УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ТОКА ТРЕТЬЕЙ ГАРМОНИКИ В НЕЙТРАЛЬНОМ ПРОВОДЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для повышения энергоэффективности трехфазных четырехпроводных сетей за счет снижения потерь электроэнергии от протекания токов третьей гармоники в нейтральном проводе электрической сети.
Известно устройство защиты сети от воздействия токов третьей гармоники (патент RU 2353040, МПК H02J 3/01, H02J 3/26, Бюл. №11, 2009 г), состоящее из измерительного трансформатора и выпрямителя, в которое введены три трансреактора, первичные обмотки которых включены в рассечку линейных проводов сети, а начала их вторичных обмоток образуют общую точку с концом вторичной обмотки измерительного трансформатора, при этом измерительный трансформатор выполнен трансреактором, а выпрямитель - трехфазным.
Недостатками данного устройства являются большая погрешность трансреакторов и слабое подавление тока третьей гармоники в нулевом проводе сети, а также возможность работы устройства в режиме перекомпенсации, вследствие этого - низкая энергоэффективность подавления токов третьей гармоники.
Также известен электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети (патент RU 2346370, МПК H02J 3/01, Бюл. №4, 2009 г), содержащий измерительный трансформатор тока, выпрямитель и преобразователь, в который введены три трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в рассечку линейных проводов сети, а начала их вторичных обмоток образуют с концом вторичной обмотки измерительного трансформатора тока общую точку, концы вторичных обмоток трех трансформаторов тока через выпрямитель подключены к положительному выходному зажиму преобразователя, отрицательный выходной зажим которого, соединен с началом вторичной обмотки измерительного трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в нейтральный провод сети, кроме того, выпрямитель выполнен трехфазным, и его катоды образуют общую точку с положительным выходным зажимом преобразователя, а каждый из анодов выпрямителя присоединен к концам вторичных обмоток трех трансформаторов тока.
Недостатками данного устройства являются частичное подавление тока третьей гармоники в нулевом проводе сети и низкая энергоэффективность при передаче электроэнергии.
За прототип принят электромагнитный компенсатор тока третьей гармоники 4-х проводной сети (патент RU 158207, МПК H02J 3/01, Бюл. №36, 2015 г), содержащий трехфазный однополупериодный выпрямитель с нулевой точкой, фильтр с полосой пропускания 150 Гц, семь трансформаторов тока, один из которых включен своей первичной обмоткой в нейтральный провод, а шесть других - согласно по два в фазные провода сети, начала вторичных обмоток первых трех трансформаторов тока образуют общую точку со вторичной обмоткой трансформатора тока, включенного в нейтральном проводе сети, а начала вторичных обмоток вторых трех трансформаторов подключены на вход трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой, выход которого через фильтр с полосой пропускания 150 Гц подключен к концу вторичной обмотки измерительного трансформатора тока, включенного в нейтральном проводе сети, при этом, концы вторичных обмоток шести трансформаторов тока, включенных в фазах сети, объединены так, что конец вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в опережающую фазу сети, соединен с концом вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в отстающую фазу сети.
Недостатками данного устройства являются зависимость величины компенсирующего тока третьей гармоники от величины тока основной гармоники, тем самым возможность работы устройства в режиме перекомпенсации, что снижает эффективность компенсации тока третьей гармоники.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности компенсации тока третьей гармоники в нейтральном проводе электрической сети.
Технический результат - повышение точности компенсации тока третьей гармоники за счет исключения режима перекомпенсации, что улучшает качество электрической энергии, снижает потери электроэнергии и потери напряжения во всех элементах трехфазной электрической сети от тока третьей гармоники.
Технический результат достигается устройством для компенсации тока третьей гармоники в нейтральном проводе электрической сети, содержащим трехфазный однополупериодный выпрямитель с нулевой точкой, фильтр с полосой пропускания 150 Гц, трансформатор тока, включенный своей первичной обмоткой в нейтральный провод электрической сети, шесть трансформаторов тока, включенные согласно по два в фазные провода электрической сети, при этом, концы вторичных обмоток шести трансформаторов тока, объединены между собой так, что конец вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в опережающую фазу сети, соединен с концом вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в отстающую фазу сети, при этом, начала вторичных обмоток первых трех трансформаторов тока объединены в общую точку, которая подключается к началу вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в нейтральный провод электрической сети, а начала вторичных обмоток вторых трех трансформаторов тока подключены на вход трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой, выход которого через фильтр с полосой пропускания 150 Гц подключен к концу вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в нейтральном проводе электрической сети, в который дополнительно введены три токовых реле и три цепи из последовательно соединенных конденсатора и резистора, при этом, обмотки трех токовых реле включены между началами вторичных обмоток трансформаторов тока, включенных в одной фазе, а последовательно включенные размыкающие контакты трех токовых реле шунтируют вторичную обмотку трансформатора тока, включенного в нейтральный провод электрической сети, также, параллельно обмоткам трех токовых реле подключаются цепи из последовательно соединенных конденсатора и резистора.
На фиг. 1 представлена схема устройства для компенсации тока третьей гармоники в нейтральном проводе электрической сети.
Устройство для компенсации тока третьей гармоники в нейтральном проводе электрической сети содержит трехфазный однополупериодный выпрямитель с нулевой точкой 1, семь трансформаторов тока 2-8, фильтр 9 с полосой пропускания 150 Гц, обмотки 10-12 и размыкающие контакты 13-15 трех токовых реле и три цепи 16-18 из последовательно соединенных конденсатора и резистора. Трансформатор тока 2 включен своей первичной обмоткой в нейтральный провод N, а шесть трансформаторов тока 3-8 подключены в фазные провода L1, L2, L3, начала вторичных обмоток трансформатора тока 2 и начала вторичных обмоток трансформаторов тока 3-5 образуют общую точку. Начала вторичных обмоток трансформаторов тока 6-8 подключены на вход трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой 1. Выход трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой 1 через фильтр 9 с полосой пропускания 150 Гц подключен к концу вторичной обмотки трансформатора тока 2. Причем, концы вторичных обмоток трансформаторов тока 3-8 объединены между собой так, что конец вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в опережающую фазу сети, соединен с концом вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в отстающую фазу сети. Обмотки 10-12 трех токовых реле включены между началами вторичных обмоток трансформаторов тока 3-8, а размыкающие контакты 13-15 трех токовых реле, соединенные последовательно, шунтируют вторичную обмотку трансформатора тока 2. Три цепи 16-18 из последовательно соединенных конденсатора и резистора подключены параллельно обмоткам 10-12 трех токовых реле.
Устройство для компенсации тока третьей гармоники в нейтральном проводе электрической сети работает следующим образом.
Однофазные нелинейные нагрузки вызывают протекание несинусоидальных токов в фазных и нейтральном проводах электрической сети, доминирующей при этом является третья гармоника тока. От протекания токов основной гармоники по первичным обмоткам трансформаторов тока 3-8 во вторичных обмотках этих трансформаторов тока индуцируются вторичные токи. Диоды трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой 1 включаются попеременно по 1/3 периода промышленной частоты. Так как вторичные обмотки трансформаторов тока 3-8 включены на разность фаз, то через диоды трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой 1 будет проходить ток в √3 раз больше фазного вторичного тока, ток будет проводить тот диод трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой 1, потенциал анода которого относительно общей точки вторичных обмоток трансформаторов тока 3-5 выше, чем у других диодов. Кратность пульсаций выпрямленного тока, протекающего во вторичной обмотке трансформатора тока 2, по отношению к основной частоте первичной сети равна трем. Для компенсации постоянной составляющей и нежелательных гармоник выпрямленного тока введен фильтр 9 с полосой пропускания 150 Гц. В результате ток протекающий через трансформатор тока 2 будет содержать только токи частотой 150 Гц, а вторичные обмотки не будут дополнительно прогреваться. Обмотки 10-12 трех токовых реле будут получать питание от трансформаторов тока 3-8 в тех случаях, когда соответствующий диод трехфазного однополупериодного выпрямителя 1 не будет проводить ток, то есть попеременно 2/3 периода промышленной частоты. Три цепи 16-18 из последовательно соединенных конденсатора и резистора осуществляют замедление действия трех токовых реле и не позволяют замыкаться контактам 13-15 трех токовых реле, осуществляя питание обмоток 10-12 трех токовых реле в 1/3 периода промышленной частоты, когда соответствующий диод трехфазного однополупериодного выпрямителя 1 проводит ток. Уставка трех токовых реле выбирается таким образом, чтобы во время минимума нагрузки электрической сети исключить возможность перекомпенсации тока третьей гармоники, зашунтировав вторичную обмотку трансформатора тока 2 с помощью размыкающих контактов 13-15 трех токовых реле.
Таким образом, заявленное устройство для компенсации тока третьей гармоники в нейтральном проводе электрической сети обеспечивает повышение точности компенсации третьей гармоники за счет исключения режима перекомпенсации, что улучшает качество электрической энергии, снижает потери активной мощности и потери напряжения во всех элементах трехфазной четырехпроводной сети от тока третьей гармоники.
Авторы:
1. Ханин Юрий Иванович - 400002, г. Волгоград, ул. Гвоздкова 8а, к. 17, Тел. +79275005373
2. Колесников Никита Владимирович - 400137, г. Волгоград, ул. 8-ой Воздушной Армии 9а, кв. 240, Тел. +79610714101
3. Перепелицина Анастасия Сергеевна - 400011, г. Волгоград, ул. им. Грибанова 4, кв. 16, Тел. +79375628744