способ снижения потерь электроэнергии

Формула изобретения

Способ снижения потерь электроэнергии, заключающийся в снижении коэффициента несимметрии тока в понижающем трансформаторе и в трехфазной линии электропередач, питающей понижающую трансформаторную подстанцию, имеющую однофазные нагрузки разной мощности, отличающийся тем, что снижение коэффициента несимметрии токов в фазах трехфазной питающей линии и обмотках трансформатора осуществляется с помощью переключения однофазных нагрузок, подключенных к шинам понижающего трансформатора при помощи выключателей, управление которыми осуществляется микроконтроллером, на аналоговые входы которого поступают сигналы переменного тока с датчиков на стороне низкого напряжения трансформатора, при этом микроконтроллер осуществляет управление выключателями, переключающими нагрузки с одной фазы на другую на шинах понижающей трансформаторной подстанции, исходя из условия минимизации коэффициента несимметрии тока, при этом если суммарные значения токов в фазах отличаются от среднего значения тока, то часть нагрузок с фазы, имеющей больший ток, отключается от нее и включается на фазу, имеющую меньший ток, а конкретные нагрузки, подлежащие переключению, определяются с помощью микроконтроллера из условия близости суммарных токов в фазах их среднему значению.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроснабжению, и может быть использовано в распределительных сетях для снижения потерь энергии в сетях 6-10 кВ.

Сети низкого напряжения состоят из большого числа понижающих трансформаторных подстанций (10-0,4) кВ, питание которых осуществляется по трехфазным кабельным и воздушным линиям. Нагрузка отдельных элементов сети является важнейшей характеристикой ее работы.

Известен способ снижения потерь, заключающийся в том, что, в трехфазной системе при помощи трех тиристорных ключей к наименее загруженной фазе подключается нагрузочная отпайка. В качестве нагрузочной отпайки могут быть использованы нагрузки нескольких квартир многоэтажного дома или однофазные ответвления от магистрального участка линии. (Сукьянова С.В. Применение технических средств симметрирования нагрузок в сельских распределительных сетях 0,38 кВ для повышения качества и снижения потерь электрической энергии. Диссертация по специальности 05.20.02. - Иркутск, 2004 г. - 172 с.: с.42).

Этот метод приводит к уменьшению тока нулевой последовательности и потерь мощности, а также улучшению качества электрической энергии. Однако, применение этого способа в распределительных сетях осложняется тем, что трудно подобрать однофазную автоматически переключаемую нагрузку соответствующей мощности.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ, заключающийся в изменении режимов работы трансформаторов посредствам снижения коэффициента несимметрии токов в трансформаторных подстанциях и в питающих линиях электропередач путем переключения части нагрузок с более нагруженных фаз на менее нагруженные фазы. Такое переключение производится в связи сезонным изменением нагрузки, как правило, два раза в год. (Электротехнический справочник. Под общ. ред. профессоров МЭИ: И.Н.Орлова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 880 с.: с.821.)

Однако нагрузка трансформаторной подстанции и питающей линии электропередач меняется непрерывно, и ее изменение носит случайный характер. Нагрузки отдельных фаз в процессе работы трансформаторной подстанций также меняются случайно, так как нагрузка трансформаторной подстанции складывается из большого числа нагрузок потребителей, которые меняются случайно.

Как следует из указанного источника информации, известный способ снижения потерь электроэнергии применяют только для устранения сезонной несимметричности фазных нагрузок.

Таким образом, основным недостатком известных способов является рост потерь электроэнергии в течение года, также снижение сроков службы трансформатора и питающей кабельной линии вследствие невозможности постоянного снижения несимметрии токов трансформатора и питающей линии электропередач.

Задачей заявляемого способа является повышение эффективности работы трансформаторной подстанции и трехфазной питающей кабельной или воздушной линии и увеличение надежности работы трансформатора и кабельных линий.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в снижении потерь в трансформаторах и трехфазных питающих кабельных и воздушных линиях.

Указанный технический результат обеспечивается способом, который заключается в снижении коэффициентов несимметрии тока в понижающем трансформаторе и в трехфазной линии электропередач, питающей понижающую трансформаторную подстанцию, имеющую однофазные нагрузки разной мощности, при этом снижение коэффициента несимметрии токов в фазах трехфазной питающей линии и обмотках трансформатора осуществляется с помощью переключения однофазных нагрузок, подключенных к шинам понижающего трансформатора при помощи выключателей, управление которыми осуществляется микроконтроллером, на аналоговые входы которого поступают сигналы переменного тока с датчиков на стороне низкого напряжения трансформатора, при этом микроконтроллер осуществляет управление выключателями, переключающими нагрузки с одной фазы на другую на шинах понижающей трансформаторной подстанции, исходя из условия минимизации коэффициента несимметрии тока, при этом если суммарные значения токов в фазах отличаются от среднего значения тока, то часть нагрузок с фазы, имеющей больший ток, отключается от нее и включаются на фазу, имеющую меньший ток, а конкретные нагрузки, подлежащие переключению, определяются с помощью микроконтроллера из условия близости суммарных токов в фазах их среднему значению.

Требуемый технический результат обеспечивается переключением нагрузок с более нагруженных фаз на менее нагруженные фазы за счет использования выключателей, управляющихся микроконтроллером, и датчиков тока, установленных на кабельных или воздушных линиях электропередач, соединяющих шины низкого напряжения трансформатора и нагрузки. Сигналы с датчиков тока передаются на микроконтроллер, имеющий входы для ввода аналоговых сигналов. На основании полученных данных микроконтроллером осуществляет управление выключателями, подключающими и отключающими нагрузки к шинам понижающего трансформатора.

Переключения осуществляется в соответствии со следующим условиями:

- если ток в одной фазе из трех больше среднего значения тока, а ток в двух других фазах меньше среднего значения тока, то часть нагрузок от фазы с наибольшим током отключается и распределяется между фазами с меньшими токами.

- если ток в двух фазах больше среднего значении тока, а ток в третьей фазе меньше среднего значения тока, то часть нагрузок от фазы с токами больше среднего значения отключается и подключается к фазам с токами меньше среднего.

Величины отключаемых и подключаемых нагрузок выбираются микроконтроллером из условия наибольшей близости суммарного тока в каждой из фаз к среднему значению тока.

Способ реализуется следующим образом: на чертеже приведена схема включения понижающего трансформатора, между питающей линией 6-10 кВ и однофазными нагрузками, которая состоит из понижающего трансформатора 1, питающей трехфазной линии 2, однофазных нагрузок 3, подключенных к шинам 4 кабельными линиями, на которых установлены датчики тока 5 посредством выключателей 7, которые управляются микроконтроллером 6.

Если токи в фазах трансформатора и питающей линии не одинаковы, то сигналы с датчиков тока 5, подключенные к нагрузкам, поступают на входы аналогового микроконтроллера 6, который рассчитывает среднее значение тока и по программе, определяющей, какие из нагрузок 3 необходимо отключить от фазы со значением суммарного тока больше среднего, и к каким фазам необходимо подключить эти нагрузки. Микроконтроллер 6 посылает управляющие сигналы на приводы соответствующих выключателей 7, которые отключают эти нагрузки от одних фаз и подключают их к другим фазам. Таким образом, происходит выравнивание нагрузок в фазах трансформатора и питающей трансформатор трехфазной линии, что приводит к снижению потерь в них и уменьшению старения изоляции трансформатора и питающей трехфазной кабельной линии.

Предложенная схема обеспечивает непрерывные снижения коэффициента несимметрии токов в трансформаторе и питающей линии путем переключения тока с более нагруженных фаз на менее нагруженные фазы за счет использования выключателей, управляющихся микроконтроллером, и датчиков тока, установленных на кабельных или воздушных линиях электропередач, соединяющих шины низкого напряжения трансформатора и нагрузки, что приводит к снижению потерь энергии в сетях низкого напряжения 6-10 кВ.