравновешенный режим симметричного источника .

В этом случае должны выполн тьс  услови , уравновешивани  (7), (10) н (11) с той разницей, что вместо параметров несимметричной линии 3 в (8) и (11) должны быть подставлены параметры несимметричной 6 группы обмото ; трансформатора. Очевидно, что дл  выполнени  (7), (10) и (11) обмотки 6 трансформатора должньа содержать неодинаковое количество витков и быть выполнены проводами с различной площадью поперечного сечени , при этом соотношение между количеством витков в несимметричной группе 6 определ етс  величиной несимметрии и ее фазным углом из (11)/ а величины площадей сечений обмоток соответствующими токами, соотношение между которыми устанавливаетс  с помощью (7).

Трехфазна  электропередача (фиг.З содержит несимметричный источник 1, несимметричную линию 3 и несимметричную нагрузку 2, состо щую из симметричной нагрузки 4 и согласующего

трансформатора с симметричной 5 и несимметричной 6 групп обмоток. На. входе трансформатора коэффициент несимметрии напр жений определ етс  выражением (11), а на выходе трансформатора он равен нулю. Несимметрична  группа обмоток 6 имеет неодинаковое количество витков и намотан проводами, имеющими различные величины площадейпоперечных сечений. Такое выполнение передачи также позвол ет создать уравновешенный режим дл  всех частей электропередачи независимо от величины и фазного угла нагрузки.

Схема трехфазной передачи (фиг.4 состоит из несимметричного источника 1, несигФ1етричной нагрузки 2 и линии 3. Несимметричный источник выполнен из трансформатора с симметричной 5 и несимметричной б группами обмоток и сим1ч1етричного источника , в качестве которого использованы зажимы А, В и С трехфазной симметричной сети 4. Несимметрична  нагрузка выполнена в виде двигател  переменного тока, имеющего различно количество витков Нд, Wg и (-. в обмотках статора. В этом случае оси обмоток наход тс  под углами ci д и отличными от 27Г/3 / как это прин то у симметричных машин переменного тока. Дл  достижени  уравновешенности режима всех частей передачи, кроме выполнени  (7) и (11), необходимо, чтобы отношение числс витков обмоток статора было ра в но

A вV f/° -« /a.

и углы d-Aa и сСдс между ос ми обмото статора составл ли

d.

ai-g-()qrg(a%ae);

АБ

с1

дс-аг(1+6)-аг().

Claims (3)

1. Ротор такого двигател  выполнен симметричкьЦЛ и не отличаетс  от обычного исполнени  (корбткозамкнутого или с обмоткой). При таком исполнении трехфазного двигател  в нем отсутствуют пульсации крут щего 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 напр жению  вл етс  согласованным с сопротивлени ми несимметричной линии. В этом случае двигатель и генератор в несимметричной передаче  вл ютс  обратными. Электропередача, представленна  на фиг. 5, состоит из несимметричного источника 1, участков несиммет ричной линии 3 и несимметричных нагрузок 2. Узлы 4 и 5  вл ютс  пун тами промежуточного отбора мощности Дл  передачи характерно несимметричное исполнение всех элементов (источника, линии и нагрузки). Во всех элементах этой разветвленной передачи имеет место уравновешенный режим. В случае подключени  к такой линии передачи однофазных нагрузок дл  компенсации неуравновешенности необходимы специальные симметрирующ устройства, как и в обычной симметричной трехфазной сети. Эффективность использовани  данного изобретени  заключаетс  в сниж нии капитальных и эксплуатационных затрат трехфазных передач, лини  пе редачи которых выполнена несимметри ной. Согласно изобретению дл  передел ки существующих передач, включающих линии два провода - рельс, необходима только перемотка обмоток транс форматоров (первичных либо вторичны А дл  использовани  передачи совместно с линией два провода - труба необходимо перемотать вторичную обмотку трансформатора и статорную об мотку электробура или погружного электронасоса. Экономический эффект при внедрении передачи вместо существующей по линии два провода - рельс состав л ет 500-1000 р. в год при прот женности передачи 5-15 км. Формула изобретени  1.Электропередача, содержаща  источник трехфазных напр жений, трех фазную нагрузку и несимметричную линию, выполненную из двух проводов и электропроводного объекта, выполн ющего роль третьего провода, о тличающа с  тем, что, с целью обеспечени  уравновешенного режиму работы электропередачи при лю бых значени х величины и фазного угла нагрузки и повышени  пропускной способности электропередачи, трехфазный источник и нагрузка выполнены несимметричными по фазам. 2.Электропередача по п. 1, о т-. личающа с  тем, что внутренние сопротивлени  источника 2д(ц) 2п(и) и гс(и), сопротивлени  нагрузки ZACH, , ZB(H) , и коэффициент несимметрии напр жени  трехфазного источника св заны следующими соотноиени ми: А(и) c(.w) eCriV V-IHV ,.. °.,..2а,;; Гс- i (.в с) в (. ). (.-«,д) c4( ( где Зд,2цИ Z - сопротивлени  линии электропередачи; взаимные индуктивности линии электропередачи; Ш- кругова  частота сети; d - фазный, оператор, раз И2ГГ/ Г; J - мнима  величина равна  -V . 3.Электропередача по п. 1, отличающа с  тем, что несимметричный источник выполнен в виде последовательного соединени  симметричного трехфазного источника и трехфазного трансформатора, имеющего симметричную и несимметричную группы обмоток, причем симметричный источник соединен с симметричной группой обмоток, 4.Электропередача по пп. 1 и 2, отличающа с  тем, что несимметрична  нагрузка выполнена и в виде последовательного соединени  симметричной трехфазной нагрузки и трехфазного трансформатора, имеющего симметричную и несимметричную группы обмоток, причем симметрична  группа обмоток соединена с симметричной нагрузкой. 5.Электропередача по пп. 1 и 2, отличающа с  тем, что, с целью уменьшени  установленной мощности передачи, в качестве несимметричной нагрузки использован трехфазный двигатель, статорные обмотки которого выполнены неодинаковыми по количеству витков и расположены ежду собой под углами и (- , отличными от 2Tt/3 , при этом числа витков обмоток св заны между собой ледующим соотношением: .g-.(t/:|a-a4/. AB ° V -arg-ta + ae), т1 д, f)-cir (а- о е X где W :Wg:Wj, - числа витков статорных обмоток. Приоритет по пунктам 13.04.79 по пп. 2-5. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Веселовский О.Н. Михаил Осипович Доливо-Добровольский. М.-Л., ГЭИ 1958, с. 54.
2. 2.Веселовский О.Н. Михаил Осипович Доливо-Добровольский. ГЭИ, 1958, с. 73, 265.
3. 3. Эффендиэаде А.А., ЛистенгартЬн . Исслелование режима работы электробура при питании по системе два провода - труба.- Извести  ВУЗов, Нефть и газ , 1963, № 10, с.93-96. 4« Венер П.П. Электропередача два провода - земл .-Электричест , 1933, 20. 5 Титов А.И. Симметрирование напр жений с помощью емкости в системе ДПР (два провода - рельс).-Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, 1965, с. 40-43.