ЧЕТЫРЕХФАЗНАЯ ПЯТИПРОВОДНАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
FOUR-PHASE FIVE-WIRE POWER TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для передачи электрической энергии в электрических сетях с изолированной нейтралью.
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.).
Однако известная электрическая система обладает значительными потерями электрической энергии и напряжения и требует достаточно больших затрат на материалы.
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.
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.
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).
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.
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).