Устройство для компенсации полного тока однофазного замыкания в коротких сетях

Устройство для компенсации полного тока однофазного замыкания в коротких сетях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

coLINAJ1NcTNHEcKNx «У 1777199 А) (gf)g Н 02 Н 9/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«4 4 4

О (Ю

1 (21) 4827316/07 (22) 21,05.90.. (46) 23.11.92, Бюл. Г 43 (71} Институт прикладной математики и механики АН УССР и Донецкий политехнический институт (72) R,Ê.Обабков, Ю.Н,Цылуевский и (О,К,Ефимов (56) 1, Вильгейм Р, и др. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. - М-Л.: ГЗИ, 1.959, с, 208-210, 2, Обабков В,К, и др, Стендовые испытания всережимного двухканально" го автокомпенсатора емкостных и активных составляющих в месте однофазного замыкания на землю сети 6 кВ, Деп. в ВИНИТИ, Г 1223-85, Авторское свидетельство СССР

Г 1704222, кл. Н 02 Н 9/08, 1990, (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ПОЛНОГО ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ В

КОРОТКИХ СЕТЯХ (57) Область использования. в трехФазных сетях с напряжением 6-35 кВ с малыми емкостными токами однофазных замыканий, например в сетях собственных нужд тепловых электростанций, Сущность изобретения: при возникновении в сети однофазного замыкания на землю блок управления распознает ,поврежденную Фазу и по результатам распознавания замыкает один из трех двухконтЬктных коммутирующих устроиств таким образом, чтобы цепь из соединенных последовательно дополнительного дросселя и второго симметричного тиристорного ключа оказалась подключенной параллельно той фазной секции вторичной обмотки трансформаторов Бауха, которая соответствует фазе сети, опережающей поврежденную фазу. Благодаря тому, что магнитная цепь трансформатора Бауха замкнута для потока нулевой последовательности, напряжение на цепи из дополнительного дросселя и второго тиристорного ключа пропорционально напряжению между поврежденной Фазой и землей, а ток, протекающий по этой цепи, складывается с током нулевой последовательности сети, Изменяя выдержку времени между моментом запи-.. рания тиристоров второго ключа и моментом подачи на него очередного отпирающего импульса, можно регулировать амплитуду первой гармоники тока в указанной цепи, Данный ток несимметрии как раз и служит для компенсации активной составляющей в сети. Блок управления регулирует величину указанной искусственной несимметрии и устанавливает оппелеленн4о

:"недокомпенсацию таким образом, чтобы, в частности, в режиме перемещающегося дугового замыкания вынужденная составляющая напряжения смещения нейтрали, обусловленная искусственной несимметрией, была равна ЭДС поврежденной фазы и таким образом компенсировала ее. Первая гармоника напряжения поврежденной фазы при этом исчезает, и в результате полностью подавляется дуговой процесс а месте замыкания, 1 з.п. Ф-лы, 6 ил.

1777199

Изобретение относится к области электроэнергетики и может использоваться в трехфазных сетях (главным, образом высоковольтных, напряжением

6-35 кВ) с малыми емкостными токами однофазных замыканий, например s сетях собственных нужд тепловых электростанций, для предотвращения аварий, вызванных однофазными замыка- ®и ниями на землю (ОЯНР) путем полного подавления дугового процесса в месте однофазного замыкания и предельного уменьшения первой гармоники тока через место повреждения. 15

Известно устройство (1), содержащее подключенный к нейтрали сети дугогасящий реактор (ДГР) с авторегулятором, блок управления, осуществляющий выбор поврежденной фазы, вы- 2О соковольтные выключатели и дроссель, подключаемый указанными выключателя" ми к фазе, опережающей поврежденную, Недостатками устройства являются сложность и низкая надежность, свя" 25 занные с наличием высоковольтных коммутирующих устройств и нестандартного высоковольтного дросселя, невозможность плавного регулирования компенсации активной составляющей, От недостатков, связанных с высоковольтными коммутирующими устройствами и высоковольтным дросселем, свободно двухканальное устройство автоматического регулирования компенсации УАРК.2 (2J

Данное устройство, совместно с сопутствующим оборудованием, образует систему автокомпенсации полного тока

ПЛН?, содержащую ДГР плунжерного ти- 4„ па, подключенный к нейтрали сети при помощи присоединительного трансформатора, многофункциональный силовой модуль, включенный между земляным выводом ДГР и землей, тиристорные разрядники, шунтирующие силовой модуль в случае таких неисправностей, которые приводят к отсоединению зем" ляного вывода ДГР от земли, тиристор" ный управляемый выпрямитель, подключенный к силовому модулю и питающийся от низковольтной трехфазной сети с изолированной нейтралью.

Елок управления, подключенный к сети через датчик напряжений сети, управляет приводом ДГР (посредством реверсивного тиристорного пускателя) и напряжением управляемого выпрямителя. Многофункциональный силовой модуль в режиме О НЗ представляет собой однофазный зависимый инвертор, служащий для компенсации активной составляющей токов ОЗНОБ, а в нормальном режиме работы сети он преобразу-. ется в модулятор добротности контура нулевой последовательности сети (КНПС), служащий для автонастройки

КНПС, Недостатками описанного устройства являются повышенная сложность реализации, обусловленная схемой однофазного зависимого инвертора, содержащей пять тиристоров с устройствами гальванической развязки и управления, и необходимостью применения управляемого выпрямителя (еще шесть тиристоров с соответствующими схемами), То обстоятельство, что тиристорный выпрямитель необходимо питать только от низковольтной сети с изолированной нейтралью, может приводить либо к дополнительному усложнению устройства за счет специальной обмотки на присоединительном трансформаторе, низковольтного разделительного трансформатора, трансформаторного подключения управляемого выпрямителя к высоковольтной сети, либо к невозможности применения данного устройства, если принять указанные меры по какой-либо причине нельзя. Кроме того, устройство обладает низким быстродействием, обусловленным ДГР плунжерного типа, и принципиально ограниченным диапазоном допустимого изменения активных потерь в сети (для сети 6 кВ в случае питания управляемого вь прямителя от сети 380 В, тангенс угла потерь в изоляции сети может изменяться в пределах 3...9i, а для сети 10 кВ " в пределах 2...6 ь). Гальваническая связь силового модуля с высоковольтной сетью снижает безопасность эксплуатации устройства и усложняет его за счет применения многоступенчатых защит. Отсутствие производства плунжерных ДГР на малые токи делает невозможным применение устройства

УАРК,2 в сетях с малыми емкостными токами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для автокомпенсации емкостных токов однофазных замыканий в коротких сетях (3), содержащее подключенный к сети тран5 1 сформатор Бауха, симметричный тирис торный ключ, соединенный послелова- . тельно с дросселем укаэанного трансформатора Бауха, связанный с управляющими электродами данного ключа формирователь отпирающих импульсов, вход которого совместно с первым входом блока управления подключен к выходу блока управляемой выдержки времени. Управляющий вход блока управляемой выдержки времени соединен с выходом блока управления, а его запускающие входы совместно с, вторым и третьим входами блока управления соединены с выходами двух датчиков эапирания тиристоров ключа, входы которых подключены параллельно упомянутому симметричному тиристорному ключу. Устройство-прототип содержит также связанный с сетью датчик напряжений сети, выходы кото, рого подключены к входам для напряжений сети блока управления, Описанное устройство относительно просто реализуется, не содержит гальванических связей сигнальных цепей с высоковольтной (первичной) стороной, что делает его безопасным в эксплуа" тации. Оно может работать в сетях с малыми емкостными токами, обладает предельно высоким быстродействием (любая перестройка компенсации емкостной составляющей (КЕС) токов

ОЗНЗ может быть осуществлена не более, чем за полупериод частоты сети) и широким диапазоном изменения компенсируемых емкостных токов.

Недостатками данного устройства являются невозможность компенсации активной составляющей и ограниченные функциональные возможности, Первый недостаток приводит к тому, что дуговые процессы в месте ОЗНЗ, в условиях снижения диэлектрической прочности изоляции в этом месте до уровня ниже амплитуды фазных ЗДС в сети, не прекращаются даже при точной резо.нансной настройке КНПС, Компенсация емкостных токов в этих условиях может привести только лишь к снижению частоты дуговых пробоев. При этом сохраняются перенапряжения, воздействующие на изоляцию всей сети при каждом пробое, и сохраняется опас« ность дальнейшего развития аварии, в частности дополнительных повреждений изоляции подключенного к сети электрооборудования, пожаров, пора777199 жения электротоком, Второй недостаток обълсняетсл невозможностью вве. дения в сеть искусственной несимметрии, например, для подавленил в сети естественной несимметрии (длл сниже 5 ния напряжения смещения нейтрали в резонансе), или с целью автонастройки в нормальном режиме работы сети.

10: Целью иэобретенил лвляетсл расши рение функциональных возможностей и повышение эффективности подавления дуговых процессов в месте однофазного замыкания, а также повышение безо15 пасности.

С указанной целью устройство, содержащее подключенный к сети трансформатор Бауха, блок управления, первый симметричный тиристорный ключ, 20 соединенный последовательно с дросселем укаэанного трансформатора Gayxa, связанный с управллющими электродами данного ключа первый формирователь отпирающих импульсов, вход кото"

25 рого совместно с первым входом блока управления подключен к выходу первого блока управляемой выдер>нки времени, управляющий вход которого в свою очередь соединен с первым выхо30 дом блока управления, а запускающие входы совместно с вторым и третьим входами блока управления соединены с выходами первого и второго датчи", ков запирания тиристоров ключа, входы которых подключены параллельно

35 упомянутому первому тиристорному ключу, а также связанный с сетью датчик напряжений сети, выходы которого подключены к входам для напряжений сети

40 блока управления, снабжено первым, вторым и третьим двухконтактными коммутирующими устройствами, дополнительным дросселем, вторым симметричным тиристорным ключом, вторым

45 формирователем отпирающих импульсов и вторым блоком управляемой выдержки времени, а также третьим и четвертым датчиками запиранил тиристоров,причем соединенные последовательно вто50 рой тиристорный ключ и дополнительный дроссель включены между соединенными между собой вторыми полюсами первых контактов первого, второго и третьего коммутирующих устройств и соединенными между собой первыми полюсами вторых контактов первого, второго и третьего коммутирующих устройств, первый полюс первого контак" та первого коммутирующего устройства

1777199

45

55 подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора Бауха, соединенному с его дросселем, первый полюс первого контакта второго коммутирующего устройства совместно с вторым полюсом второго контакта первого коммутирующего устройства подключен к противоположному выводу фазной секции вторичной обмотки трансформатора Бауха, .соединенной с его дросселем, второй полюс второго контакта третьего коммутирующего устройства подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора Бауха, соединенному с первым симметричным тиристорным ключом, пер. вый полюс первого контакта третьего коммутирующего устройства совместно с -вторым полюсом второго контакта второго коммутирующего устройства подключен к противоположному выводу фазной секции вторичной обмотки трансформатора Бауха, соединенной с первым симметричным тиристорным ключом> управляющие входы первого, второго и третьего коммутирующих устройств подключены соответственно к второму, третьему и четвертому выходам блока управления, управляющие электроды второго симметричного тиристорного ключа соединены с выходами второго формирователя отпирающих импульсов, вход которого подключен к выходу второго блока управляемой выдержки времени, управляющий вход которого всвою очередь соединен с пятым выходом блока управления, а запускающие входы соединены с выходами третьего и четвертого датчиков запирания тиристоров, входы которых подключены параллельно упомянутому второму симметричному тиристорному ключу.

Кроме того, с целью упрощения и улучшения динамических характеристик, в данном устройстве второй блок управляемой выдержки времени содержит первый логический элемент ИЛИ, первый генератор тактовых импульсов и первый программируемый таймер, причем входы первого логического элемента ИЛИ подключены к запускающим входам второго блока управляемой выдержки времени, выход первого логического элемента ИЛИ подключен к разрешающему входу первого программируемого таймера, выход первого генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом первого программируемого таймера, входы данных и управпения первого программируемого таймера составляют управляющий вход второго блока управляемой выдержки времени, а выход первого программируемого таймера подключен к выходу второго блока управляемой выдержки времени.

Кроме того, блок управления содержит нуль-компаратор, первый, второй и третий смещенные компараторы, первый и второй полосовые фильтры, настроенные на частоту сети, второй и тре" тий логические элементы ИЛИ, датчик дуговых пробоев в сети, первый, второй и третий аналоговые ключи с логическим управлением„ выходной регистр, второй программируемый таймер, второй генератор тактовых импульсов, контроллер прерываний, процессор с

2О постоянным и оперативным запоминающи" ми устройствами, алгоритм функционирования которого представлен на фиг,5 и фиг. 6, и шину данных, адресов и управления, причем входы нуль25 компаратора и первого смещенного компаратора подключены к входу для фазной ЗДС сети, вход второго смещенного компаратора через первый полосовой фильтр совместно с входом датчика дуговых пробоев подключен к входу для напряжения смещения нейтрали, аналоговые входы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены с входами для фазных напряжений соответственно первой, второй и третьей фаз„ первый вход контроллера прерываний, первый и второй входы второго логи" ческого элемента ИЛИ образуют соответственно первый, второй и третий входы блока управления, восьмой вход контроллера прерываний подключен к выходу второго блока управляемой выдержки времени, первый и второй входы третьего логического элемента ИЛИ подключены соответственно к выходам третьего и четвертого датчиков запирания тиристоров, выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены вместе и через второй полосовой фильтр подключены к входу третьего смещенного компаратора, выходы второго логического элемента ИЛИ, первого и второго смещенных компараторов, датчика дуговых пробоев, третьего смещенного компаратора и третьего логического элемента ИЛИ подклю" чены соответственно к второму, третьему, четвертому, пятому, шестому и седьмому входам контроллера прерыва1 1777199

10, ний, выход нуль-компаратора подключен к разрешающему входу второго программируемого таймера, на счетный вход которого подан выход второго генератора тактовых импульсов, первый, второй и третий выходь» вь»ходного регистра подключены к управляющим входам соответственно второго, третьего и первого аналоговых ключей и образу- 10 ют соответственно второй, третий и четвертый выходы блока управления, а шина данных, адресов и управления подключена к контроллеру прерываний, к выходному регистру, к процессору

-с постоянным и оперативным запоминающими устройствами, к входам данных и управления второго программируемого . таймера и к первому и пятому выходам блока управления. 20

На фиг.1 показан пример функционально-принципиальной cxeMbl предлагаемого устройства, на фиг,2 - пример функционально-принципиальных схем микропроцессорной реализации первого 25 и второго блоков управляемой выдержки времени и блока управления, на фиг,3 векторные диаграммы токов и напряжений в устройстве, показанном на фиг.1, на фиг,4 - временные диаграммы токов и напряжений в сети и в устройстве в условиях полного подавления перемежающегося дугового ОЗНЗ в фазе сети с фаэной ЭДС E (t) вследствие точной настроики компенсации емкостной составляющей (КЕС) и компенсации активной составляющей КАС), на фиг,5упрощенная блок-схема алгоритма работы блока 29 управления в режимах

ОЗНЗ на фиг.6 — упрощенная блоксхема алгоритма функционирования бло"

k8 29 управления в нормальном рен<име работы сети, На фиг.1 обозначено: 1 - трехфазная сеть с незаземленной нейтралью; 4

2 - трансформатор Бауха, например, серийный типа ТАлТИ, с дросселем 3, имеющим индуктивность, равную I.

+ и с вторичной обмоткой, состоящей из фаэных секций 4, 5 и 6, образующих разомкнутый треугольник; 7 и 8 - тиристоры первого тиристорного ключа, 9-- первый формирователь отпирающих импульсов (ФОИ1), запускаемый сигналом G<(t), 1О и 11 — первый и второй датчики (Д1 и Д2) запирания тиристоров 7 и 8 первого симметричного тиристорного ключа, выходные сигналы g» (t) и (t) которых поданы на запускающие входы первого блока

12 управляемой выдержки времени (УВВ1), K выводам фазных секций 4...6 вторичной обмотки трансформатора 2

Бауха подключены первый и второй контакты 13 и 14 первого коммутирующего устройства 15, первый и второй кон" такты 16 и 17 второго коммутирующего устройства 18, а также первый и второй контакты 19 и 20 третьего коммутирующего устройства 21, Вторые полюсы первых контактов 13, 16,и 19 и первые полюсы вторых контактов 14, 17 и 20 коммутирующих устройств 15, 18 и 21 соединены между собой и подключены к соединенным последовательно второму симметричному тиристорному ключу, образуемому тиристорами 22 и

23, и дополнительному дросселю 24 с активностью, равной 1, Здесь же

25 — второй формирователь отпирающих импульсов (ФОИ2), запускаемый сигналом 6 (t), 26 и 27 — третий и четвертый датчик (Д3 и Д4) запира" ния тиристоров 22 и 23 второго симметричного тиристорного ключа, выходные сигналы ((t) и P+(t) которых поданы на запускающие входы второго блока 28 управляемой выдержки времени (УВВ2) . Датчики 10, 11, 26 и 27 (Д1...Д4) запирания тиристоров могут быть выполнены, например, в виде порогового элемента с порогом переключения 1...3 В, снабженного гальванической (например, оптронной) развязкой по отношению к блокам 12 и

28 управляемой выдерн<ки времени УВВ1 и УВВ2, к входам которых они подключены. формирователи 9 и 25 отпирающих импульсов (ФОИ1 и ФОИ2) могут представлять собой, например, блокинг-генераторы или *e гальванически развязанные источники постоянного тока (для каждого тиристора 7, 8, 22 и

23) в сочетании с оптронными ключами, В качестве коммутирующих устройств

15, 18 и 21 с контактами 13, 14, 16, 17, 19 и 20 могут применяться например, электромеханические пускатели на соответствующие токи и напряжения с усилителями или электронными ключами,питающими их обмотки, Кроме того на фиг,1 обозначены: 29 — блок управления (БУ), на входы для напряжений сети которого поданы выходы датчика 30 напряжений сети (PHC), на первый...шестой входы поданы выходы соответственно блоков 12, 10, 11, 28, 17771

11

26 и 27, а первый ... пятый выходы подключены к входам соответственно блоков 12, 15, 18, 21 и 28, Данный блок (29) задает в частности величины выдержек времени с(Я>

g (t) и выдачей сигнала С> (t) (для

УВВ2), а также включает одно из коммутирующих устройств 15, 18. или 21 .(КУ1, КУ2 или КУ3) ° В качестве датчи- 15 ка 30 ДНС может выступать, например, трехфазный измерительный трансформатор напряжения. Первый и второй блоки 12 и 28 управляемой выдержки времени

YBBl и УВВ2, а также блок 29 управления БУ могут быть выполнены, напри) мер, на микропроцессорной базе так, как это показано на фиг,2.

На фиг.2 в составе второго блока

28 управляемой выдержки времени УВВ2 25 обозначены следующие узлы: 31 - первый логический элемент ИЛИ, входы ксторого образуют запускающие входы блока 28 УЛВ2, 32 - первый генератор (ГТИ1) тактовых импульсов, 33 - пер- Щ вый программируемый таймер (Т1), входы данных и управления D которого образуют управляющий вход 28 УВВ2, а выход соединен с выходом блока 28

УВВ2. B составе блока 29 управления

БУ обозначены следующие узлы: 34— нуль-компаратор, 35, 36 и 37 - соответственно первый, второй и третий смещенные компараторы, 38 и 39 - соответственно первый и второй полосо" 40 вые фильтры (ПФ1 и ПФ2), настроенные на частоту сети, 40 и 41 - второй и третий логические элементы ИЛИ, 42. датчик дуговых пробоев в сети (ДДП), 43, 44 и 45 - первый, второй и третий аналоговые ключи с логическим управлением," 45 - выходной регистр (ВР), 47 - второй программируемый таймер (Т2), 48 - второй генератор тактовых импульсов (ГТИ2), 49 - контроллер прерываний (КП), 50 - процессор с постоянным и оперативным запоминающими. устройствами (ПРЗУ), 51 шина данных, адресов и управления.

На входы нуль-компаратора 34 и первого смещенного компаратора 35 подан сигнал Е (t), пропорциональный фазной ЭДС сети, на входы первого полосового фильтра 38 (ПФ1) и датчи99

12 ка 42 дуговых пробоев ДДП подан сигнал e(t), пропорциональный напряжению смещения нейтрали сети, на входы аналоговых ключей 43, 44 и 45 поданы сигналы V (t), V (t) и V (t), пропорциональные напряжениям между фазами сети и землей, Все перечисленные здесь входы блока 29 управления (БУ) составляют входы для напряжений сети блока 29 управления, подключенные к выходам датчика 30 напряжений сети (ДНС), Первый вход I<- 1 контроллера 49 прерываний (КП), первый и второй входы второго логического элемента ИЛИ 40, восьмой вход I 8 контроллера 49 прерываний (КП), первый и второй входы третьего логического элемента ИЛИ 41 составляют соответственно первый ... шестой входы блока 29 управления. Рина 51 данных, адресов и. управления образует первый и пятый выходы блока 29 управления.

Второй, третий и четвертый выходы блока 29 управления являются первым, вторым и третьим выходами выходного регистра 46 (ВР). В составе блока t2 управляемой выдержки времени УВВ1 обозначены следующие узлы. 52 - четвертый логический элемент ИЛЙ, входы которого образуют запускающие входы блока 12 УВВ1, 53 - третий генератор тактовых импульсов (ГТИЗ), 54 — третий программируемый таймер (Т3), входы данных и управления Э которого образуют управляющий вход блока 12

УВВ1, а выход соединен с выходом блока 12 YBBl, Генераторы 31, 48 и .53 .< (ГТИ, ГТИ2 и ГТИ3), программируемые таймеры 33, 47 и 54 (T1, Т2 и Т3), контроллер прерываний 49, выходкой регистр 46 могут быть стандартными большими интегральными микросхемами, например, серии K580, процессор с запоминаюн1ими устройствами 50, шина

51, компараторы 34...37, логические элементы 31, 40, 41 и 52 и аналоговые ключи 43...45 также могут быть выполнены на базе стандартных интегральных микросхем.

На фиг ° 3 обозначено:,55...57 — векторы ЭДС сети EI, Е и Ер, 58...60векторы токов IIII ТN2 Ií5 искусственной несимметрии, возникающих при включении соответственно коммутирующих устройств 15 (КУ1), 18 (КУ2) и

21 (КУ3), 61...63 - векторы соответственно напряжения "e(t) смещения нейтрали, напряжения V (c) фазы сети с

13

17771С«1

ЭЛС Е (й.) и напряжения U (t) фазы сети е с ЭДС Е () при недокомпенсации в сети и при включенном коммутирующем устройстве 18 (КУ2), 64 вектор тока I+(t) дополнительного дросселя 24 при тех же условиях, 65 ..67 - геометрические места кон"

, цов вектора е напряжения смещения нейтрали при определенном значении выдержки Ix / Ю времени устройством

28 (УВ2), при изменении степени v расстройки КНПС в пределах (- ", 1) и при включении соответственно коммутирующего устройства 15 (КУ1), 18 (КУ2) и 21 (КУ3), На фиг,4 обозначено: 68 - ЭлС

Е () поврежденной фазы; 69 -. ЭДС

E (t) Фазы, опережающей поврежденную; 70 " напряжение U<(t) на Фазе, 20 опережающей поврежденную, пропорцио <. нальное напряжению V+(t) на цепочке из последовательно соединенных дополнительного дросселя 24 и тиристорного ключа 22, 23, 71 - напряже- 25 ние Ug(t) на поврежденной фазе, 72 напряжение e(t) смещения нейтрали, пропорциональное напряжению е (с) на разомкнутом треугольнике вторичной обмотки трансформатора 2 Бауха, ЭО .73 - ток I (t) дросселя 3 трансформатора 2 Бауха, 74 - ток I (t) до« полнительного дросселя 24, На фиг.5 позициями 75...97 обозначены блоки упрощенного алгоритма Э5 работы процессора блока 29 управления в режимах ОРНОЙ. нирование двух идентичных по структуре узлов, включающих в себя последовательно включенные дроссель и тиристорный ключ, а также формирователь отпирающих импульсов, датчики запирания тиристоров и блок управляемой выдержки времени (на фиг.! это позиции 3,7...12, а также позиции

22...28).

При подаче гармонического напря" жения

U(t) = V„Sin Я(С) на последовательно включенные дроссель с индуктивностью Т, и симметричный тиристорный ключ (в качестве которых могут выступать дроссель 3 трансформатора 2 Бауха с ключом 7, 8 на фиг,1, или дополнительный дроссель 24 с ключом 22, 23},отпирание тиристорного ключа (ил<пульсом блока 9 («10И 1) или 25 (МИ2) по сигналу G< (t) или G >(t)) приводит к появлению в указанной цепи тока представляющего собой отрезок косинусоиды, В момент прохождения тока

I (t) через ноль тиристорный ключ

7,8 или 22, 23 запирается, датчики запирания тиристоров (10, 11 или 26, 27, сигналами P,(t), P (t) или з(С), P<(t)) запускают устРойство выдержки времени (12 или 28), которое по истечении заданной выдержки време. ни k /Я (т,е. М „/Я или Xg/ñé} формирует очередной ймпульс (6 (t) или

6 ()) на отпирание тиристорного ключа (7, 8 или 22, 23).,алее процесс периодически повторяется, В результа" те ток I (t) имеет вид периодической последовательности отрезков косинусоиды вида

Urn М

° -- (-cosQ t + сов slgllcos03t)

I (t)

2 л л и-5L . . и+К

О если ЯсE(--- + «i

) ю

56 ° следовательно включенные тиристорный ключ (7,8 или 22, 23) и дроссель (3 или 24) .носит чисто индуктивный характер, а амплитуда ее регулируется в пределах от О до U N /Я <.< величиной выдержки о<, IG3 времени. Следовательно, подобное последовательное включение тиристорного ключа и дросселя по первой гармонике эквивалент(2) «сов ((Qt +n), На фиг,6 позициями 98. ° .109 обозначены блоки упрощенного алгоритма работы процессора блока 29 управления в нормальном режиме работы сети.

Для рассмотрения работы устройства поясним, в первую очередь, Функциопервая гармоника которого может быть представлена следующим образол<:

U М+з1п g

Х (<-) = — <- (1 — — — — ---) к (011

Сравнение (2) с (1) говорит о том, что первая гармоника тока через поР ° << / » г

° если Я Се << 1 — — + 3 i) « И, i = О, 1, 2,..., 15

1777199

16 но индуктивности

f 1 (6 +s inN

1, = 1, (1 — --г=---), (3) и

5 регулируемой изменением выдержки времени g,/ß, причемi зависимость (3)

1. от величины о((или от выдержки времени Ы /Я) носит монотонно убывающий характер. 10

Для негармонического напряжения

U(t) (например, в режиме перемежающегося дугового замыкания), соотношение (3) усложняется, но качественно картина полностью сохраняется.

Благодаря замкнутости магнитопровода трансформатора Бауха для магнитного потока нулевой последовательности, ток I (t) дросселя 3 трансфор1 матора Бауха 2 с коэффициентом транс- формации по нулевой последовательности

Кт передается в ток I(t) нулевой пос.ледовательности сети и таким образом служит для компенсации емкостной составляющей тока ОЗНОБ. Степень Ч расстройки КЕС при этом регулируется величиной выдержки времени 0g /Я, задаваемой для блока 12 УВВ1 блоком

29 управления, Включение блоком 29 управления gg одного из коммутирующих устройств 15 (КУ1), 18 (КУ2) или 21 (КУ3) приводит к замыканию соответствующей пары контактов (13, 14), (16, 17) или (l9,20), в результате чего цепочка из последовательно соединенных дополнительного дросселя 24 и второго тиристорного ключа 22, 23 включается параллельно одной из фазных секций 4, 5 или 6 вторичной обмотки трансформатора 2

Бауха: для КУ1 (15) это секция 4, для КУ2 (18) - секция 5, а для КУ3 (21) " секция 6, Упомянутое свойство . замкнутости потока нулевой последовательности трансформатора 2 Бауха при- 45 водит здесь к тому, что найряжение

U<(t) на цепочке из дросселя 24 и ключа 22, 23 оказывается пропорциональным напряжению U<(t) между первой фазой сети и землей при включении коммутирующего устройства 15, напряжению U (t) между второй фазой сети и землей при замыкании коммутирующего устройства 18 или напряжению UZ(t) — между третьей фазой сети и землей при замыкании коммутирующего устройства 21 (см, Фиг,1), с коэффициентом пропорциональности 3l „:

U+(t) = ЗК U,(t), 1 = 1, 2, 3. а ток I+(t) передается в ток I(t)

1 нулевой последовательности сети с коэффициентом пропорциональности (ЗК,) .

Если условно заземлить нейтраль сети (точка N на фиг.1), то будет справедливо равенство U+(t)=ЗК Г;(t), — 1, 2, 3, а в цепи условного заземления точки N будет протекать ток, первая гармоника которого, с учетом (1) и (2), имеет следующий вид; (ЗКт) г Е g(é+sinЬ,и

I (1 — — —,----) >

- Н Я1, и (4)

x cos Q t+ и + — и (i-1), i=1,2,3, где i - номер включенного коммутирующего устройства 15, 18, 21;

Е„„ — амплитуда фазной ЭДС сети.

По определению, выражение (4) описывает ток несимметрии сети, Таким образом, включение одного из коммутирующих устройств 15, 18 или 21 приводит к появлению в сети искусственного тока несимметрии, отстающего на 7 /2 от ЭлС фазы сети, соответствующей той Фазной секции вторичной обмотки трансформатора 2

Бауха, к которой оказались подключены дополнительный дроссель 24 с тиоисторным ключом 22, 23. Указанная первая гармоника тока искусственной несимметрии может использоваться, как показано ниже, для компенсации активной составляющей тока ОЗНЗ, что в условиях должной их настройки совместно с КЕС, приводит к компенсации полного тока 03Н3 и достижению цели изобретения. Благодаря хорошим фильтрующим свойствам контура нулевой последовательности сети (КНПС), представляющего собой резонансный контур и в значительной мере подавляющего высшие гармоники, в дальнейшем будем, не оговариваясь специально, вести речь именно о первых гармониках токов и напряжений.

Рассмотрим работу устройства в режиме бестоковой паузы перемежающегося дугового ОЗНОБ с высоким напряжением пробоя в месте замыкания, Возникновение в сети ОРНЗ распознается блоком 29 управления по превышению амплитудой е „„ напряжения e(t) смещения нейтрали определенного уровня, например, 0,15 Е . В случае воз17

1777199 никновения ОЗНЗ в Фазе сети с фазной

ЭДС E >(t) (см. Фиг.1), блок управления 29 определяет поврежденную фазу и включает коммутирующее устройство 18, В результате в КНПС образуется искусственный ток несимметрии; вектор Тд которого показан на фиг,3, Теперь, в зависимости от степени V расстройки КЕС (т,е., фактически, в зависимости от выдержки времени Ы /Я устройством 12 УВБ1), конец вектора е напряжения e(t) смещения нейтрали будет располагаться в различных точках окружности 66 на фиг.3 с центром 03, находящимся на векторе Ти искусственного тока несимметрии. Так, при определенной недокомпенсации (V > О), вектор е может занять положение 61. В резонансе, т.е. при V = О, вектор е совпадает по направлению с вектором Е> ° Диаметр ,. окружности 66, определяемый величиной

КАС, пропорционален амплитуде тока

I (t) несимметрии и поэтому может . регулироваться выдержкой времени 0(/Я устройства 28 УВР2. Изменяя степень расстройки V КНПС изменением выдержки времени o(/(д (что приводит к изменению положения конца вектора е на окружности 66) и амплитуду ис- кусственного тока несимметрии IuZ(t) . изменением выдержки времени Кд /Я (что приводит к изменению диаметра окружности 66), можно добиться полного совпадения вектора е с вектором

Е, т.е, совпадения амплитуд и фаз напряжения e(t) смещения нейтрали и фазной ЭДС E>(t) поврежденной фазы.

При этом исчезает первая гармоника напряжения U (t) на поврежденной фа.зе, что ведет к полному подавлению дуговых процессов в месте ОРНОЙ, Из временной диаграммы (см. Фиг. 4), построенной для рассмотренного случая, видно, что напряжение U y(t) поврежденной фазы (позиция 71), содержащее только высшие гармоники, относительно невелико и, как правило, недостаточно для поддержания дугового процесса в месте ОЗНЗ, Если же диэлектрическая прочност ь в месте замыкания снизилась настолько, что дуговые пробои тем .не менее не прекращаются, то, из-за низкого напряжения на поврежденной фазе в момент пробоя, перенапряжения в сети не будут значительны и не пре" представят опасности для изоляции. Из фиг.3 следует, что полной компенсации токов ОЗНЗ в данном устройстве соответствует некоторая недокомпенсация емкостной составляющей. Соответствующая настройка выдержек времени 0(/Я и h < /G3 производится блоком 29 управления °

Если ОЗНЗ возникло в фазе сети с фазной ЭДС E<(t), то блок управления

29, распознав поврежденную Фазу, .включает коммутирующее устройство 15 (см. Фиг,1). Вектор I>< искусственного тока Iц,(t) несимметрии занимает при этом положение 58 (см, фиг.3), а конец вектора е напряжения e(t) смещения нейтрали располагается на окружности 65, Для полного подавления первой гармоники напряжения uZ(t) на поврежденной фазе блок 29 управления устанавливает такие значения, выдержек времени (XA /И и g /ц, что вектор е напряжения e(t) смещения нейтрали совпадает с вектором Е

ЭлС F (с) поврежденной фазы. Рнало25 гичным образом работает устройство при возникновении ОЗНЗ в фазе сети с фазной ЭДС F.<(t). В данном случае включается коммутирующее устройство

21, вектор Iц искусственного тока

30 Igy(t) несимметрии занимает положение

60 (см. Фиг,3), а конец вектора е напряжения е(t) смещения нейтрали располагается на окружности 67.

Таким образом, во всех случаях блок управления 29 включает то коммутирующее устройство 1, 18, 21 которое обеспечивает подключение дополнительного дросселя 24 и ключа 22, 23 к той фазной секции 4...6 вторичной обмотки трансформатора рауха 2, которая соответствует фазе сети, опережающей по" врежденную. При этом ток Тя, (t) искусственной несимметрии опережает на 30 ЗДС поврежденной фазы, благо45 даря чему компенсирует в основном активную составляющую тока. ОЗH3 что требует однако для осуществления компенсации полного тока настройки КЕС с небольшой недокомпенсацией.

Следует отметить, что величины plß и Ьр/03, при которых имеет место компенсация полного тока ОРНЗ, не зависят от номера поврежденной Фазы, от характера ОЗНЗ и от сопротивления места замыкания, а определяются толЬ55 ко лишь суммарной емкостью С сети и коэффициентом демпфирования d КНПС.

Следовательно, и при других видах

ОЗНЗ (например, бездуговом) работа

19

1777199 устройства происходит аналогично, Компенсация полного тока в режиме бездугового ОЗНЗ приводит к полному исчезновению первой гармоники из тока замыкания и к существенному снижению его действующего. значения, l

Очевидно поэтому, что в условиях полной компенсации токов ОЗНЗ изменение электрических свойств места замыкания (сопротивления в режиме бездугового ОЗНЗ или напряжения про" боя в рен<име дугового ОЗНЗ) никак не сказывается на первых гармониках токов и напряжений в сети, Иначе говоря, на упомянутых первых гармониках не отражается факт устранения

ОРНЗ и, следовательно, для распознавания перехода сети в нормальный режим работы и восстановления характерной для нормального режима относительной симметрии фазных напряжений, устройство должно выполнить определенную, описанную ниже, последовательность действий, направленных по сути дела на испытание свойства изоляции поврежденной фазы. Для этого по истечении некоторой заданной выдержки времени, прошедшего с момента возникновения ОЗНЗ (порядка

15...30 с, что, как правило, достаточно для самовосстановления диэлектрической прочности изоляции в месте повреждения, если подобное самовосстановление оказалось возможным), блок управления 29 производит пробное снятие КАС, устанавливая выдержку времени М /травной длительности полупериода промышленной частоты .(1О мс) . Если в течение последующих 1,5...3 с амплитуда е„ напряжения

e(t) смещения нейтрали снизится до уровня, не превь<шающего заданный порог (например, 0,15 L ), и в дальнейшем не будет превышать указанный порог в течение времени порщ ка 1 с, то считается, что в сети восстановился нормальный режим, а изоляция бывшей поврежденной фазы выдерживает амплитуду фазного напряжения сети . Блок

29 при этом переходит к выполнению действий нормального режима. Если же после пробного снятия КАС произошел дуговой пробой или если амплитуда е „ напрян<ения e(t) смещения нейтр