CZ2015672A3 - Device to symmetrize load of three-phase electric network - Google Patents
Device to symmetrize load of three-phase electric network Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2015672A3 CZ2015672A3 CZ2015-672A CZ2015672A CZ2015672A3 CZ 2015672 A3 CZ2015672 A3 CZ 2015672A3 CZ 2015672 A CZ2015672 A CZ 2015672A CZ 2015672 A3 CZ2015672 A3 CZ 2015672A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- phase
- transformer
- secondary winding
- network
- winding
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
- Y02B70/3225—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/30—Reactive power compensation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
- Y04S20/20—End-user application control systems
- Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Vynález se týká zařízení (1) k symetrizaci zatížení třífázové elektrické sítě (2) při nesymetrickém odběru elektrické energie do jednofázové, dvoufázové nebo třífázové sítě, jehož vstupy jsou připojeny k výstupním svorkám tří fází (L1, L2, L3) třífázové sítě (2), přičemž jeho výstupy jsou připojeny na fázové svorky (U, V, W) jednotlivých spotřebičů (3, 4, 5) odporového charakteru, s rozdílnými elektrickými příkony, přičemž toto zařízení obsahuje elektrické a/nebo elektronické prostředky, jimiž je alespoň jeden třífázový transformátor (100) nebo tři jednofázově transformátory (101, 102, 103). Vinutí (11, 12, 13) každého transformátoru (101, 102, 103) nebo každé fázové části třífázového transformátoru (100) obsahuje primární vinutí (111, 121, 131) s odbočkou (112, 122, 132) a dvě sekundární vinutí (113, 114, 123, 124, 133, 134).BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device (1) for symmetrizing the load of a three-phase electrical network (2) in an unsymmetrical power take-off to a single-phase, two-phase or three-phase network whose inputs are connected to the three-phase output terminals (L1, L2, L3) of a three-phase network the outputs of which are connected to phase terminals (U, V, W) of resistive consumers (3, 4, 5) with different electrical inputs, the device comprising electrical and / or electronic means, at least one three-phase transformer (100) or three single-phase transformers (101, 102, 103). The windings (11, 12, 13) of each transformer (101, 102, 103) or each phase portion of the three-phase transformer (100) include a primary winding (111, 121, 131) with a tap (112, 122, 132) and two secondary windings ( 113, 114, 123, 124, 133, 134).
Description
Zařízení k symetrizaci zatížení třífázové elektrické site Oblasttechniky
Zařízení k symetrizaci zatížení třífázové elektrické sítě při nesymetrickém )f odběru elektrické energie z jednotlivých fází třífázové sítě, jehož vstupy jsou připojeny ke třem svorkám třífázové sítě, přičemž na jeho výstupní svorky jsou připojeny jednofázové, dvoufázové, nebo třífázové spotřebiče odporového charakteru, s rozdílnými elektrickými příkony v jednotlivých fázích, přičemž toto zařízení obsahuje elektrické a/nebo elektronické prostředky.
X
Dosavadní stav techniky
Je známa řada zařízení umožňujících odebírání výkonu z třífázové sítě a jeho dodávání do sítě jednofázové, dvoufázové nebo třífázové. Často se taková zařízení využívají například pro napájení jednofázového trakčního vedení z třífázové sítě, například pro napájení vrchního vedení železniční trati. Příkladem je řešení podle EP ί^25θ|θ44 B1. V jeho symetrizačním zapojení je využit třífázový meziobvodový usměrňovač proudu s vlastním vedením.
Napájecí zdroj pro jednofázové trakční vedení podle US 4^689735 A řeší ),(f odběr proudu pomocí zvláštních balančních obvodů. US 5í109j327 A řeší napájení zátěže pomocí třífázové sítě převodníky AC-DC a DC-AC s využitím kapacitoru, případně akumulačních zařízení. Uspořádání je složité a použité prvky drahé.
Tato zařízení jsou konstruována většinou jednoúčelově za použití různých typů regulátorů, přičemž jejich variabilita je malá a odebíraný výkon ze všech fází přitom nemusí být dostatečně rovnoměrný. Cílem řešení podle vynálezu je umožnit symetrizovaný odběr z třífázové sítě k napájení jednofázových, dvoufázových nebe třífázových spotřebičů odporového charakteru Toto řešení by přitom mělo umožnit odebírání libovolné |í( kombinace výkonů z jednotlivých fází až téměř do plného výkonu generátoru, samozřejmě s ohledem na účinnost a účiník symetrizačního zařízení. Bez symetrizačního zařízení je možné zjedná fáze odebírat teoreticky jenom třetinu plného výkonu generátoru, většinou ale v důsledku značných komplikací souvisejících s regulací buzení pouze 10 až 15% plného výkonu generátoru. Cílem vynálezu je též možnost odebírat z jedné libovolné fáze téměř plný výkon generátoru za předpokladu, že zbylé fáze nejsou zatíženy. Zařízení by tak mohlo být využitelné zejména u generátorů sloužících jako záložní zdroje, které při výpadku veřejné soustavy dodávají energii do třífázové sítě lokálního objektu, kde jsou instalovány jednak třífázové, jednak jednofázové, případně dvoufázové výkonové spotřebiče (např. tepelné). £b( Zařízení podle vynálezu navíc umožňuje i připojení symetrické třífázové zátěže obecného charakteru (např. elektromotorů).
Podstata vynálezu Cíle vynálezu je dosaženo především vhodným propojením vinutí tří jednofázových, nebo jednoho třífázového transformátoru. Doplněním je připojování kombinace baterií kompenzačních kondenzátorů a tlumivek.
Podstatou zařízení k symetrizaci zatížení třífázové elektrické sítě při nesymetrickém odběru elektrické energie do jednofázové, dvoufázové nebo třífázové sítě, které obsahuje elektrické a/nebo elektronické prostředky, jehož ^€[ podstatou je to, že elektrickými prostředky je alespoň jeden třífázový transformátor nebo tři jednofázové transformátory, přičemž vinutí každého transformátoru nebo každé fázové části třífázového transformátoru obsahuje primární vinutí s odbočkou a dvě sekundární vinutí.
Konec primárního vinutí prvního transformátoru je připojen k jedné svorce třífázové sítě, konec primárního vinutí druhého transformátoru je připojen k druhé svorce třífázové sítě, konec primárního vinutí třetího transformátoru je připojen k třetí svorce třífázové sítě a začátky primárních vinutí transformátorů jsou připojeny k nulovému vodiči. Přitom odbočka primárního vinutí prvního transformátoru je připojena na konec prvního Mk sekundárního vinutí druhého transformátoru, odbočka primárního vinutí druhého transformátoru je připojena na konec prvního sekundárního vinutí třetího transformátoru a odbočka primárního vinutí třetího transformátoru je připojena na konec prvního sekundárního vinutí prvního transformátoru
Začátek prvního sekundárního vinutí prvního transformátoru je připojen na konec druhého sekundárního vinutí druhého transformátoru, začátek prvního ^ sekundárního vinutí druhého transformátoru je připojen na konec druhého sekundárního vinutí třetího transformátoru a začátek prvního sekundárního vinutí třetího transformátoru je připojen na konec druhého sekundárního vinutí prvního transformátoru.
Začátek druhého sekundárního vinutí třetího transformátoru je přiveden na vstupní svorku jednoho spotřebiče, začátek druhého sekundárního vinutí / prvního transformátoru je přiveden na vstupní svorku druhého spotřebiče a začátek druhého sekundárního vinutí druhého transformátoru je přiveden na vstupní svorku třetího spotřebiče, přičemž druhé svorky spotřebičů jsou připojeny k nulovému vodiči. h( Tímto uspořádáním je dosaženo, že i pří různé zátěži jednotlivých spotřebičů jsou napětí na svorkách všech spotřebičů stejná a jednotlivé fáze třífázové sítě jsou zatěžovány činným výkonem rovnoměrně. Před vstupními fázovými svorkami spotřebičů jsou zařazena měřicí zařízení výstupních proudů.
Sekundárně dále zařízení obsahuje baterie kondenzátorů a baterie tlumivek, které jsou prostřednictvím spínačů spojeny s výstupem přepínacího obvodu těchto baterií, přičemž spínače a přepínací obvod jsou paralelně připojeny k výstupu logické jednotky, které je předřazen obvod diferenčních zesilovačů připojený k výstupům měřičů proudu jednotlivých spotřebičů. ^5 Kompenzací pomocí baterií kondenzátorů a tlumivek se eliminují jalové proudy v sekundární části, které při tomto zapojení vznikají. Tím se odstraňuje nadměrná zátěž jak vinutí transformátorů, tak i napájecí třífázové sítě.
Zařízení dále obsahuje obvod pro identifikací sledu fází, jehož vstupy jsou připojeny k jednotlivým svorkám fází třífázového sítě, které jsou současně ^ paralelně připojeny na vstup relé odpojení primárních vinutí třífázového transformátoru, resp. jednofázových transformátorů. Pro požadovanou funkci zařízení podle vynálezu je třeba zajistit správný sled fází. Při nesprávném zapojení obvod pro identifikaci sledu fází nepřipojí zařízení k síti.
Zařízení obsahuje dále obvod indikátoru nesymetrie zatížení třífázové sítě, který je připojen mezi nulové vodiče třífázové sítě a jednotlivých ^ spotřebičů. Přitom výstup obvodu indikátoru nesymetrie je připojen přes spínač na vstup relé odpojení primárních vinutí a/nebo na prostředek k signalizaci poruchy. V případě překročení povolené hodnoty vyrovnávacího proudu v nulovém vodiči způsobeného poruchou zařízení nebo překročením povolené nedokompenzace jalového výkonu provede tento indikátor prostřednictvím ^ spínače a příslušného relé odpojení primárních vinutí a/nebo alespoň vydá poruchový signál.
Objasnění výkresů
Zařízení podle vynálezu je zobrazeno na výkrese, kde je na obr. 1 blokové schéma celého zařízení pro symetrizaci zatížení třífázové elektrické sítě, na obr. 2 je detailní zapojení všech vinutí transformátorů a obr. 3 je fázorovým diagramem funkce zařízení. Příklady uskutečnění vynálezu
Symetrizační zařízení i podle vynálezu je v příkladném provedení podle vynálezu zobrazeno v blokovém schéma na obr. 1, kde je zařízení 1_ zapojeno mezi výstupními svorkami třífázové sítě 2 a vstupními svorkami jednotlivých spotřebičů 3, 4, 5. Základním prostředkem symetrizačního zařízení 1 je třífázový transformátor 100 nebo tři jednofázové transformátory 101. 102. 103 se specifickým zapojením jejich vinutí. Detailní zapojení všech vinutí H, 12, 13 třífázového transformátoru 100, resp. tří jednofázových transformátorů 101. 102, 103 symetrizačního zařízení i je znázorněno na obr. 2, na kterém jsou začátky jednotlivých vinutí označeny tečkou ležící mimo spojovací čáry.
Primární vinutí 111. 121, 131 transformátorů 100. resp. 101, 102, 103 jsou připojena na svorky fází LI, L2, L3 třífázové sítě 2. Odbočky 112,122,132 z primárních vinutí 111, 121. 131 jsou připojeny tak, aby na nich byla proti nulovému vodiči N napětí Upi, Up2, UP3 ve výši jedné třetiny fázového napětí Uf na vstupních svorkách zátěží U, V, W do jednotlivých spotřebičů 3, 4, 5.
Každý transformátor 100, resp. 101, 102, 103 obsahuje dále dvě $ sekundární vinutí 113, 114, 123, 124, 133, 134. Každé z těchto sekundárních vinutí má takový počet závitů, aby na něm bylo napětí Usn, Usi2, Us2i, Us22, US3i, US32 o velikosti dvou třetin výstupního fázového napětí Uf fází připojených na vstupních fázových svorkách U, V, W jednotlivých spotřebičů 3, 4, 5. Odbočka 112, 122, 132 primárního vinutí každého transformátoru 100, resp. 101,102,103 je připojena vždy na konec prvního sekundárního vinutí 123,133, 113 transformátoru následné fáze. Začátek tohoto prvního sekundárního vinutí 113, 123, 133 je pak spojen s koncem druhého sekundárního vinutí 124, 134, 114 transformátoru následné fáze a začátek tohoto druhého sekundárního vinutí 114, 124, 134 je připojen na vstupní fázové svorky V, W, U jednotlivých ^ spotřebičů 4, 5, 3. Vstupní fázové svorky V, W, U jednotlivých spotřebičů 4, 5, 3 jsou připojeny přes měřicí zařízení 62, 63, 61 výstupních proudů. Primární vinutí lil- 121. 131 transformátorů 100, resp. 101, 102, 103 s odbočkami 112, 122, 132 pracují ve funkci autotransformátorů.
Pro kompenzaci jalové složky výkonu jsou k dvojicím svorek al, bl; a2, b2; a a3, b3 prvních sekundárních vinutí 113, 123, 133 připojovány kompenzační kondenzátory, a k dvojicím svorek cl, dl; c2, d2; a c3, d3 druhých sekundárních vinutí 114. 124. 134 kompenzační tlumivky. Při připojování vinutí transformátorů je s ohledem na kompenzaci nutné respektovat správný sled fází. ^ Výstupy měřicích zařízení 61, 62, 63 výstupních proudů jsou připojeny na obvody 64 diferenčních zesilovačů, jejichž výstupy ovládají A/D převodníky s přepínací logikou obvodu 65. Vstup přepínacího obvodu 66 baterií 67, 68 kondenzátorů a baterií 69, 70 tlumivek je připojen na výstupy sekundárních vinutí 113, 114, 123, 124, 133, 134 transformátorů 100, resp. 101. 102, 103 . Přepínací obvod 66 baterií 6^ 68 kondenzátorů a baterií 69, 70 tlumivek je ovládán logickou jednotkou 65 přepínání. Přepínací obvod 66 tak podle vyhodnocení velikostí jalových proudů prostřednictvím obvodů 64 a 65 přepíná sekundární vinutí transformátorů 100, resp. 101, 102,103 na příslušné spínače JI, 72, 73 a 74. Pomocí spínačů 71, 72, 73 a 74 jsou potom sekundární vinutí transformátorů 100, resp. 101, 102, 103 připojována k jednotlivým kondenzátorům a/nebo tlumivkám v bateriích 67, 68 kompenzačních kondenzátorů a bateriích 69, 70 kompenzačních tlumivek. y( Primární vinutí transformátorů 100 jsou v příkladném provedení připojena na svorky fází L1, L2, L3 třífázové sítě 2 přes relé 75, které odpojuje primární vinutí transformátorů 100- resP· 131 132, 103 od třífázové sítě 2 v případě nesprávného sledu fází, nebo při překročení povolené hodnoty vyrovnávacího proudu nulovým vodičem. K indikaci správného sledu fází slouží indikátor 76 ^ sledu fází, který při nesprávném zapojení nepřipojí zařízení k třífázové síti 2. Povolené hodnoty vyrovnávacího proudu protékajícího nulovým vodičem sleduje indikátor 77 nesymetrie zatížení třífázové sítě 2, kterým může být zařízení odpojeno v případě překročení povolené hodnoty vyrovnávacího proudu v nulovém vodiči způsobeného poruchou zařízení nebo překročením povoleného nedokompenzování jalového výkonu. Oba indikátory 76 a 77 jsou připojeny k spínači 78, který ovládá funkci relé 75.
Označí-li se fáze třífázové sítě 2, tedy vstupy do symetrizačního zařízení 1 podle vynálezu, postupně U, L2, L3 a výstupy ze zařízení 1 podle vynálezu, na něž jsou připojeny fázové svorky U, V, W jednotlivých spotřebičů 3, 4, 5, pak lze činné příkony a výkony popsat vztahem Pčli=Pčl2=Pčl3=1/3(Pču+Pčv+Pčw), přičemž lze jalové příkony PjLi, PjL2, PjL3 minimalizovat kompenzací.
Princip funkce zařízení podle vynálezu je patrný z fázorového diagramu na obr.3 a z propojení vinutí cívek transformátorů 100, resp. 101, 102, 103 na obr.2. Je-li výstupní fázové napětí na všech fázových svorkách U, V, W rovno Uf 'yg a protéká-li fázovou svorkou U spotřebiče 3 proud lu, fázovou svorkou V spotřebiče 4 proud Iv a fázovou svorkou W spotřebiče 5 proud lw (za předpokladu odběru činného výkonu), pak je ze svorky první vstupní fáze U (která je ve fázi s fázovou svorkou U spotřebiče 3) odebírán činný výkon velikosti
ze svorky fáze L2 (ve fázi s fázovou W svorkou V spotřebiče 4) je odebírán činný výkon
a ze svorky fáze L3 (ve fázi s fázovou svorkou W spotřebiče 5) je odebírán činný výkon
, což znamená, že ze všech svorek fází LI, JL2, L3 je odebírán stejný činný výkon
, tedy, všechny fáze jsou zatíženy stejně, a to jednou třetinou celkového odebíraného výkonu. Jalový výkon, který zatěžuje fázi LI, má dvě složky, induktivní o velikosti ^
a kapacitní o velikosti
. Fázi L2 zatěžuje jalový výkon induktivního charakteru
a kapacitního charakteru
a fázi L3 jalový výkon induktivního charakteru
a kapacitního charakteru
Tyto složky jalového výkonu je třeba kompenzovat kondenzátory a $ tlumivkami. Protože každý transformátor 100, resp. 101, IM- 103 má dvě sekundární vinutí, z nichž je jedno zatěžováno induktivním proudem a druhé kapacitním, dochází k částečné vlastní kompenzaci, nebo u symetrické zátěže výstupu k úplné kompenzaci. U fáze LI je tedy třeba kompenzovat pouze jalový výkon o velikosti
, u fáze L2 jalový výkon o velikosti ^
au fáze L3 jalový výkon o velikosti
. Je-li výsledný výkon u jednotlivých fází kladný, je nutno kompenzovat jalový proud v prvním vinutí kondenzátorem, v opačném případě ve druhém vinutí tlumivkou. Jak je uvedeno výše v textu a na obr. 1 se pro kompenzaci vystačí pouze se dvěma bateriemi 67, 68 kompenzačních kondenzátorů a dvěma bateriemi 69, 24. 70 kompenzačních tlumivek, protože nemůže nastat případ, kdy by byly všechny tři fáze zatíženy pouze induktivním nebo pouze kapacitním jalovým výkonem.
Počet kompenzačních kondenzátorů a kompenzačních tlumivek v bateriích 67, 68 a 69, 70 lze minimalizovat jejich paralelním připojováním. Je-li ŽK stanovena povolená hodnota nedokompenzovaného jalového výkonu Pj, lze na základě digitalizace proudových rozdílů v jednotlivých fázích pomocí binárního A/D převodníku postupným připojováním nebo přepojováním kondenzátorů a/nebo tlumivek obsáhnout celou škálu jalových výkonů. Pokud mají kondenzátory v každé baterii 67, 68 velikosti kapacity C a její dvojkové násobky % 2C, 4C atd., a tlumivky v každé baterii 69, 70 velikosti indukčnosti L a její dvojkové podíly L/2, L/4 atd., kde kapacita C nebo indukčnost L kompenzuje velikost povolené hodnoty nedokompenzovaného jalového výkonu Pj, potom počet n kondenzátorů a n tlumivek v jedné baterii 67, 68, 69, 70 pokryje kompenzací jalový výkon celkové velikosti PjCeik=Pj 2n.
Zařízení podle vynálezu umožňuje dosáhnout prostřednictvím systému zapojení primárních a sekundárních vinutí transformátorů velmi dobré symetrizace zatížení fází třífázové sítě při odběru pro odporové spotřebiče o nestejném příkonu, až do odběru plného výkonu třífázové sítě jedním jednofázovým spotřebičem.
X
Seznam vztahových značek 1 symetrizační zařízeníl 100 třífázový transformátor 101 první jednofázový transformátor ^ 102 druhý jednofázový transformátor 103 třetí jednofázový transformátor 11 vinutí (prvního transformátoru 100, 101) 111 primární vinutí (prvního transformátoru 100, 101) 112 odbočka (z primárního vinutí prvního transformátoru 100, 101) 113 první sekundární vinutí (prvního transformátoru 100, 101) 114 druhé sekundární vinutí (prvního transformátoru 100, 101) 12 vinutí (druhého transformátoru 100, 102) 121 primární vinutí (druhého transformátoru 100,102) 122 odbočka (z primárního vinutí druhého transformátoru 100, 102) ^ 123 první sekundární vinutí (druhého transformátoru 100, 102) 124 druhé sekundární vinutí (druhého transformátoru 100, 102) 13 vinutí (třetího transformátoru 100,103) 131 primární vinutí (třetího transformátoru 100, 103) 132 odbočka (z primárního vinutí třetího transformátoru 100, 103) ^ 133 první sekundární vinutí (třetího transformátoru 100, 103) 134 druhé sekundární vinutí (třetího transformátoru 100,103) 2 třífázový generátor
3 spotřebič připojený k fázové svorce U
4 spotřebič připojený k fázové svorce V
5 spotřebič připojený k fázové svorce W 61 měřicí zařízení výstupních proudů (pro spotřebič 3) 62 měřicí zařízení výstupních proudů (pro spotřebič 4) 63 měřicí zařízení výstupních proudů (pro spotřebič 5) 64 obvod diferenčních zesilovačů 65 logická jednotka přepínání 66 přepínací obvod baterií kondenzátorů a tlumivek 67 baterie kondenzátorů 68 baterie kondenzátorů 69 baterie tlumivek 70 baterie tlumivek 71 spínač 72 spínač ^ 73 spínač 74 spínač 75 relé odpojení primárního vinutí transformátorů 100 76 obvod k identifikaci sledu fází 77 indikátor nesymetrie zatížení generátoru 78 spínač ovládání k relé (odpojení primárního vinutí transformátorů 100) L1 fáze třífázového generátoru L2 fáze třífázového generátoru L3 fáze třífázového generátoru U fázová svorka spotřebiče 3 V fázová svorka spotřebiče 4 W fázová svorka spotřebiče 5
Equipment for symmetrizing the load of three-phase electrical site
Apparatus for symmetrizing the load of three-phase electrical network with unsymmetrical f) collecting electrical energy from individual phases of a three-phase network, the inputs of which are connected to three terminals of a three-phase network, with single-phase, two-phase or three-phase consumers of resistive nature connected to its output terminals, with different electrical power in each phase, the device comprising electrical and / or electronic means.
X
Background Art
A number of devices are known to enable the removal of power from a three-phase network and its supply to a single-phase, two-phase or three-phase network. Often, such devices are used, for example, to power a single-phase overhead line from a three-phase grid, for example, to feed the overhead line. An example is the solution according to EP ί ^ 25θ | θ44 B1. In its symmetric connection, a three-phase DC link rectifier with its own line is used.
The power supply for single-phase traction lines in accordance with US 4 ^ 689735 A solves (f current consumption by means of special balancing circuits. US 5i109j327 A solves power supply by means of a three-phase network with AC-DC and DC-AC converters using capacitors or storage devices. is complex and used elements expensive.
These devices are mostly designed for a single purpose using different types of controllers, and their variability is small and the drawn power from all phases may not be sufficiently uniform. The object of the present invention is to enable symmetrized three-phase power supply to power single-phase, two-phase, or three-phase consumers of resistive nature. This solution should allow the take-off (combination of power from individual phases to almost full generator power, of course, with efficiency and Without a symmetrization device, only one third of the full power of the generator can be taken from one phase in theory, but usually only 10 to 15% of the full generator power is due to the considerable complications associated with the control of the excitation. the power of the generator, provided that the remaining phases are not loaded, so the device could be used especially for generators serving as back-up sources that supply en ergii to a three-phase network of a local building where both three-phase and single-phase or two-phase power consumers are installed (eg. thermal). Moreover, the device according to the invention also allows the connection of a symmetrical three-phase load of general nature (eg electric motors).
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is achieved in particular by suitable interconnection of the windings of three single-phase or one three-phase transformers. The addition is the connection of a combination of compensating capacitor batteries and chokes.
The essence of the device for symmetrizing the load of a three-phase electrical network in the unsymmetrical abstraction of electricity to a single-phase, two-phase or three-phase network that includes electrical and / or electronic means whose essence is that the electrical means is at least one three-phase transformer or three single-phase transformers wherein the windings of each transformer or each phase portion of the three-phase transformer comprise a primary winding with a tap and two secondary windings.
The end of the primary winding of the first transformer is connected to one terminal of the three-phase network, the end of the primary winding of the second transformer is connected to the third terminal of the three-phase network and the beginnings of the primary windings of the transformers are connected to the neutral. The primary winding of the first transformer is connected to the end of the first Mk of the second winding of the second transformer, the primary winding of the second transformer is connected to the end of the first secondary winding of the third transformer and the primary winding of the third transformer is connected to the end of the first secondary winding of the first transformer
The beginning of the first secondary winding of the first transformer is connected to the end of the second secondary winding of the second transformer, the beginning of the first secondary winding of the second transformer is connected to the end of the second secondary winding of the first transformer.
The start of the second secondary winding of the third transformer is applied to the input terminal of one consumer, the start of the second secondary winding / first transformer is applied to the input terminal of the second consumer and the beginning of the second secondary winding of the second transformer is applied to the input terminal of the third consumer, the second terminals of the appliances being connected to neutral. h (This arrangement achieves that even at different loads of the individual appliances the voltages at the terminals of all appliances are the same and the individual phases of the three-phase network are evenly loaded with active power. Output current measuring devices are included upstream of the consumer input terminals.
Secondly, the apparatus includes capacitor batteries and choke batteries which are connected via switches to the output of the switching circuit of the batteries, wherein the switches and the switching circuit are connected in parallel to the output of the logic unit which is preceded by a differential amplifier circuit connected to the current meter outputs of the individual appliances. ^ 5 Compensating with battery capacitors and chokes eliminates reactive currents in the secondary part that arise during this connection. This eliminates both the overload of the transformer windings and the three-phase power supply.
The apparatus further comprises a phase sequence for identifying the phase sequence whose inputs are connected to the individual phases of the three-phase network phase which are simultaneously connected in parallel to the relay input of the primary winding of the three-phase transformer, respectively. single-phase transformers. For the desired function of the device according to the invention, it is necessary to ensure a correct phase sequence. If not properly connected, the phase sequence identification circuit will not connect the device to the network.
The device further comprises a three-phase unbalance load indicator circuit that is connected between the neutral wires of the three-phase network and the individual consumers. In doing so, the output of the unbalance indicator circuit is connected via a switch to the primary winding disconnection relay input and / or to a fault signaling means. In the event of a zero-current equalization current being exceeded due to a device failure or exceeding the reactive power non-compen- sation, the indicator turns the primary winding off via the switch and the corresponding relay, and / or at least gives a fault signal.
Clarifying drawings
The device according to the invention is shown in the drawing, where in Fig. 1 is a block diagram of the whole load-symmetric device of the three-phase electric network, Fig. 2 is a detailed diagram of all transformer windings and Fig. 3 is a phasor diagram of the device operation. Examples of carrying out the invention
In the exemplary embodiment of the invention, the symmetrization device 1 is shown in the block diagram of FIG. 1, where the device 7 is connected between the output terminals of the three-phase network 2 and the input terminals of the individual appliances 3, 4, 5. The basic means of the symmetrization device 1 is a three-phase transformer 100 or three single phase transformers 101, 102, 103 with their respective winding connections. Detailed connection of all windings H, 12, 13 of the three-phase transformer 100, respectively. the three single-phase transformers 101, 102, 103 of the symmetrization device 1 are shown in FIG. 2, in which the beginnings of the individual windings are indicated by a dot outside the connecting lines.
The primary winding 111, 121, 131 of the transformers 100 and 100, respectively. 101, 102, 103 are connected to the phase terminals L1, L2, L3 of the three-phase network 2. The taps 112, 122, 132 of the primary windings 111, 121, 131 are connected so as to have the voltage Upi, Up2, UP3 at the voltage of zero against the neutral conductor N. one third of the phase voltage Uf at the input terminals of the load U, V, W to the individual loads 3, 4, 5.
Each transformer 100, resp. 101, 102, 103 further comprises two secondary windings 113, 114, 123, 124, 133, 134. Each of these secondary windings has a number of turns to have a voltage Usn, Usi2, Us2i, Us22, US3i, US32 of the two-thirds of the phase output voltage Uf of the phases connected to the input terminals U, V, W of the individual appliances 3, 4, 5. The primary winding branch 112, 122, 132 of each transformer 100 and 100 respectively. 101,102,103 is always connected to the end of the first secondary winding 123,133, 113 of the subsequent phase transformer. The start of this first secondary winding 113, 123, 133 is then coupled to the end of the second secondary winding 124, 134, 114 of the downstream transformer, and the start of this second secondary winding 114, 124, 134 is coupled to the input phase terminals V, W, U of each ^ The input phase terminals V, W, U of the individual consumers 4, 5, 3 are connected via a measuring device 62, 63, 61 to the output streams. Primary windings 111-121, 131 of transformers 100 and 100, respectively. 101, 102, 103 with taps 112, 122, 132 operate as autotransformers.
To compensate for the reactive power component, the pairs of terminals a1, b1; a2, b2; and a3, b3 of the first secondary windings 113, 123, 133 connected by compensating capacitors, and to pairs of terminals cl, d1; c2, d2; and c3, d3 of the second secondary winding 114, 124, 134, 134 of the compensating choke. When connecting the transformer windings, it is necessary to respect the correct phase sequence with respect to compensation. The outputs of the measuring devices 61, 62, 63 of the output currents are connected to the 64 differential amplifiers whose outputs control the A / D converters with the switching logic of the 65 circuit. the outputs of the secondary windings 113, 114, 123, 124, 133, 134 of the transformers 100 and 100, respectively. 101, 102, 103. Switching circuit 66 of batteries 686 of capacitors and batteries 69, 70 is controlled by the switching logic unit 65. Thus, the switching circuit 66 switches the secondary windings of the transformers 100 and 100, respectively, according to the reactive current magnitude evaluation via the circuits 64 and 65. 101, 102, 103 to respective switches 11, 72, 73 and 74. By means of switches 71, 72, 73 and 74, the secondary windings of the transformers 100 and 100 are respectively. 101, 102, 103 are connected to individual capacitors and / or chokes in batteries 67, 68 compensation capacitors and 69, 70 compensation chokes. y (In the exemplary embodiment, the primary windings of the transformers 100 are connected to the terminals of phases L1, L2, L3 of the three-phase network 2 via a relay 75 which disconnects the primary windings of the transformers 100-resP · 131 132, 103 from the three-phase network 2 in case of incorrect phase sequence, or When the correct phase sequence is indicated, the phase sequence indicator 76, which fails to connect the device to the three-phase network 2, is used to indicate the correct phase sequence. The load unbalance indicator 77 of the three-phase grid 2 monitors the permissible values of the equalizing current flow through the neutral. the device should be disconnected if the zero current conductor current limit is exceeded due to equipment failure or exceeded reactive power overcompensation, both indicators 76 and 77 are connected to switch 78 that controls rel 75.
If the phase of the three-phase network 2, i.e. the inputs to the symmetrization device 1 according to the invention, is denoted U, L2, L3 and the outputs of the device 1 according to the invention, to which the phase terminals U, V, W of the individual appliances 3, 4, 5 are connected , then the active power and power can be described as Pli = Pc2 = Pc3 = 1/3 (Pc + Pcv + Pcw), whereby the reactive power PjLi, PjL2, PjL3 can be minimized by compensation.
The principle of operation of the device according to the invention is evident from the phasor diagram in FIG. 101, 102, 103 in FIG. If the output phase voltage at all phase terminals U, V, W is equal to Uf 'yg and if it passes through the phase terminal U of the appliance 3 the current lu, the phase terminal V the appliances 4 current Iv and the phase terminal W of the appliance 5 current lw (assuming sampling active power), then the effective power of the size is taken from the terminal of the first input phase U (which is in phase with the phase terminal U of the appliance 3)
active power is taken from the L2 phase terminal (in phase W phase terminal V of appliance 4)
and active power is taken from the L3 phase terminal (in phase with phase terminal W of consumer 5)
, which means that the same active power is taken from all phase terminals L1, J2, L3
that is, all phases are loaded equally by one third of the total power consumed. The reactive power that loads the L1 phase has two components, inductive, of size ^
and capacitance size
. Phase L2 loads the reactive power of the inductive character
capacity
and the L3 phase reactive inductive power
capacity
These reactive power components need to be compensated by capacitors and $ chokes. Because each transformer 100, respectively. 101, IM-103 has two secondary windings, one of which is loaded with inductive current and the other with capacitive, partial self-compensation occurs, or with full output compensation for symmetrical output load. Therefore, only the reactive power of size must be compensated for the LI phase
, in L2 phase, reactive power is.
and at L3, reactive power of size
. If the resulting power for each phase is positive, it is necessary to compensate the reactive current in the first winding by a capacitor, otherwise in the second winding by a choke. As mentioned above and in Figure 1, only two batteries 67, 68 compensation capacitors and two batteries 69, 24 are sufficient for compensation. 70 compensating chokes, because there is no case where all three phases are only loaded with inductive or only by reactive power.
The number of compensating capacitors and compensating chokes in the batteries 67, 68 and 69, 70 can be minimized by connecting them in parallel. If the permissible value of uncompensated reactive power Pj is determined by the RC, the whole range of reactive power can be contained by sequentially connecting or switching capacitors and / or chokes by means of a binary A / D converter. If the capacitors in each battery have 67, 68 capacitance C and its binary multiples of% 2C, 4C etc., and the chokes in each battery of 69, 70 the inductance size L and its binary proportions L / 2, L / 4, etc. where the capacity C or inductance L compensates for the allowable value of the uncompensated reactive power Pj, then the number n of the capacitors and the chokes in one battery 67, 68, 69, 70 will cover the reactive power of the total PjCeik = Pj 2n.
The device according to the invention makes it possible to achieve very good symmetrization of the phase load of the three-phase mains when the resistive consumers with unequal input power is applied via a primary and secondary transformer winding system, up to a full three-phase mains power consumption by a single-phase consumer.
X
List of Reference Symbols 1 Symmetric Device 100 Three-Phase Transformer 101 First Single-Phase Transformer 102 Second Single-Phase Transformer 103 Third Single Phase Winding Transformer 11 (Primary Transformer 100, 101) 111 Primary Winding (First Transformer 100, 101) 101) 113 first secondary winding (first transformer 100, 101) 114 second secondary winding (first transformer 100, 101) 12 winding (second transformer 100, 102) 121 primary winding (second transformer 100,102) 122 (primary winding of second transformer 100, 102) ^ 123 first secondary winding (second transformer 100, 102) 124 second secondary winding (second transformer 100, 102) 13 winding (third transformer 100,103) 131 primary winding (third transformer 100, 103) 132 tap (primary winding) third tran 100, 103) ^ 133 first secondary winding (third transformer 100, 103) 134 second secondary winding (third transformer 100,103) 2 three-phase generator
3 appliance connected to phase terminal U
4 appliance connected to phase terminal V
5 appliance connected to phase terminal W 61 output current measuring device (for appliance 3) 62 output current measuring device (for appliance 4) 63 output current measuring device (for appliance 5) 64 differential amplifier circuit 65 logic switching unit 66 capacitor switching circuit and chokes 67 capacitor battery 68 capacitor battery 69 choke battery 70 choke battery 71 switch 72 switch ^ 73 switch 74 switch 75 relay transformer primary winding 100 76 phase sequence identification circuit 77 generator load unbalance indicator 78 relay control switch (primary winding disconnection) transformers 100) L1 phase of three-phase generator L2 phase of three-phase generator L3 phase of three-phase generator U phase terminal of consumer 3 V phase terminal of consumer 4 W phase terminal of consumer 5
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2015-672A CZ306041B6 (en) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | Device to symmetrize three-phase electric network |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2015-672A CZ306041B6 (en) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | Device to symmetrize three-phase electric network |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2015672A3 true CZ2015672A3 (en) | 2016-07-07 |
CZ306041B6 CZ306041B6 (en) | 2016-07-07 |
Family
ID=56320808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2015-672A CZ306041B6 (en) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | Device to symmetrize three-phase electric network |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ306041B6 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2683246C1 (en) * | 2018-07-27 | 2019-03-27 | Андрей Николаевич Евсеев | Single-phase load by the three-phase network phases uniform distribution device |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CZ2017200A3 (en) * | 2017-04-10 | 2018-04-04 | Česká energeticko-auditorská společnost, s. r. o. | A device for optimizing the production, consumption and storage of electricity |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3963978A (en) * | 1975-02-14 | 1976-06-15 | General Electric Company | Reactive power compensator |
CA1085920A (en) * | 1976-04-29 | 1980-09-16 | Colin M. Stairs | Static single phase to three phase converter for variable ac loads |
GB8503045D0 (en) * | 1985-02-06 | 1985-03-06 | Ass Elect Ind | A c power supply system |
TWI404086B (en) * | 2009-07-29 | 2013-08-01 | Wun Chih Liu | A transformer with power factor compensation and a dc/ac inverter constructed thereby |
CN201966614U (en) * | 2011-03-11 | 2011-09-07 | 吉林龙鼎电气股份有限公司 | Novel rural power grids voltage quality regulation equipment |
CN103311956B (en) * | 2013-06-27 | 2016-01-06 | 国家电网公司 | A kind of Wind turbines that improves is incorporated into the power networks method, the Apparatus and system of stability |
-
2015
- 2015-09-30 CZ CZ2015-672A patent/CZ306041B6/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2683246C1 (en) * | 2018-07-27 | 2019-03-27 | Андрей Николаевич Евсеев | Single-phase load by the three-phase network phases uniform distribution device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ306041B6 (en) | 2016-07-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7969755B2 (en) | Apparatus for electrical power transmission | |
EP2812974B1 (en) | Control method, control device and mobile electric power storage apparatus | |
EP2888639A2 (en) | Distribution transformer | |
CN104198807A (en) | Intelligent electric meter capable of automatically balancing three-phase loads | |
CN110118885A (en) | Electric energy metering test junction box, target meter replacing method and electric energy metering device | |
EP3289676B1 (en) | Ac network power flow control | |
Bhattacharyya et al. | Case study on power factor improvement | |
CZ2015672A3 (en) | Device to symmetrize load of three-phase electric network | |
WO2018087603A4 (en) | Method of continuous power supply | |
WO2016060635A1 (en) | Device for controlling the reactive power of an electrical grid (variants) | |
RU2552377C2 (en) | Voltage balancer in three-phase network | |
US20190305692A1 (en) | Transformer-less Tapped Point AC Voltage Splitter for Full Bridge DC AC Inverters | |
Gupta et al. | Fault management in isolated microgrid | |
AU2012101965A4 (en) | Improvements in smart distribution transformer systems | |
RU2643350C1 (en) | Distribution device in ac network | |
JP2011254686A (en) | Power receiving facility | |
Ladniak | Calculation of voltage unbalance factor in power system supplying traction transformers | |
US10680439B2 (en) | Phase compensation system | |
Alain et al. | AC line voltage controller for grid integration of renewable energy sources | |
US11159091B2 (en) | Stackable isolated voltage optimization module | |
US20200403407A1 (en) | Device and method for controlling a load flow in an alternating-voltage network | |
AU2014395431A1 (en) | Modular converter system for an electric supply network | |
Adamek et al. | Economic justification for equipping LV network systems with energy storage units to enhance power supply parameters | |
US11012001B2 (en) | Transformer-less, tapped point AC voltage splitter for full bridge DC AC inverters | |
RU2798771C1 (en) | High current source for test system for testing electric power device and test system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20200930 |