Способ симметрирования фазных токов трёхфазной четырёхпроводной линии и устройство для его осуществления

Способ симметрирования фазных токов трёхфазной четырёхпроводной линии и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Способ и устройство относятся к области электротехники и могут быть использованы для автоматического симметрирования фазных токов в трехфазной четырехпроводной сети с однофазными и трехфазными потребителями.

Причиной несимметрии фазных токов в такой сети является неравенство сопротивлений нагрузок, которые могут быть включены или между любым из фазных и нулевых проводами (трехфазные или однофазные потребители) или между фазными проводами (трехфазные потребители).

Несимметрия нагрузок в первом случае является причиной существования в фазных токах составляющих обратной и нулевой последовательностей, причем признаком последней является наличие тока основной (первой) гармоники в нулевом проводе линий. Несимметричные нагрузки, включенные на междуфазные (линейные) напряжения, являются причиной токов обратной последовательности, и при этом составляющие тока нулевой последовательности в фазных проводах отсутствуют, также, как и ток в нулевом проводе. Но доля таких нагрузок в четырехпроводных сетях, как и их вклад в несимметрию фазных токов, ничтожно малы. Кроме того, предвключенное сопротивление (со стороны источника) токам обратной последовательности практически не отличается от сопротивления прямой последовательности, в то время, как сопротивление токам нулевой последовательности может многократно их превосходить - за счет сопротивлений нулевого провода и наиболее распространенных питающих трансформаторов с группой соединения обмоток звезда - звезда/ноль. Соответственно, и влияние токов обратной последовательности на качество напряжения в местах присоединения нагрузок и уровень потерь мощности значительно меньше, чем токов нулевой последовательности

Известно множество технических решений, в которых несимметрия фазных токов трехфазной четырехпроводной линии предлагается уменьшать путем динамического перераспределения нагрузок между фазами, причем, как правило, предполагается переключение однофазных нагрузок к менее нагруженной фазе. Способ определения фазы, на которую переключается однофазная нагрузка, отличает эти решения между собой как по используемым параметрам режима линии и нагрузки, так и по технической эффективности. Последнее включает чувствительность к несимметрии фазных токов линии, минимальный ее уровень, при котором возможен корректный выбор оптимального варианта подключения нагрузки, обеспечивающего наименьший уровень несимметрии, и последующее изменение подключения нагрузки без потери устойчивости режима питания нагрузки (автоколебания), а также сложность реализации и эксплуатационную надежность.

Под уровнем несимметрии здесь и далее понимается любой из используемых на практике относительных показателей, характеризующих разницу фазных токов, например:

- коэффициенты несимметрии токов по токам нулевой и обратной последовательностей, определяемые как отношение действующих значений токов этих симметричных составляющих к току прямой последовательности. Аналогичные коэффициенты для напряжений нулевой и обратной последовательностей определяет ГОСТ 13109-96;

- отношение разницы действующих значений максимального и минимального фазных токов к среднему значению действующих значений трехфазных токов;

- отношение действующего значения тока нулевого провода к среднему значению действующих значений трехфазных токов и т.п.

В большинстве известных решений, предполагающих изменение подключения однофазной нагрузки к линии, определение оптимального варианта подключения нагрузки сводится к определению наименее нагруженной фазы (фазный провод линии с наименьшим уровнем тока). Подключение нагрузки к этой фазе позволяет уменьшить несимметрию фазных токов и уровень тока в нулевом проводе трехфазной линии, а применение такого переключения, по меньшей мере, на части однофазных нагрузок, подключенных к линии, позволяет уменьшить ток в нулевом проводе по всей ее длине

Автоматизация такого переключения однофазных нагрузок может стать эффективным и наименее затратным способом симметрирования фазных токов трехфазной сети с однофазными и трехфазными потребителями и позволит снизить потери энергии в проводах линий и питающих их трансформаторах, увеличить срок их эксплуатации, снизить уровень несимметрии фазных напряжений и повысить качество электрической энергии.

Наличие трехфазных потребителей на таких линиях, как правило, не уменьшает возможного уровня несимметрии фазных токов, поскольку они и сами могут иметь значительную внутреннюю несимметрию потребляемых токов, распределение которых по фазам практически неподконтрольно и недоступно для изменения со стороны питающей сети. В то же время, доля трехфазных потребителей в сетях 0,4 кВ непрерывно возрастает, как и их вклад в уровень несимметрии фазных токов - как общий, так и на отдельных участках питающей линии. При этом возможность радикально повлиять на уровень несимметрии линии по всей ее длине за счет переключения одних только однофазных потребителей уменьшается. Поэтому целесообразно использовать для этих целей также и внутреннюю несимметрию фазных токов трехфазных потребителей.

Известно предложение снижать уровень токов обратной последовательности на стороне высокого напряжения трехфазного трансформатора путем изменения подключения нагрузки к его низкой стороне на допустимые варианты подключения, к которым относятся подключения с одинаковой последовательностью чередования фаз (Коваленко П.В. Симметрирование токов в трехфазных сетях путем кругового переключения фаз нагрузки. www.rusnauka.com〉DN2006/Tecnic/5_kovalenkop.v doc.htm). Допустимые варианты подключения фаз нагрузки ограничены только одной последовательностью их чередования, что является обязательным для трехфазного потребителя на случай наличия у него трехфазной двигательной нагрузки. Известное решение позволяет повлиять на уровень несимметрии фазных токов трансформатора со стороны, противоположной нагрузке, но только в случае, если группа соединения его обмоток отлична от 12. Однако существенно изменить уровень несимметрии фазных токов на стороне переключаемой нагрузки оно не позволяет, тем более на периферийных участках питаемых этим трансформатором трехфазных линий с распределенными по их длине однофазными и трехфазными потребителями.

Однофазные нагрузки можно рассматривать как частный случай несимметричной трехфазной нагрузки, и поэтому технические решения, использующие изменение подключения однофазных потребителей для симметрирования фазных токов трехфазной четырехпроводной линии, в какой-то мере могут быть применены и для трехфазных потребителей.

Известен способ симметрирования фазных токов трехфазной четырехпроводной линии, предполагающий переключение однофазной нагрузки к наименее нагруженной фазе линии, которую определяют сравнением аргументов (фаз) основной гармоники напряжения нулевой последовательности (ННП) по отношению к каждому из фазных напряжений в месте присоединения однофазной нагрузки, а переключение однофазной нагрузки производят при превышении ННП порогового значения (авт.св. СССР №604080, Устройство для автоматического переключения однофазных потребителей в низковольтных распределительных сетях, МПК Н02J 3/26).

Достоинство указанного известного способа - в минимальности средств, используемых для определения необходимости изменения и оптимального варианта подключения нагрузки, поскольку необходимая информация получается по тем же силовым цепям, которые используются для подключения однофазной нагрузки к фазным проводам линии.

Применить этот способ симметрирования фазных токов линии с трехфазными нагрузками нельзя, поскольку он не позволяет выбирать из возможных подключений таких нагрузок к фазным проводам линии, обеспечивающие снижение уровня несимметрии.

Кроме того, рассматриваемый способ не обеспечивает корректную работу при низких уровнях несимметрии фазных токов из-за необходимости отстройки от различных факторов, влияющих на используемые для этого информационный параметр угол сдвига ННП по отношению к каждому из фазных напряжений в месте подсоединения однофазной нагрузки. К этим факторам относятся:

- изменение параметров ННП при переключении однофазной нагрузки на другую фазу в месте ее подсоединения. Это может стать причиной обратного переключения, то есть неустойчивости режима (автоколебаний), что более нежелательно, чем, например, подключение нагрузки к фазе с нагрузкой не абсолютно меньшего уровня;

- влияние на параметры ННП в месте присоединения переключаемой однофазной нагрузки, изменение параметров нагрузок других линий (фидеров), питающихся от общего трансформатора, а также при их переключении на другие фазы, что может привести к переключению однофазной нагрузки на другую фазу и к неоптимальному распределению нагрузки по фазам в пределах одной линии;

- наличие нелинейных нагрузок в сети, приводящих к искажению ННП высшими гармониками, что при использовании фазового принципа неизбежно приводит к большим ошибкам в определении наименее нагруженной фазы;

- зависимость уровня ННП от положения переключаемой однофазной нагрузки на линии, то есть, от величины предвключенного сопротивления, основную часть которого составляют сопротивления линии и трансформатора питания.

Известен также способ симметрирования фазных токов трехфазной четырехпроводной сети путем переключения фазного провода однофазной нагрузки на наименее нагруженную фазу линии, которую определяют путем сравнения уровней токов фаз с питающей стороны линии относительно места подключения однофазной нагрузки, а ее переключение производят при условии превышения разности тока фазы однофазной нагрузки и тока наименее нагруженной фазы над током однофазной нагрузки (авт.св. СССР №1034119, Способ подключения однофазной симметрирующей нагрузки, МПК H02J 3/26; авт.св. СССР №993389, Устройство для симметрирования токов и напряжений в электрических сетях, МПК H02J 3/26).

Прямое измерение значений уровней фазных токов линии, предполагаемое таким способом, позволяет достаточно просто определить наименее нагруженную фазу (с наименьшим значением тока), причем влияние на результат изменений нагрузок других линий (фидеров), питающихся от общего трансформатора, в этом способе значительно ниже, чем у рассмотренного выше. Однако и этот способ симметрирования применить с трехфазной нагрузкой нельзя, поскольку он никак не учитывает несимметрию фазных токов этой нагрузки и потому не позволяет определить оптимальный порядок подключения фаз такой нагрузки к линии.

Но и применительно к однофазной нагрузке, при определении наименее нагруженной фазы линии по измеренным значениям фазных токов линии, один из которых содержит также и ток однофазной нагрузки, нельзя достичь высокой чувствительности к уровню несимметрии, поскольку, в соответствии с условием способа, переключение на другую фазу может производиться только при разнице фазных токов линии, превышающей ток однофазной нагрузки.

Другим недостатком этого способа является сложность реализации, неприемлемая для широкого применения в электрических сетях. Кроме подсоединений к трем фазным и нулевому проводам линии, минимально необходимых для подключения нагрузки к трехфазной линии, рассматриваемый способ, кроме того, предполагает получение информации о токе каждой из трех фаз. Для этого требуется либо врезание в транзитные провода линии с их разрывом, что неприемлемо как по конструктивным, так и по эксплуатационным требованиям, либо применение датчиков, измеряющих ток без разрыва токонесущего провода. Кроме того, установка датчиков тока на фазных проводах линий при любом их исполнении (неразъемном или разъемном) сопряжена с необходимостью их защиты - как климатической, так и антивандальной. Такую защиту особенно сложно обеспечить конструктивно на линиях с воздушной изоляцией, где провода разных фаз разнесены на большие расстояния друг от друга и нет возможности разместить датчики тока в общем боксе.

Наиболее близким к предлагаемому является способ симметрирования фазных токов трехфазной четырехпроводной линии, включающий измерение в месте присоединения однофазной нагрузки фазных напряжений, тока нагрузки и тока нулевого провода линии с ее питающей стороны и изменение текущего подключения фазного провода нагрузки к фазному проводу линии на одно из других подключений, причем условием переключения нагрузки является превышение ее тока током нулевого провода линии с ее питающего конца (Способ управления переключениями однофазной симметрирующей нагрузки, авт. св. СССР №1257748, МПК H02J 3/26).

Устройство, реализующее этот способ, содержит блок переключения нагрузки, первый, второй и третий входы которого являются входами устройства и служат для подключения к соответствующим фазным проводам питающей линии, выход блока переключения нагрузки является выходом устройства и служит для подключения первого входа однофазной нагрузки, второй вход которой соединен с нулевым проводом питающей линии, первый датчик тока, подключенный к нулевому проводу линии с ее питающей стороны относительно места присоединения однофазной нагрузки, и второй датчик тока однофазной нагрузки, выходы которых подключены к блоку сравнения, блок определения наименее нагруженной фазы, первый, второй и третий входы которого, соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока переключения нагрузки, а выход соединен с первым входом блока управления, к второму входу которого подключен выход блока сравнения, а выход блока управления соединен с управляющим входом коммутатора (авт. св. СССР №1257748, МПК H02J 3/26).

В рассматриваемых способе и устройстве наименее нагруженная фаза линии определяется без учета значений токов фаз линии в месте подключения каждой из нагрузок, что освобождает от необходимости применения средств измерения этих токов, а это одна из основных причин, ограничивающих широкое использование изменения подключения нагрузок к линии для симметрирования ее фазных токов. Но, в то же время, это является причиной высокого уровня несимметрии фазных токов линии, при котором по фазным напряжениям линии может быть корректно определена наименее нагруженная фаза, поскольку на используемые для этого параметры фазных напряжений линии влияют факторы, указанные выше для способа по авт.св. СССР №604080, МПК H02J 3/26.

К тому же, использование сигналов тока нагрузки (или ее нулевого провода, что то же самое для однофазной нагрузки с учетом знака) и тока нулевого провода линии с питающей стороны, формируемые датчиками тока, никак не способствует снижению уровня несимметрии фазных токов, при котором надежно определяется оптимальное подключение, а, напротив, служит для ограничения чувствительности с целью предотвращения автоколебаний, причинами которых могут быть указанные выше влияющие факторы.

Еще одним фактором, ограничивающим уровень несимметрии фазных токов линии, при котором корректно может производиться переключение нагрузки, являются нелинейный характер потребляемого тока, порождающего высшие гармоники в фазных токах и токе нулевого провода линии, которые могут быть соизмеримы по уровню. В этом случае уровень тока нулевого провода остается высоким и при отсутствии несимметрии фазных токов, что может привести к ложному определению наименее нагруженной фазы, на которую переключается нагрузка, и, в конечном счете, возникновению автоколебаний. По этой причине уровень тока, при котором допускается переключение нагрузки, должен быть дополнительно увеличен с учетом максимально возможного уровня высших гармоник тока в нулевом проводе линии. Этот ток не может быть уменьшен путем переключения однофазных нагрузок к другим фазным напряжениям линии, плохо предсказуем и зависит не только от текущей доли нелинейной составляющей в нагрузках линии, но и от близости однофазной нагрузки к питающему концу линии относительно других ее нагрузок.

Применение известного решения к трехфазной нагрузке не является возможным, поскольку недостаточно информации для оценки вклада ее разных фаз на фазные токи лини. В частности, для этого не может быть использован ток нулевого провода с питающей стороны линии, в котором кроме ее тока содержится также составляющая, вносимая переключаемой нагрузкой.

К тому же, из-за возможного наличия в составе трехфазной нагрузки потребителей, критичных к порядку чередования фаз, например, трехфазных двигателей, существует ограничение на варианты возможного их подключения к трехфазной сети, которые далее называются технически допустимыми: абсолютные наименования (маркировка) фаз при этом не регламентируются, важно лишь сохранение порядка их чередования.

В изобретении решается задача создания способа симметрирования фазных токов трехфазной четырехпроводной линии и реализующего его устройства за счет изменения подключения однофазных или трехфазных нагрузок, обеспечивающих высокую чувствительность к уровню несимметрии фазных токов линии при сохранении функциональной надежности при низких затратах на аппаратуру, ее установки на месте применения и эксплуатации.

Техническим результатом заявляемой группы изобретений является снижение уровня несимметрии фазных токов трехфазной четырехпроводной линии, при котором обеспечивается корректное переключение несимметричной трехфазной или однофазной нагрузки, обеспечивающее наименьший уровень несимметрии с питающей стороны линии относительно места присоединения этой нагрузки. При этом обеспечиваются функциональная надежность и низкие затраты на аппаратуру, ее установку на месте применения и эксплуатацию.

Технический результат достигается тем, что в способе симметрирования фазных токов трехфазной четырехпроводной линии, включающем получение в месте присоединения нагрузки сигналов фазных напряжений, тока нулевого провода линии и тока нулевого провода нагрузки и последующее изменение текущего подключения фазных проводов нагрузки к фазным проводам линии, как одного из трех технически допустимых ее подключений ABC, CAB и ВСА, на одно из двух других подключений,

для текущего и двух других подключений фазного провода однофазной нагрузки или двух других подключений фазных проводов трехфазной нагрузки к фазным проводам линии с такой же последовательностью чередования фаз, как и у текущего подключения, определяют значения показателей несимметрии фазных токов линии с ее питающей стороны,

причем в качестве последующего выбирают подключение нагрузки с наименьшим значением показателя несимметрии.

Показатель несимметрии фазных токов линии с ее питающей стороны предлагается определять как сумму модулей трех значений активной мощности нулевого провода питающей стороны линии, соответствующих каждому из сигналов фазных напряжений и сигнала тока нулевого провода линии с ее питающей стороны.

Значения активных мощностей нулевого провода линии с ее питающей стороны для каждой из фаз текущего и двух других подключений нагрузки к линии определяют, суммируя значение активной мощности, соответствующее сигналу фазного напряжения и сигналу тока нулевого провода нагрузки, и значение активной мощности, соответствующее сигналу одноименного фазного напряжения и сигналу тока нулевого провода линии со стороны ее конца или разности сигналов тока нулевого провода линии с ее питающей стороны и тока нулевого провода нагрузки.

Значения активных мощностей нулевого провода линии и нагрузки для каждой из фаз определяют путем аналого-цифрового преобразования (измерения) результата усреднения за период частоты сети (сглаживания) сигнала аналогового произведения сигналов фазного напряжения и тока нулевого провода (линии или нагрузки) или путем вычисления среднего значения за период частоты сети значений произведений одноименных отсчетов аналого-цифрового преобразования указанных сигналов.

При определении активной мощности нулевого провода для однофазной нагрузки вместо сигнала тока ее нулевого провода используют сигнал тока ее фазного провода, взятый с противоположным знаком.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве для реализации предлагаемого способа, содержащем блок переключения нагрузки первый, второй и третий входы которого являются соответствующими входами устройства и служат, для подключения к трем фазным проводам питающей линии, четвертый вход устройства служит для подключения к нулевому проводу линии,

блок переключения нагрузки выполнен с возможностью управляемого соединения его первого, второго и третьего входов с его первым выходом, который является первым выходом устройства и служит для подключения фазного провода нагрузки

блок управления,

первый и второй датчики тока, первые выходы которых соединены с четвертым входом устройства,

первый, второй и третий датчики фазных напряжений, первые входы которых соединены с четвертым входом устройства, а вторые входы подключены, соответственно, к первому, второму и третьему входам устройства,

выходы первого, второго и третьего датчиков фазных напряжений соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока управления, выходная шина которого подключена к управляющей шине блока переключения нагрузки,

вторые выходы первого и второго датчиков тока подключают, соответственно, к четвертому и пятому входам блока управления, блок переключения нагрузки дополнительно снабжен вторым и третьим выходами и выполнен с возможностью их управляемого соединения с первым, вторым и третьим его входами, четвертый выход устройства соединен с его четвертым входом и служит для подключения нулевого провода нагрузки.

Блок управления может быть выполнен в виде многоканального аналого-цифрового преобразователя и блока математической обработки, при этом первый, второй, третий, четвертый и пятый входы блока определения оптимального подключения являются соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом блока математической обработки, выходная шина которого является выходной шиной блока управления.

Для трехфазной нагрузки блок переключения нагрузки может быть выполнен в виде трех управляемых трехполюсных коммутирующих элементов, входные зажимы одноименных фаз которых соединены между собой и образуют, соответственно, первый, второй и третий входы блока переключения нагрузки, выходные зажимы разноименных фаз трехполюсных коммутирующих элементов соединены между собой и образуют, соответственно, первый, второй и третий выходы блока переключения нагрузки, а управляющие входы коммутирующих элементов образуют его шину управления.

Для однофазной нагрузки блок переключения нагрузки может быть выполнен в виде трех управляемых однополюсных коммутирующих элементов, входные зажимы которых образуют, соответственно, первый, второй и третий входы переключателя, выходные зажимы однополюсных коммутирующих элементов соединены между собой и образуют выход блока переключения нагрузки, а управляющие входы коммутирующих элементов образуют его шину управления.

В качестве первого и второго датчиков тока могут быть использованы трансформаторы тока, причем, по меньшей мере, первый из них целесообразно выполнить разъемным.

Преимуществами предложенного способа являются низкий уровень несимметрии фазных токов, при котором без снижения функциональной надежности выбирается оптимальный вариант подключения нагрузки, обеспечивающий в месте ее присоединения к линии наименьший, в сравнении с другими технически допустимыми подключениями, уровень несимметрии фазных токов трехфазной четырехпроводной линии с ее питающей стороны. При этом способ работоспособен как с однофазной, так и с трехфазной нагрузками, и обеспечивает при реализации низкие затраты на аппаратуру, ее установку на месте применения и на эксплуатацию.

Функционально надежное (корректное) переключение нагрузки достигается за счет того, что выбор оптимального варианта подключения нагрузки к линии производится путем сравнения всех технически допустимых вариантов подключения нагрузки по показателю несимметрии, однозначно характеризующему уровень несимметрии фазных токов. В этом состоит одно из основных отличий предлагаемого способа симметрирования от известных, в которых принятие решения об изменении такого показателя системы как «несимметрия фазных токов» основано либо на косвенных параметрах режима линии (уровни фазных напряжений или напряжения нулевой последовательности, углы сдвига фаз по отношению к ним токов фаз или нулевого провода и высшие гармоники в их составе), подверженных влиянию большого количества факторов, либо на параметрах режима (уровни фазных токов линии), измерение которых сопряжено с усложнением и удорожанием реализации и эксплуатации и потому ограничивающих перспективу широкого применения.

По параметрам режима линии, доступным для измерения в месте присоединения нагрузки и используемым в предлагаемом способе (фазные напряжения и токи нулевых проводов линии и нагрузки) несимметрия фазных токов линии может быть оценена и другими показателями. Например, это может быть напряжение и ток нулевой последовательности, как это предлагается в приведенных выше известных решениях для однофазных нагрузок, однако это сопряжено с указанными там же недостатками.

В предлагаемом способе в качестве показателя несимметрии для каждого технически допустимого варианта подключения нагрузки предлагается использовать значение суммы модулей трех активных мощностей, соответствующих сигналам каждого из трех фазных напряжений и тока нулевого провода линии с ее питающей стороны. Определять же этот показатель несимметрии предлагается с использованием сигнала тока нулевого провода линии со стороны ее конца относительно места присоединения нагрузки, для чего суммируют значение активной мощности, соответствующее сигналу фазного напряжения и сигналу тока нулевого провода нагрузки, и значение активной мощности, соответствующее сигналу одноименного фазного напряжения и сигналу тока нулевого провода линии со стороны ее конца. Вместо сигнала тока нулевого провода линии со стороны ее конца возможно использовать разность сигналов тока нулевого провода линии с ее питающей стороны и тока нулевого провода нагрузки.

Для подключения нагрузки к линии из трех технически допустимых с одинаковой последовательностью чередования фаз для трехфазной нагрузки выбирается вариант, имеющий наименьшее значение показателя несимметрии, то есть, суммы модулей трех активных мощностей, соответствующих каждому из трех фазных напряжений и току нулевого провода линии с ее питающей стороны.

Для подключения нагрузки к линии из трех технически допустимых с одинаковой последовательностью чередования фаз, например, ABC, CAB и ВСА, для трехфазной нагрузки выбирается вариант, имеющий наименьшее значение показателя несимметрии, то есть, суммы модулей трех активных мощностей, соответствующих каждому из трех фазных напряжений и току нулевого провода линии с ее питающей стороны.

Определение предлагаемого показателя несимметрии значительно проще, чем, например, таких известных и используемых на практике показателей несимметрии, как коэффициенты несимметрии по токам нулевой или обратной последовательностей, для определения которых требуется получение информации о фазных токах - и по сложности вычислительных операций, и аппаратной реализации, и по возможности применения на месте эксплуатации. В то же время, предлагаемый показатель несимметрии обеспечивает высокую чувствительность к низким уровням несимметрии при низкой чувствительности к влияющим факторам, указанным выше при анализе известных решений.

Активная мощность, определяемая через произведение мгновенных значений фазного напряжения и тока нулевого провода линии, в значительно меньшей мере чувствительна к изменению указанных выше влияющих факторов, чем фазные напряжения или даже фазные токи, параметры которых используются в качестве основных для изменения подключения нагрузки в известных решениях (применительно к однофазным нагрузкам).

Действительно, активная мощность, определяемая как среднее значение мгновенного произведения сигналов фазного напряжения и тока нулевого провода, пропорциональна последнему и, следовательно, коэффициенту несимметрии по току нулевой последовательности, в то время как чувствительность относительной величины каждого из этих параметров к указанным выше влияющим факторам невелика и не превышает 10-15%. Это значение ниже, чем в известном способе, использующем для изменения подключения нагрузки параметры напряжения нулевой последовательности, абсолютный уровень которого составляет единицы процентов от фазных напряжений, что сравнимо с влиянием на уровень последних влияющих факторов. Это также меньше, чем у рассмотренного выше известного способа, использующего в качестве признака наименее загруженной фазы значения фазных токов с питающей стороны линии, чувствительность которого ограничена уровнем тока переключаемой однофазной нагрузки.

Кроме того, использование для выбора оптимального варианта подключения нагрузки в качестве информационного параметра активных мощностей, соответствующих каждому из трех фазных напряжений и току нулевого провода линии в месте подключения нагрузки, обеспечивает значительно меньшую чувствительность к высшим гармоникам в составе как фазных напряжений, так и тока нулевого провода. Наиболее распространенная в настоящее время нелинейная нагрузка в трехфазных четырехпроводных сетях - выпрямительная (однофазные выпрямители с емкостным сглаживанием), при равномерном распределении которой по фазам дает в нулевом проводе ток, содержащий, преимущественно, гармоники, кратные 3, причем их уровень (действующее значение) в нулевом проводе может быть сравним и даже превышать уровень фазных токов. Если нелинейная нагрузка еще и несимметрична по фазам линии, то в токе нулевого провода будет содержаться уже весь спектр нечетных гармоник. Поскольку фазные напряжения питающих линий искажены значительно меньше, чем фазные токи (коэффициент гармоник даже при больших искажениях фазных токов редко превышает 5%), то активная мощность, соответствующая составляющей фазного напряжения основной частоты и высшим гармоникам тока, близка к нулю. По этой причине относительный уровень влияния высших гармоник тока нулевого провода на значения соответствующих ему активных мощностей будет близок к значению коэффициента гармоник. То есть, на используемый при переключении однофазной нагрузки информационный параметр - активные мощности, соответствующие каждому из трех фазных напряжений и току нулевого провода, влияние высших гармоник, содержащихся в токе нулевого провода, значительно ниже, чем при использовании в качестве такого параметра уровней фазных и нулевого токов, также как и фазных напряжений. Это также способствует повышению чувствительности предлагаемого способа к уровню несимметрии фазных токов.

Важным результатом предлагаемого решения является то, что для вычисления активных мощностей, необходимых для реализации предлагаемого способа, используется информация о токе только одного из четырех транзитных проводов линии - нулевого провода (либо со стороны питания, либо с конца линии относительно места присоединения нулевого провода нагрузки) и о фазных напряжениях каждой из трех фаз, то есть, без получения информации о фазных токах линии. Если получение сигналов фазных напряжений не представляет технической сложности - подключение ко всем четырем проводам линии в любом случае необходимо для обеспечения возможности подключения нагрузки ко всем трем фазам, то получение информации о токах во всех четырех транзитных проводах линии с помощью соответствующих датчиков не только значительно усложняет реализацию, но и неприемлемо для реальных условий эксплуатации. Отсутствие необходимости в применении датчиков токов фазных проводов линии при одновременном обеспечении высокой чувствительности устройства к несимметрии фазных токов, позволяет существенно снизить стоимость реализующего предлагаемый способ устройства, его установки и эксплуатации, в том числе и за счет мер по их защите - климатической и антивандальной. Кроме того, это повышает эксплуатационную надежность, поскольку эффективность любой возможной защиты конечна. Особенно это относится к линиям с воздушной изоляцией, на которых из-за больших расстояний между проводами практически нереально применять защиту, выполненную в виде бокса, общего для всех датчиков тока и симметрирующего устройства. Использование в предлагаемом устройстве датчиков тока только для нулевых проводов линии и нагрузки делает возможной их защиту указанным способом.

Схема устройства, реализующего предлагаемый способ симметрирования для трехфазной нагрузки, приведена на фиг. 1. Там же показан порядок его подключения к трехфазной четырехпроводной линии.

На фиг. 2 показана возможная реализация блока переключения нагрузки 1 для трехфазной нагрузки.

На фиг. 3 показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ на присоединении однофазной нагрузки. Там же показан способ его подключения к трехфазной четырехпроводной линии.

На фиг. 4 показана возможная реализация блока переключения нагрузки 1 для однофазной нагрузки.

Заявляемое устройство (фиг. 1) содержит блок 1 переключения нагрузки, блок 2 управления, первый 3 и второй 4 датчики тока, а также первый 5, второй 6 и третий 7 датчики фазных напряжений. Первый 8, второй 9 и третий 10 входы устройства служат для подключения фазных проводов питающей линии и являются одновременно соответствующими входами блока 1 переключения нагрузки, а четвертый 11 вход устройства предназначен для подключения нулевого провода линии. Первый 12, второй 13 и третий 14 выходы устройства являются соответствующими выходами блока 1 переключения нагрузки, а четвертый 15 выход устройства соединен с его четвертым входом 11, предназначен для подключения нулевого провода нагрузки и служит в качестве точки нулевого потенциала устройства.

Первые входы первого 5, второго 6 и третьего 7 датчиков фазных напряжений соединены, соответственно, с первым 8, вторым 9 и третьим 10 входами устройства, вторые входы первого 5, второго 6 и третьего 7 датчиков фазных напряжений соединены с точкой нулевого потенциала 11, а их выходы подключены, соответственно, к первому 16, второму 17 и третьему 18 входам блока 2 управления. К четвертому 19 и пятому 20 входам блока 2 управления подключены, соответственно, выходы первого 3 и второго 4 датчиков тока, вторые выходы которых соединены, соответственно, с точкой нулевого потенциала 11.

Блок 2 управления на фиг. 1 содержит многоканальный аналого-цифровой преобразователь 21 и блок 23 математической обработки сигналов, причем первый, 16 второй 17, третий 18, четвертый 19 и пятый 20 входы блока 2 управления являются соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя 21, выход 22 которого соединен с входом блока 23 математической обработки сигналов, выходная шина 24 которого является выходом блока управления.

Возможная реализация блока переключения нагрузки 1 для трехфазной нагрузки показана на фиг. 2 и содержит первый 25, второй 26 и третий 27 управляемые трехполюсные коммутирующие элементы, входные зажимы одноименных фаз которых соединены между собой и образуют первый, второй и третий входы блока переключения нагрузки 1, подключаемые в устройстве, соответственно, к его первому 8, второму 9 и третьему 10 входам. Выходные зажимы разноименных фаз первого 25, второго 26 и третьего 27 трехполюсных коммутирующих элементов соединены между собой так, что формируют первый, второй и третий выходы блока переключения нагрузки 1, подключаемые в устройстве, соответственно, к его первому 12, второму 13 и третьему 14 выходам, причем их соединение соответствует допустимой круговой последовательности чередования фаз для замкнутого состояния каждого из трех назв