Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для передачи электрической энергии в электрических сетях с изолированной нейтралью.The invention relates to electrical engineering and can be used to transmit electrical energy in electrical networks with isolated neutral.
Известна электрическая система, содержащая трехфазный источник электрической энергии, двухцепную линию электропередачи, два трансформатора, соединяющих источник электрической энергии с линией, и трехфазные приемники электрической энергии, подключенные к линии через трансформаторы (Аналог. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / В.В. Ершевич, А.Н. Зейлигер, Г.А. Илларионов и др. Под редакцией С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.).Known electrical system containing a three-phase source of electrical energy, a two-circuit power line, two transformers connecting the source of electrical energy to the line, and three-phase receivers of electrical energy connected to the line through transformers (Analogue. Reference book on the design of electric power systems / V.V. Ershevich, A.N. Zeiliger, G.A. Illarionov et al. Edited by S.S. Rokotyan and I.M. Shapiro. - 3rd ed., Revised and enlarged. - M .: Energoatomizdat, 1985. - 352 from.).
Однако известная электрическая система обладает значительными потерями электрической энергии и напряжения и требует достаточно больших затрат на материалы.However, the known electrical system has significant losses of electrical energy and voltage and requires a fairly large cost of materials.
Известна также четырехфазная линия электропередачи (Прототип. Пат.2256273, Российская Федерация, МПК7 Н02J 3/00, 3/04, авторы: Бурянина Е.В. и др.). Линия подключена к вторичным обмоткам двух трансформаторов, параллельно включенных первичными обмотками со стороны питания и имеющих группы соединения обмоток, сдвигающих напряжения одноименных фаз вторичных обмоток на 180 градусов. Два провода линии, образующих одну цепь четырехфазной линии, включены к двум вторичным выводам одного трансформатора, а вторые два провода, образующих вторую цепь, - к одноименным вторичным выводам второго трансформатора. Третьи выводы вторичных обмоток трансформаторов заземлены. Потребители подключены к линии также через два трансформатора, тоже сдвигающих напряжения на 180 градусов. Со стороны нагрузки эти трансформаторы включены параллельно. За счет того, что токи в заземленных обмотках трансформатора противоположны по направлению, ток в земле отсутствует. Четырехфазная линия электропередачи имеет меньшие потери напряжения, чем двухцепная трехфазная, а потери электроэнергии в ней в 1,5 раз меньше, чем у двухцепной трехфазной. Кроме того, за счет отсутствия двух проводов стоимость линии меньше, чем двухцепной трехфазной. Существенным недостатком четырехфазной линии электропередачи является необходимость подключения каждого присоединения (источника питания и нагрузки) через два трансформатора. Для подключения нагрузки от двух независимых источников электрической энергии, каким должна являться четырехфазная линия, это требует дополнительно двух трансформаторов. Аналогично, подключение двух источников электроэнергии к четырехфазной линии также требует дополнительно двух трансформаторов. Вторым недостатком является то, что при отключении одной цепи (в результате аварии или ремонта) появляются токи в земле, зависящие от сопротивления земли. В условиях вечной мерзлоты в зимний период это исключает передачу электроэнергии.A four-phase power line is also known (Prototype. Pat.2256273, Russian Federation, IPC7 Н02J 3/00, 3/04, authors: Buryanina E.V. et al.). The line is connected to the secondary windings of two transformers, connected in parallel by the primary windings from the supply side and having connection groups of windings that shift the voltage of the same phases of the secondary windings by 180 degrees. Two wires of the line forming one circuit of the four-phase line are connected to two secondary terminals of one transformer, and the second two wires forming the second circuit are connected to the secondary terminals of the same name of the second transformer. The third terminals of the secondary windings of the transformers are grounded. Consumers are also connected to the line through two transformers, which also shift voltages by 180 degrees. On the load side, these transformers are connected in parallel. Due to the fact that the currents in the grounded windings of the transformer are opposite in direction, there is no current in the ground. A four-phase power line has less voltage loss than a two-circuit three-phase, and the electric power loss in it is 1.5 times less than that of a two-circuit three-phase. In addition, due to the absence of two wires, the cost of the line is less than a two-circuit three-phase one. A significant drawback of the four-phase power line is the need to connect each connection (power source and load) through two transformers. To connect the load from two independent sources of electrical energy, which should be a four-phase line, this requires an additional two transformers. Similarly, connecting two power sources to a four-phase line also requires two additional transformers. The second drawback is that when one circuit is disconnected (as a result of an accident or repair), currents appear in the ground, depending on the resistance of the ground. In the conditions of permafrost in the winter, this eliminates the transmission of electricity.
Целью изобретения является повышение надежности четырехфазной линии до надежности двухцепной трехфазной с одновременным снижением потерь электрической энергии и потерь напряжения по сравнению с двухцепной трехфазной, а также снижение стоимости линии электропередачи по сравнению с двухцепной трехфазной.The aim of the invention is to increase the reliability of a four-phase line to the reliability of a two-circuit three-phase with a simultaneous decrease in losses of electric energy and voltage losses compared to a two-circuit three-phase, and also to reduce the cost of a power line compared to a two-circuit three-phase.
Указанная цель достигается введением дополнительного провода и соответственно изменением схемы включения источников и потребителей электрической энергии по сравнению с прототипом, за счет чего число трансформаторов, включенных между источниками и потребителями, с одной стороны, и линией, с другой стороны, не увеличивается по сравнению с двухцепной трехфазной линией. Токи в обмотках трансформаторов, присоединенных к разным цепям и пятому проводу, противоположны по направлению, поэтому ток в пятом проводе меньше фазного тока каждой цепи. Поэтому потери мощности в пятипроводной четырехфазной линии меньше, чем в двухцепной трехфазной. При отключении одной цепи четырехфазная пятипроводная линия автоматически переводится в режим одноцепной трехфазной (в такой же режим, как при отключении одной цепи двухцепной трехфазной линии).This goal is achieved by introducing an additional wire and, accordingly, changing the circuit for switching on sources and consumers of electric energy in comparison with the prototype, due to which the number of transformers connected between sources and consumers, on the one hand, and the line, on the other hand, does not increase compared to the double-circuit three-phase line. The currents in the transformer windings connected to different circuits and the fifth wire are opposite in direction, so the current in the fifth wire is less than the phase current of each circuit. Therefore, the power loss in a five-wire four-phase line is less than in a two-circuit three-phase line. When one circuit is disconnected, the four-phase five-wire line is automatically switched to single-circuit three-phase mode (in the same mode as when one circuit of the two-circuit three-phase line is disconnected).
Структурная схема предлагаемой четырехфазной пятипроводной линии электропередачи приведена на фиг.1 и содержит генерирующий трехфазный источник электрической энергии 1, трехфазные трансформаторы 2 и 3, соединяющие источник электрической энергии с четырехфазной линией 4. Трансформатор 2, включенный двумя фазами к одной цепи четырехфазной линии 4, трансформирует вторичное напряжение на 180 градусов, отличное от вторичного напряжения трансформатора 3, включенного к одноименным фазам второй цепи четырехфазной линии 4. Трехфазные трансформаторы 5, соединяющие трехфазные приемники 7 с двумя фазами одной цепи четырехфазной линии 4, также трансформируют вторичное напряжение на 180 градусов, отличное от вторичного напряжения одноименных фаз трансформаторов 6, включенных между нагрузками 8 и второй цепью четырехфазной линии 4. Третьи фазы трансформаторов со стороны четырехфазной линии 4 включены к заземленному дополнительному проводу 9, проложенному вдоль всей четырехфазной линии.The block diagram of the proposed four-phase five-wire power line is shown in figure 1 and contains a generating three-phase source of electrical energy 1, three-phase transformers 2 and 3, connecting the source of electrical energy to the four-phase line 4. Transformer 2, connected in two phases to one circuit of the four-phase line 4, transforms secondary voltage by 180 degrees, different from the secondary voltage of transformer 3 connected to the same phases of the second circuit of the four-phase line 4. Three-phase transformers 5, connecting three-phase receivers 7 with two phases of the same circuit of the four-phase line 4, also transform the secondary voltage by 180 degrees, different from the secondary voltage of the same phases of the transformers 6, connected between the loads 8 and the second circuit of the four-phase line 4. The third phases of the transformers on the four-phase side lines 4 are connected to a grounded auxiliary wire 9 laid along the entire four-phase line.
Введение дополнительного провода повышает надежность четырехфазной линии до надежности двухцепной трехфазной. За счет уменьшения числа линейных проводов в предлагаемой электрической системе по сравнению с двухцепной трехфазной линией уменьшаются потери электрической энергии и напряжения, а также снижается стоимость, связанная с меньшими затратами на сооружение линии (пять проводов вместо шести).The introduction of an additional wire increases the reliability of the four-phase line to the reliability of the two-circuit three-phase. By reducing the number of linear wires in the proposed electrical system compared with a two-circuit three-phase line, the loss of electrical energy and voltage is reduced, as well as the cost associated with lower costs for the construction of the line (five wires instead of six).