УСТРОЙСТВО СИММЕТРИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ
VOLTAGE BALANCER IN THREE-PHASE NETWORK

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в электрических сетях напряжением 0,4 кВ.
Назначение устройства: улучшение качества электрической энергии по уровню несимметрии напряжений в соответствии с ГОСТ 13109-97, в особенности в сельских электрических сетях, где качество электроэнергии по уровню несимметрии часто неудовлетворительное ввиду применения в этих сетях трансформаторов со схемой соединения обмоток «звезда - звезда с нулем», наличия большой доли однофазных нагрузок и протяженности линий свыше 500 метров.
Известно устройство для регулирования и симметрирования напряжения в трехфазной сети с нулевым проводом, в котором с целью расширения функциональных возможностей за счет фильтрации токов высших гармоник дополнительно содержится две группы конденсаторов, в каждой из которых - три конденсатора, причем первые зажимы конденсаторов в первой и второй группах соответственно объединены между собой, вторые зажимы конденсаторов первой группы присоединены соответственно к точкам соединения полуобмоток первичной обмотки в каждой фазе, вторые зажимы конденсаторов второй группы присоединены к входным фазным зажимам устройства (прототип - патент 1746466, 5 H02J 3/26, 09.07.1990).
Основным недостатком данного изобретения является наличие трехфазных коммутационных аппаратов и других элементов, помимо индуктивных, усложняющих конструкцию устройства, снижающих надежность и не обеспечивающих, между тем, полного устранения несимметрии напряжений.
Задачей изобретения является создание технически простого, надежного и эффективного устройства для симметрирования напряжений трехфазной сети с диапазоном устраняемой несимметрии величиной до 100% и без использования трехфазных коммутационных аппаратов и каких-либо дополнительных элементов, кроме индуктивных.
Необходимый технический результат достигается использованием в устройстве только вольтодобавочных трансформаторов, соединенных особым образом в нем для получения составляющих напряжения нулевой последовательности и подключенных к входным и выходным зажимам устройства так, чтобы происходило геометрическое вычитание полученных составляющих нулевой последовательности из напряжений всех трех фаз с целью получения симметричной системы напряжений.
Сущность изобретения
Сущность изобретения заключается в выделении напряжения нулевой последовательности и геометрическом вычитании этого напряжения из напряжений всех трех фаз для получения симметричной системы. Предлагаемый способ базируется на методе симметричных составляющих. Выделение напряжения нулевой последовательности осуществляется путем геометрического сложения уменьшенных в три раза напряжений трех фаз. Если система симметричная, то есть несимметрия напряжений отсутствует, то напряжение нулевой последовательности получается равным нулю и при геометрическом вычитании его из напряжений трех фаз никаких изменений не происходит. Если система напряжений трех фаз несимметричная, то выделенное напряжение нулевой последовательности не равно нулю и при геометрическом вычитании его из напряжений трех фаз получается симметричная система прямой последовательности. Уменьшенные в три раза напряжения трех фаз формируют три понижающих однофазных четырехобмоточных трансформатора с одной первичной и тремя вторичными обмотками с коэффициентом трансформации, равным трем. Первичные обмотки соединяются в звезду и подключаются на фазное напряжение, однако рассчитываются на напряжение 380 вольт, так как предусматривается возможность устранения несимметрии величиной до 100%. Геометрическое сложение полученных на вторичных обмотках напряжений осуществляется посредством последовательного соединения этих вторичных обмоток - получаются три группы последовательно соединенных обмоток, на которых выделяется напряжение нулевой последовательности. Геометрическое вычитание напряжения нулевой последовательности из напряжений трех фаз осуществляют посредством последовательного включения в провода трех фаз полученных групп последовательно соединенных обмоток так, чтобы выделенное напряжение нулевой последовательности было в противофазе к напряжению нулевой последовательности, присутствующему в напряжении соответствующей фазы. В отличие от прототипа в данном изобретении предусматривается устранение несимметрии величиной до 100% и коррекция напряжений фаз осуществляется геометрическим вычитанием из них выделенного напряжения нулевой последовательности, что обеспечивает высокую эффективность и надежность устройства.
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства симметрирования напряжений трехфазной сети. Устройство состоит из трех особым образом соединенных понижающих однофазных четырехобмоточных трансформаторов (1), имеющих одну первичную (2) и три вторичных обмотки (3). Клеммы (4) предназначены для подключения устройства к трехфазной сети, а клеммы (5) - для подключения потребителей, качество электроэнергии по уровню несимметрии на вводах которых нужно поддерживать на должном уровне в соответствии с ГОСТ 13109-97.
Принцип действия устройства
Устройство симметрирования напряжений включается в разрыв линии, питающей трехфазную нагрузку или группу трехфазных нагрузок. При этом устранение несимметрии напряжений происходит за счет геометрического вычитания выделенного напряжения нулевой последовательности из напряжений всех трех фаз. Для этого три группы последовательно соединенных вторичных обмоток трех понижающих однофазных четырехобмоточных трансформаторов с коэффициентом трансформации, равным трем, последовательно включаются каждая в провод соответствующей фазы так, чтобы происходило геометрическое вычитание выделенного на группах последовательно соединенных указанных вторичных обмоток напряжения нулевой последовательности из напряжений соответствующих фаз, а первичные обмотки данных трансформаторов соединяются в звезду и подключаются на фазное напряжение.