Электромагнитный компенсатор тока третьей гармоники в трехфазных четырехпроводных сетях

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения энергоэффективности трехфазных четырехпроводных сетей за счет снижения дополнительных потерь мощности и электроэнергии от протекания токов третьей гармоники.

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.

За прототип принят 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 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 предлагаемого изобретения является повышение эффективности компенсации тока третьей гармоники в трехфазной четырехпроводной сети.

Технический результат - повышение точности компенсации тока 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.

Технический результат достигается электромагнитным компенсатором тока третьей гармоники в трехфазных четырехпроводных сетях, содержащим трехфазный однополупериодный выпрямитель, четыре трансформатора тока, один из которых включен своей первичной обмоткой в нейтральный провод, а три других - в фазные провода сети, в которое дополнительно введен фильтр с полосой пропускания 150 Гц, три токовых реле и три цепи из последовательно соединенных конденсатора и резистора, при этом, обмотки трех токовых реле включены параллельно вторичным обмоткам трех трансформаторов тока, включенных в фазные провода сети, а последовательно включенные размыкающие контакты трех токовых реле шунтируют вторичную обмотку трансформатора тока, включенного в нейтральный провод сети, также, параллельно обмоткам трех токовых реле подключаются цепи из последовательно соединенных конденсатора и резистора, при этом, начала вторичных обмоток трех трансформаторов тока, включенных в фазные провода сети, соединяются в общую точку и подключаются к началу вторичной обмотки трансформатора тока включенного в нейтральный провод, а концы трех трансформаторов тока, включенных в фазные провода сети, подключаются к анодам трехфазного однополупериодного выпрямителя, катоды которого соединяются в общую точки и подключаются через фильтр с полосой пропускания 150 Гц к концу вторичной обмотки трансформатора тока включенного в нейтральный провод сети.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого электромагнитного компенсатора тока третьей гармоники в трехфазных четырехпроводных сетях.

Электромагнитный компенсатор тока третьей гармоники в трехфазных четырехпроводных сетях содержит трехфазный однополупериодный выпрямитель 1, четыре трансформатора тока 2-5, фильтр 6 с полосой пропускания 150 Гц, обмотки 7-9 и размыкающие контакты 10-12 трех токовых реле и три цепи 13-15 из последовательно соединенных конденсатора и резистора. Трансформатор тока 2 включен своей первичной обмоткой в нейтральный провод N, а трансформаторы тока 3-5 подключены в фазные провода сети L1, L2, L3, начало вторичной обмотки трансформатора тока 2 и начала вторичных обмоток трансформаторов тока 3-5 образуют общую точку. Концы вторичных обмоток трансформаторов тока 3-5 подключены к анодам трехфазного однополупериодного выпрямителя 1. Катоды трехфазного однополупериодного выпрямителя 1 соединены в общую точки и через фильтр 6 с полосой пропускания 150 Гц подключены к концу вторичной обмотки трансформатора тока 2. Параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока 3-5 подключаются обмотки 7-9 трех токовых реле и три цепи 13-15 из последовательно соединенных конденсатора и резистора. Последовательно соединенные размыкающие контакты 10-12 трех токовых реле шунтируют вторичную обмотку трансформатора тока 2.

Электромагнитный компенсатор тока третьей гармоники в трехфазных четырехпроводных сетях работает следующим образом.

Однофазные нелинейные нагрузки вызывают протекание в фазных и нейтральном проводах четырехпроводной сети несинусоидальных токов, среди которых доминирует третья гармоника. От протекания токов основной гармоники по первичным обмоткам трансформаторов тока 3-5 во вторичных обмотках этих трансформаторов тока индуцируются вторичные токи. Диоды трехфазного однополупериодного выпрямителя 1 включаются попеременно по 1/3 периода промышленной частоты. Ток будет проводить тот диод трехфазного однополупериодного выпрямителя 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 6 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 7-9 трех токовых реле будут получать питание от трансформаторов тока 3-5 в тех случаях, когда соответствующий диод трехфазного однополупериодного выпрямителя 1 не будет проводить ток, то есть попеременно 2/3 периода промышленной частоты. Три цепи 13-15 из последовательно соединенных конденсатора и резистора осуществляют замедление действия трех токовых реле и не позволяют замыкаться контактам 10-12 трех токовых реле, осуществляя питание обмоток 7-9 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 10-12 трех токовых реле.

Таким образом, заявленный электромагнитный компенсатор тока третьей гармоники в трехфазных четырехпроводных сетях 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.