Устройство для компенсации полного тока однофазного замыкания на землю

Устройство для компенсации полного тока однофазного замыкания на землю

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ полного ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАЬИКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ по св. 813587, о тл ,и чающее с я тем, что, с . целью расширения функциональных возможностей и повьшекия Шстродействия, оно снабжено датчиком направления то„ ка через инвертор и последовательно соединенным фильтром низких частот, блоком коррекции, блоком умножения и блоком вычитания,причем один выход датчика направления тока через инвентор подключен к входу фильтра нидких частот,а другой - к входу блока умно жения,а вход датчика напрё1вления тока через инвертор соединен с выходом однофазного зависимого инвертора. со с: и о 00 00 сд 9КГ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) Н 02 Х 3 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 .ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬОТВУ (61) 813587 (21) 3400608/24-07 (22) 01.03.82 (46) 23. 09. 83. Вюл. Р 35 (72) В.К. Обабков, Ю.Н. Целуевский, В.В. Новиков, A.М. Носов, A.Â. Сапй-. лов, В.М. Ильин, Е. П ° Милешин ,и Г.И. Сивчиков ..(71) Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт и .Институт прикладной математики и мехайики AH украинской ССр. (53.) 621.316.925(088.8) (567 1. Авторское свидетельства СССР

Р 813587, кл. Н 02 J. 3/18, 1979.

„„SU„„1043785 А (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ

ПОЛНОГО ТОКА ОДНОЭАЗНОГО ЗЮагКАНИЯ

НА ЗЕМЛЮ по афт; св. В 813587, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повьваения быстродействия, оно снабжено датчиком направления то ка через инвертор и последовательно соединенным фильтром низких частот, блоком коррекции, блоком умножения и блоком вычитания, причем один выход датчика направления тока через инвентор подключен к входу фильтра низких частот,а другой - к входу блока умно жения,а вход датчика направления тока через инвертор соединен с выходом однофазного зависимого инвертора.ф I

1043785

Цель достигается тем, что устройство снабжено датчиком направления тока через инвентор и последовательно соединенньм фильтром низких частот, блоком коррекции, блоком умножения и блоком вычитания, причем один выход датчика направления тока через инвертор,подключен к входу фильтра низких частот, другой — к входу блока умножения, а вход датчика направления тока через инвентор соединен с.выходом однофаэного зависимого инвертора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема примера выполнения предлагаемого устройства;на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы, характеризующие работу устройства в сети с однофазным замыканием на землю; на фиг.4 пример выполнения корректирующего блока.

Устройство содержит дугогасящий реактор 1, включенный последовательно с ним однофазный зависимый инвентор 2, состоящий нз тиристорного моста 3 — 6 и блока 7 управления тиристорами 3 — 6. Инвентор 2 соединен с управляемым выпрямителем 8, зашунтированным диодом 9. С инвентором связан датчйк 10 направления тока i (t) через инвентор 2. B простейшем случае датчик 10 состоит из резистора 11 и связанного с ним компаратора 12.

Выход датчика 10 соединен с входом последовательно включенных фильтра 13 низких частот и корректирующего блока 14 ° К выходу корректирующего блока 14 подключен первый вход блока 15 умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 10. Первый вход блока 16 вычитания подключен к входу управления устройства, а выход блока 15 соединен с .вторым входом блока 16 вычитания.

Устройство содержит также блок 17 распознавания режима замыкания, на, вход которого подано напряжение Е (1) смещения нейтрали, выход же его соединен с первым входом управляемого выпрямителя 8, к второму входу которого подключен. выход блока 16 вычитания.

Кривые 18. — 21 на фиг. 2 изображают зависимости от времени соответственно тока, I(t) через дугогасящий реактор 1, его "постоянной" составляющей lO(t), напряжения ЕК(t) на инвенторе 2 и "постоянной" составляющей Ек (с) этого напряжения.

На фиг. 3 кривые 22 и 23 аналогичны кривым 18 и 19 на фиг. 2, а кривые

24 - 30 показывают соответственно сигналы U (t) на выходе корректирующего блока 14, ()(t) на выходе блока

15 умножения, uo(t) на выходе блока

16 вычитания, а также напряжение (t) на инверторе 2 и его "постоян34.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для компенсации емкостной и активной составляющих тока однофаэного заьыкания на землю и полного гашения перемешающихся дуг в трехфазных электрический сетях с неэаземленной нейтралью.

По основному авт. св.9 813587 известно устройство для компенсации полного тока, содержащее дугогьсящий реактор, включенный в нейтраль сети, 10 однофаэный зависимый инвертор,подключенный к дугогасящему реактору, управляемый выпрямитель, соединенный с источником напряжения, выход которого зашунтирован встречно включен- 5 ным диодом и подключен к входу упомянутого инвертора, а также блок распо-знавания режима замыкания, выход которого соединен с первым входом управляемого выпрямителя.

Данное устройство представляет собой, по сути дела, нелинейное отрицательное сопротивление, отдающее в контур нулевой последовательности энергию, которая расходуется на возмещение активных потерь в компенсирующем реакторе и изоляции сети, и таким образом, совместно с компенсирующим реактором у стра ня ет и емко ст ную и активную составляющие тока однофаз- ного замыкания (1).

Однако отрицательное сопротивление инвертора проявляется.. не только по отношению к колебательной составляющей,на частоте сети, но и по отноше" нию к неколебательной (постоянной ) 35 составляющей тока через дугогасящий реактор. Вследствие этого в сети с. устойчивым (глухим )однофазным замыканием уменьшается сопротивление постоянному току в цепи: дугогасящий 4g реактор - источник поврежденной фазы - место замыкания - инвертор,что затягивает апериодический переходный процесс при возникновении замыкания, снижает быстродействие компенсации и ухудшает условия электробеэопас ности.

Кроме того, нри малых сопротивлениях замыкания возможна потеря устой» чивости в системе сеть - инвентор.

При этом напряжение на инвенторе перестает менять знак, и через инвен. тор — дугогасящий реактор — место замыкания протекает ток неизменной полярности. Поскольку работа в подоб" ном режиме недопустима по условиям 55 эксплуатации сети, при потере устойчивости управляемый выпрямитель должен быть заперт. Таким образом, неизвестное устройство неработоспособно при малых сопротивлениях эамыка- щ ния, что сужает его функциональные воэможности.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей и повышение быстродействия устройства„

1043785 ную" составляющую E „(t ) как фуйкции времени.

Принципиальная схема корректирующего блока 14 (фиг. 4 ) содержит операционный усилитель 31, конденсаторы

32 — 35 и резисторы 36 — 38. 5

Устройство работает следующим образом.

В режиме однофазного замыкания блок 17 распознавания режима замыкания подает на первый вход управляе-. 10 мого выпрямителя 8 сигнал Z(t) разрешающий появление на выходе упрайляемого выпрямителя напряжения Н (t),равного — 0р () ° (1) f5 где и р (» ) - напряжение, подаваемое на второй вход управляемого выпрямителя 8. Сигнал Uo (t) преобразуется инвентором 2 в напряжение Ek (t) (2) Ek(t) = H(t) sign )(с) направленное встречно току i(с),.протекающему через дугогасящий реактор

1. Вследствие этого инвентор 2 отдает энергию в контур нулевой последовательности сети, или, иными словами, обладает отрицательным сопротивлением.

Благодаря возмущению инвентором ЗО активных потерь в контуре нулевой последовательности, происходит комПЕнсация не только емкостной,но и активной составляющей тока однофаэного..замыкания. полная компенсация наступа- 35 ет при соответствующей настройке индуктивности L дугогасящего реактора !.. н напряжения Н, определяемого (в конечном итоге ) сигналом Ue(t) =U t,(t) ..

Продолжим рассмотрение работы 40 устройства в предположении, что выход блока 15 умножения отключен от второго входа блока 16 вычитания,.

Контур нулевой последовательности сети с предполагаемым устройством,.: при работе в режиме глухого замыкания через малое сопротивление может оказаться неустойчивым по неколеба- . тельным составляющим. токов и напряжений. Иеханиэм этого явления пояс-. няется на фиг. 2. Так как напряжение 50

E<(t) на инвенторе 2 меняет знак сйнхронно со сменой знака током l(t) через компенсирующий реактор 1, то при появлении в токе !(t) (фиг.2, кривая 18) даже небольшой "постоян- 55 ной" составляющей,(р(t) (фиг. 2, кри:вая 19) приводит к изменению скважности Бимпульсов в напряжении Е «(й) (,фиг. 2, кривая 20). На инверторе 2 скважность S отклоняется от значения..gp

Вследствие этого в укаэанном напряжении также появляется "постоянная", ;составляющая Е О (t) (фиг. 2, кривая

21). Данная составляющая, в свою очередь, вызывает дополнительный 6

"постоянный" ток, замыкающийся по цеп» ннвертор 2 — дугогасящий реактор 1 место замыкания. увеличивающий "постоянную" составляющую р(t ) тока . ! (), как следствие возрастает "по - стоянная" составляющая Е р с) в напряжении Е (й)и т.д. В ре.эультате

k при соблюдении неравенства р / (3) где !щ - амплитуда переменной состав ° ляющей в токе через дугогасящий реактор 1; активное сопротивление дугогасящего реактора 1; !!и - сопротивление места замыкания, "постоянная" составляющая р() может нарастать до величины

io,ðàâíîé !oH(R йр) " как это показано на фиг. 2, что и означает потерю устойчивости по "постоянному" току. Переключения инвертора 2 при этом прекращаются (момент t „ на фиг.2), так как ток !(t) не меняет направления. Данный режим характеризуется значительным увеличением . суммарного тока через место замыкания. Если же неравенство (3) не выполняется, тем не менее процесс затухания "постоянной" составляющей затягивается, а укаэанное обстоятельство существенно снижает условия электробезопасности в тех случаях, когда роль "постоянной" составляющей играет свободная составляющая тока

i(t), возникающая в момент однофазного замыкания иа землю и имеющая значительную величину.

Рассмотрим теперь работу устройства при наличии в токе !(t) значительной постоянной составляющей. При этом считаем, что условно разорван-ная ранее связь между выходом блока

15 умножения и вторим входом блока вычитания восстановлена. Временная диаграмма работы устройства в укаэанном случае показана на фиг. 3. При наличии "постоянной" составляющей

iр(t) s токе i(t) через дугогасящий реактор 1 скважносгь S импульсов в сигнале y(t) на выходе датчика 10 у(t) = ы gni(t) отклоняется от значения S=2 (фиг. 2, кривые 22-24).

Вследствие этого в сигнале y(t) также появляется "постоянная" составляю-. щая, которая выделяется фильтром 13 низких частот. Укаэанный фильтр может быть выполнен как в виде линейного звена, так и в виде устройства,! дискретным по времени съемом информации. Выделенная ".постоянная" составляющая в виде сигнала 0"(с), пройдя через корректирующий .блок 14, предназначенный для улучшения динами.ческих характеристик устройства, поступает на вход блока 15 умножения, где умножается на прямоугольный сиг.

1043785 г нал y(t ) давая в результат: сигнал

0(t), равный 0 (с) = U(t) sign (t) .

График сигнала 0(t) изображен на фиг. 3, кривая 27. Укаэанный сигнал вычитается иэ сигнала О {t) управления посредством блока 16 вычитания, формируя сигнал,un(t), показанный на фиг.3 (кривая 28), и поступающий на второй вход управляемого выпрямителя 8. По.скольку напряжение И(t) питающее ин— ! вертор 2, равно 10

ii(t)-КОО() K{u 0(с) - 0(t) sign (1:)3 то напряжение EK. (t) H(t) sign (t) оказывается модулированным по ампли- 15 туде: амплитуда полупериадов с большей длительностью уменьшается, а амплитуда полупериодов с меньшей длительностью увеличивается (фиг. 3, кривая 29 ). Вследствие этого в напря- 20 жение Eit(t) на инверторе 2, равном

Е K(t) K)0 f(t)- 0 (t) sign (t)) sign (t)*

=KU (t) sign (t)- KU(t) образуется компенсирующая "постоян- . ная" составляющая Е к = - KU(t),íà.правленная встречно "постоянной" составляющей ь (t ) тока (t ), что способствует скорейшему ее з атуханию. - 30

Аналогичным образом подавляются и малые отклонения "постоянной" составляющей тока i,(t) от нуля, благодаря чему контур нулевой последовательности оказывается устойчивым по постоян-35 ному току.

После исчезновения "постоянной" составляющей !О(t) в токе i{t) сигналы u+ (t), u (с) и u (t) становятся рав. ными нулю, сигнал Uo повторяет сиг- @ нал управления 00{ ) и свойства устройства снова определяются выраже-. ниями {1) и (2)

Таким образом, предлагаемое устройство создает в контуре нулевой 45 последовательности как отрицательную обратную связь по постоянному току, так и положительную обратную связь по переменному току предназначенную для компенсации активной составляю- 50 щей, т.е. предлагаемое устройство является нелинейным положительным сопротивлением для постоянного .тока, сохраняя свойства отрицательного со- противления для переменного тока.

Следует заметить, что большие зна- чения коэффициента усиления в контуре компенсации "постоянной" составляющей ухудшают его динамические характеристики и могут привести к автоколебаниям.

Для устранения указанного свойства в устройстве предусмотрен корректирующий блок 14.. Его структура и параметры определяются свойствами . фильтра 13 низких частот и диапазо ном изменения параметров сети. Так, для случая типичной распределительной сети 6 кВ с емкостными токами от 30 до 100А и в случае применения в качестве фильтра 13 устройства " дискретного съема информации на каждом полупериоде частоты сети, в качестве корректирующего блока 14 может быть применено устройство, изображенное на фиг. 4.Приведенная схема реализует следующую передаточную функцию:

w (o) =-

Ry где O=d/dt - оператор дифференцирования;

"2R C + RгС 1

Т и !% с.! (C,! + 2Q) (2R>CQ R>C> ) т =гя„с4

Т4 83сз

С1- емкость конденсаторов 32 и 33, С,С вЂ” соответственно емкости конден. саторов 34 и 35.

R - R - соответственно сопротивления резисторов 36 и 38.

Использование предлагаемого устройства позволяет устранить свойство потери устойчивости по постоянному току при малых сопротивлениях замыкания и этим расширить его функциональные возможности и повысить надеж. ность функционирования.

Кроме того, положительное сопротивление постоянному току, вносимое данным устройством в контур нулевой последовательности сети, увеличивает

) общее сопротивление контура постоянному току, что способствует быстрому затуханию экспоненционального перехода процесса, возникающего в сети после замыкания фазы на землю, и, таким образом, улучшает условия злектробезопасности при эксплуатации электрических сетей и установок потребителей электроэнергии.

Применение систем автоматической компенсации полного тока однофазного замыкания на землю, построенных на основе предлагаемого устройства, позволит существенно повысить надежность и безопасность электроснабжения в сетях с незаземленной нейт- ралью.

1043785

Составитель О. Наказная

Редактор A. Шандор ТехредТ.Фант Корректор О.Тигор

Заказ 7353/59 Тираж б17 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035„ Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4