Устройство для симметричного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети
Владельцы патента RU 2506676:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ярославская государственная сельскохозяйственная академия (RU)
Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение пропускной способности распределительных электрических сетей, надежности электроснабжения и безопасности однофазных потребителей электрического тока. Устройство для симметричного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети представляет из себя трехфазный разделительный одно- или многообмоточный (во вторичной цепи) трансформатор потребителя, при этом каждая из вторичных обмоток имеет независимые от основной обмотки дополнительные витки, предназначенные для компенсации падения напряжения на линии, а каждый из потребителей многообмоточного разделительного трансформатора запитан от своей или от общей (для однообмоточного трехфазного трансформатора) вторичной обмотки, в которой линия каждого потребителя запитана от трехфазных катушек трансформатора соединенных последовательно, любые две из которых включены согласованно, а третья - встречно.
Изобретение относится к области электротехники в частности к электроснабжению однофазных потребителей от трехфазных сетей, в том числе потребителей коммунального хозяйства и может быть использовано в трехфазных трех-, четырех- и пятипроводных распределительных электрических сетях переменного тока.
До настоящего времени единственным способом обеспечения симметричной загрузки трехфазных трех- четырех- и пятипроводных сетей (три фазы - ноль и 3 фазы ноль и защитный проводник) переменного тока напряжением до 100.0 В и трехфазных силовых трансформаторов того же напряжения на вторичной обмотке равномерной нагрузкой по фазам, при наличии в сетях однофазных потребителей, является как можно более равномерное (по потребляемой мощности) физическое подключение нагрузки к фазам трехфазной сети (симметричное распределение нагрузки по фазам) [Киреева Э.А. Электроснабжение и электрооборудование цехов промышленных предприятий // - М.: Кнорус. 2011. - 368 с. (С.139)].
Этот прием, тем не менее, не обеспечивает постоянной (хотя бы примерной) симметрии нагрузки ни сетей, ни силовых трансформаторов, как из-за различной потребляемой мощности однофазных потребителей, так и из-за несовпадения графиков их нагрузки по фазам, что влечет за собой:
1 - снижение пропускной способности силовых сетей и трансформаторов;
2 - повышение потерь в сети, вследствие протекания тока по нулевому проводу;
3 - снижение надежности электроснабжения потребителей из-за возможной перегрузки одной из фаз и ее отключения защитой.
Задачей изобретения является повышение: пропускной способности распределительных электрических сетей, надежности электроснабжения и безопасности однофазных потребителей электрического тока.
Поставленная задача достигается устройством для симметричного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети, представляющее из себя трехфазный разделительный одно- или многообмоточный (во вторичной цепи) трансформатор потребителя, причем, каждая из вторичных обмоток имеет независимые от основной обмотки дополнительные витки, предназначенные для компенсации падения напряжения на линии, а каждый из потребителей многообмоточного разделительного трансформатора запитан от своей или от общей (для однообмоточного трансформатора) вторичной обмотки, в которой линия каждого потребителя запитана от трех фазных катушек трансформатора соединенных последовательно, любые две из которых включены согласованно, а третья - встречно.
Новые существенные признаки:
1 - включение трех фазных катушек каждой вторичной обмотки трансформатора последовательно, любые две из которых включены согласованно, а третья - встречно позволяет получить однофазное переменное напряжение.
2 - запитывание однофазной обмотки линии одновременно от трех фаз позволяет равномерно распределить нагрузку по фазам и обеспечивает абсолютную симметрию нагрузки линии и трансформатора подстанции.
3 - симметричная нагрузка линии и трансформатора подстанции позволяет увеличить пропускную способность электрической сети;
4 - наличие у каждой из вторичных обмоток независимых от основных обмоток дополнительных витков позволяет получить 3 ступени регулирования напряжения вверх и, при необходимости, 3 - вниз, что повышает качество электроснабжения;
5 - питание однофазной обмотки одновременно от трех фаз позволяет при исчезновении напряжения на любой из фаз обеспечить электроснабжение от оставшихся двух фаз, включенных встречно друг к другу, на уровне 0,965 номинального напряжения сети при числе дополнительных витков составляющих 10% от числа витков обмотки, что повышает качество и надежность электроснабжения;
6 - питание каждого из потребителей от своей обмотки многообмоточного трансформатора полностью исключает гальваническую связь с другими электропотребителями, повышает качество и безопасность электроснабжения;
7 - питание потребителя через разделительный трансформатор обеспечивает гальваническую развязку потребителя от внешней мощной сети и повышает безопасность электроснабжения.
Перечисленная совокупность признаков обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат обеспечивается включением трех фазных катушек каждой вторичной обмотки предлагаемого устройства последовательно, любые две катушки из которых включены согласованно, а третья - встречно, что позволяет получить двухпроводную однофазную линию переменного тока, нагрузка от которой равномерно распределена по трем фазам питающей сети, обеспечивая симметричную нагрузку линии и питающего трансформатора, независимо от наличия или отсутствия любой однофазной нагрузки.
Отсутствие симметрии вторичных напряжений трансформаторной подстанции неблагоприятно отражается на потребителях. У асинхронных двигателей трехфазного тока с короткозамкнутым ротором при питании их несимметричным напряжением снижается мощность, у ламп накаливания при питании их повышенным напряжением резко уменьшается срок службы, а при питании пониженным напряжением существенно падает светоотдача. У трансформатора несимметричная нагрузка вызывает перегрузку отдельных его обмоток, насыщение магнитопровода и повышение фазных напряжений.
Симметричная загрузка линии и трансформатора подстанции позволяет увеличить пропускную способность электрической сети.
Наличие у каждой из вторичных обмоток независимых от основных обмоток дополнительных витков позволяет получить 3 ступени регулирования напряжения вверх и 3 - вниз и позволяет поддерживать напряжение на выходных зажимах трансформатора в допустимых пределах ступенями, или плавно (при применении дополнительных устройств плавного регулирования напряжения) что обеспечит высокое качество электроснабжения однофазного потребителя.
Многофазное питание однофазного потребителя одновременно от трех фаз позволяет при исчезновении напряжения на любой из фаз коммутацией обмоток и дополнительных витков обеспечить электроэнергией однофазного потребителя от оставшихся двух фаз (с равномерной загрузкой последних) на уровне не ниже 0,9 номинального напряжения сети, что повышает качество и надежность электроснабжения.
Питание каждого из потребителей или группы потребителей от своей (отдельной) обмотки многообмоточного трансформатора полностью обеспечивает гальваническую развязку от других потребителей (или от других групп потребителей), и от мощной внешней сети, повышает качество и безопасность электроснабжения однофазных электроприемников, исключая влияние одного потребителя на других и наоборот.
Любая несимметрия сети, оборудованной предлагаемыми устройствами, означает аварийный режим работы, что позволит ускорить отыскание неисправности и способствует повышению надежности электроснабжения.
Устройство для симметричного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети, представляющее из себя трехфазный разделительный одно- или многообмоточный (во вторичной цепи) трансформатор потребителя, отличающийся тем, что каждая из вторичных обмоток имеет независимые от основной обмотки дополнительные витки, предназначенные для компенсации падения напряжения на линии, а каждый из потребителей многообмоточного разделительного трансформатора запитан от своей или от общей (для однообмоточного трехфазного трансформатора) вторичной обмотки, в которой линия каждого потребителя запитана от трех фазных катушек трансформатора, соединенных последовательно, любые две из которых включены согласованно, а третья - встречно.
