Устройство для компенсации активно-го toka утечки

Устройство для компенсации активно-го toka утечки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИИЛЬСТВУ ()851625

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-sy (22) Заявлеио 25,07,79 (21) 2802703/24-07 (51)М. Кл з

Н 02 Н 9/08

Н 02 Н 3/16 с присоединением заявки Ио

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300781. Бюллетень Но 28 (53) УДК 621. 316. . 925 (088. 8) Дата опубликования описания 300781

Г

В. К. Обабков и Е,. В, Сергин ( (72) Авторы изобретения

I !

5 с

Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ АКТИВНОГО

ТОКА УТЕЧКИ

Изобретение отиосится к схемам защиты электрических линий и может использоваться в трехфазных электрических сетях низкого напряжения для автоматического регулирования актинной составляющей тока однофаэной утечки на землю.

Известно устройство, содержащее компенсирующую катушку, подключенную к сети, блок регулирования дополнительного напряжения, подключенный к катушке, блок управления и интегратор нход которого соединен с выходом блока управления, а его выход — .с управляющим входом блока регулиро- 15 нания. Блок управления состоит из блока выбора йапряжений, подключенный своими входами к фазам сети, фазового детектора и фильтра основной частоты, причем один выход блока 20 напряжений подключен через фильтр основной частоты к первому входу фазо-. вого детектора и к блоку регулирования дополнительного напряжения, а другой.; — ко второму входу фазового 25 детектора Г 11 .

Недостатками. устройства являются сложность и ограниченное быстродействие. Причем сложность устройства определяется необходимой Коммутаци- Зр ей в силоный цепях, осуществляемой блоком выбора напряжений для одновременного выбора и введения дополнительного напряжения. Ограниченное быстродействие устройства определяется, помимо запаздывания, вносимого блоком выбора напряжений, инерционностью блока регулирования, так как известная реализация основана на применении дросселя насыщения с управляющей обмоткой подмагничивания, которая обладает значительной постоянной времени. И, наконец, недостаточная эффективность компенсации обусловлена тем, что ннутреннее сопротивление блока регулирования с учетом цепи управления не является чисто активным и дополнительно изменяет резонансную настройку контура нулевой последовательности сети.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройстно для компенсации активного тока утечки, содержащее блок присоединения, компенсирующую катушку, подключенную к фазам сети через блок присоединения, блок. выбора напряжений, подключенный к фазам сети, фа" з оный детектор, входы которого соединены с выходами блока выбора, ин851б25 тегратор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, датчик тока нулевой последовательности, подключенный к компенсирующей катушке, релейный усилитель, выход которого включен последовательно с компенсирующей катушкой, первый вход подключен к вновь введенному датчику тока нулевой последовательности, а второй вход (управляющий) подключен к выходу интегратора (2-3, Недостатком устройства является сложность технической реализации релейного усилителя, Последняя обусловлена тем, что регулирование уровня ограничения усилителя по сигналу на управляющем входе может осуществляться лишь регулированием соответствующего напряжения, питающего выходной каскад усилителя, при этом регулируемый источник напряжения должен обладать достаточной мощностью, которая определяется величиной выходного напряжения (уровнями ограничения релейного усилителя), и током, протекающим через компенсирующую катушку, и тем, что выходные цепи регулируемого источника для правиль« ного функционирования устройства должны быть гальванически развязаны с землей контура нулевой последовательности сети, что дополнительно усложняет реализацию таких источников.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение эффективности процесса компенсации, Указанная цель достигается тем, что устройство для компенсации активного тока утечки, содержащее. подключенный к сети и последовательно соединенный с интегратором, блок управления, релейный инвертирующий усилитель, выход которого включен последовательно с компенсирующей катушкой и датчиком тока нулевой последовательности,снабжено соединенными последовательно генератором высокочастотных колебаний, блоком регулирования и сумматором, причем выход сумматора подключен к входу релейного усилителя,,второй вход сумматора — к датчику тока, а управляющий вход блока регулирования амплитуды — к выходу интегратора, Датчик тока выполнен.в виде резистора, включенного последовательно с релейным усилителем и компенсирующей катушкой, На фиг. 1 представлена схема пред лагаемого устройствами на фиг, 2 — процесс формирования широтно-импульсной модуляции на Фиг. 3 — структурная схема контура нулевой последовательности сети.

Схема устройства (фиг, 1) содержит компенсирующую катушку 1, подключенную к нейтрали сети 2, релейный усилитель 3, выход которого включен между катушкой 1 и землей через резистор 4, регулятор 5, состоящий из блока б управления, входы которого подключены к Фазам сети, и интегратора

7, вход которого соединен с выходом блока б, и схему 8 регулирования компенсации. Схема регулирования содержит генератор 9 высокочастотных колебаний, блок 10 регулирования амплитуды и сумматор 11, причем выход сумматора соединен с входом усилителя 3, первый вход — с незаземленным концом резистора 4, а второй вход — с выходом генератора 9 через блок 10 регулирования, у которого управляющий вход соединен с выходом интегра15 тора 7, При однофазном прикосновении к токоведущей фазе сети 2 или при однофаэном повреждении изоляции на выходе блока б появляется управляющий щ сигнал.0А, который, затем интегрируется при помощи блока 7. Генератор

9 формирует периодические колебания, например треугольной формы †(-))сэ ))

Sin t — частота колебаний), которые ЙрОходя через блок 10 регулирования принимают вид

c((t ) = А- ()()csin 5inu> t 2.

1 O 1 где A — амплитуда колебаний, опреде30. ляемая величиной напряжения

U> на управляющем входе блока 10 (на выходе регулятора 5).

Напряжение U<(t), снимаемое с резистора 4, пропорционально току I (t) к через катушку 1 и равно

0%()"- дкЯ=РЭ со5 р где R - величина активного резистора 4;

- частота сети; амплитуда тока t„(t), После суммирования сигналов а (t) и U (t) на блоке 11 возникает колебаR тельный сигнал

45 S(t) - "а (t) + o(t)

Преобразуясь релейным усилителем

3, этот сигнал определяет, вводимое в нейтраль сети дополнительное напряжение

5() . U (t)= Hsing(iU (t) «ф)), () . где Н const — уровень ограничения релейного усилителя, Напряжение Uq(t) представляет со-бой двухполярные колебания прямоугольной Формы (фиг. 2),. сформированные в результате воздействия релейного усилителя 3 на входной колебательный сигнал S(t) сложной формы. Нетрудно видеть, что частота колебаний Оа(t)

60 равна несущей частоте Мо, а длительность рабочих импульсов пропорциональна напряжению 0 (), т.е. имеет место широтно-импульсная модуляция дополнительного напряжения U>(t) сигна6S лом u„(t), пропорциональным току

851625

1„ (t). В результате широтно-импульсной модуляции в сигнале U>(t) присутствует полез ная составляющая

U (t,4 ) = -Ro I (t) (2) на частоте 3, находящаяся в противофазе с общим током 1к (с), в которой коэффициент Ro, играющий роль отрицательного сопротивления, определяется глубиной модуляции.

Контуру нулевой последовательности сети в режиме однофазной утечки (фиг, 1) соответствует структурная схема (фиг. 3), которая описывается системой следующих дифференциальных уравнений: 1з()=E (t)- е(); дк() ц (t)(c +y)e e(); P=d ; 15

g(t)-(1. Р ° с)Дк() -U (t))

u (c):-Но оо ао о aIc)}; 3 к

e(t)= Е. (c,, p+g jE (t) =(оэР + э)Е фр

c=z а;, g,=k y.i где L к R — индуктивность и активное

k сопротивление к омпенсирующей катушки 1 25

С и и, — суммарные емкость и активная проводимость фаз сети

2 относительно земли

Ь проводимость однофазной утечки;

E (С)К.U (t)- ЭДС и напряжение поврежден-30 ь ной фазы; е(ь) - напряжение смещения нейтрали;

9(с) — ток естественной несимметрии сети с эквивалентными 35 емкостью Сэ и активной проводимостью и в повреж7э денной фазе.

Используя выражение (2), получим дифференциальное уравнение для тока 4р утечки 1„ (t) = y U>(t) на промышленной частоте (,9, ) р +и -к,) 1Р (й„ " Ю"о 45 х(+,) i 4, 1 (Р)= L(c- сз)р 1. (- )+(к +R-R )(c-с ))Р " "п)(g,) 1

Компенсация активной составляющей тока утечки наступает при равенстве нулю коэффициента при первой производной полинома R(p)

"(-Яэ)+(Рк+" к )1с-Q)=U„=o. 55

Откуда требуемое значение отрицательного сопротивления равно

Rо=Rê+Ð+ Ь э

Иэ последнего выражения видно, 60 что при любых возможных параметрах

R, R, С и q, контура нулевой пок следовательнооти сети и параметрах Сэ истока естественной несимметрии сети существует единственное 65 э значение отрицательного сопротивления R при котором имеет место точная компенсация активного тока утечки.

Компенсация емкостной составляющей тока утечки определяется равенством 1+ 11, R-R )(у )„Р () — "" 1 (c-c, -оР)- Ф которое выполняется для реальных параметров трехфазной сети и свиде тельствует о независимости резонансной настройки контура нулевой последовательности от процессов настройки активного тока утечки.

Для определения зависимости величины КО от параметров Широтно-импульсной модуляции опишим нелинейный усилитель в выражении (1) сложной функцией, являющейся результатом суперпозиции функции

F((t)=tig(f avct tÁÜtJ t} (Ъ) и функции = — 3 созыв

12 m

А к 1 где коэффициент = И характеризует глубину модуляции, Периодическую функцию (3) при любых фиксированных значениях представим параметричес-ким рядом Фурье, В результате получим параметрический ряд Фурье ($,t)=1- (5)+ % F„P )coSn оt, в котором параметрические коэффициенты Фурье F„ ((), п=0,1,2,3... оказываотся только функциями ф . Практически важный коэффициент Г, (а ) в нашем случае равен 1 Т о(ч= «Х 1,-,.

1, с-

Условие) 3, 1 < —, при котором Fo() = „, легко достигается соответствующим выбором пределов изменения глубины модуляции М. В соответствии со сказанным параметрический ряд Фурье.при" нимает вид

Big п то сб1пь1пМоф — (+X. F„(g)codon(d t ()

Суперпозиция ряда (5) и функции (4) дает точное выражение для сложного ряда Фурье

U (t) -ймЗ "созыв+g(t,) (6)

m о)=-оХОо(МЭ ооооО)оооои о и (o при помощи которого аппроксимируется напряжение U@(t), Остаток ряда 5(t) содержит гармонические составляющие с частотами пю, (про„. +43 ) и (пи+2!d)503

Высокочастотный остаток (а) практически полностью отфильтровывается контуром нулевой последовательности сети и существенного влияния на об851625 щий ток утечки не оказывает, поэтому в дальнейшем его влиянием можно пре- . небречь. Сопоставляя выражения (2) и (6), получаем простую зависимость

"о "о(" ") связывающую велйчину компенсирующего сопротивления R с глубиной модуля» ции М.

Таким образом, для достижения

Ивиимума активного тока утечки достаточно задать тоебуемую глубину модуляции М и поддерживать ее в соответствии с нулевым значением расстройки компенсации U, При этом (как видно из устройства) достаточно рЕгулировать лишь амплитуду А высокочастотных колебаний, линеаризующих 15 релейную характеристику"..усилителя 3, по отношению к полезному сигналу

U<(t). Следует отметить, что подобного эффекта можно достичь и измене нием амплитуды полезного сигнала при ;ф фиксированнойвеличине высокочастотных колебаний. Отметим также, что система компенсации оказывается в постоянной готовности к введению компенсирующего напряжения в режиме 25 однофазной утечки. При этом отпадает ..надобность в выборе каких-либо необходимых для этого напряженнй, а регулирование компенсации осуществляется в слаботочных сигнальных цепях

Указанные факторы, совместно с такими как отсутствие коммутаций в силовых цепях, устранение запаздываний при переключениях и безынерционность регулирования, позволяют существенно упростить и вместе с тем повысить быстродействие процесса компенсации.

Кроме того, внесение в контур нулевой последовательности сети лишь отрицательного активного сопротивления не нарушает точности резонансной на- 40 стройки концура, Все это позволяет увеличить точность минимизации одно-. фаэного тока утечки, обеспечить высокое быстродействие и существенно повысить эффективность компенсации в целом.

Формула изобретения

1. Устройство для компенсации активного тока утечки, содержащее,. подключенный к сети и последовательно соединенный с интегратором блок управления, релейный инвертирукщий усилитель, выход которого включен последовательно с компенсирукщей катушкой и датчиком тока нулевой последовательности, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности компенсации активного тока утечки и упрощения устройства, оно снабжено. соединенными последовательно генератором высокочастотных колебаний, блоком регулирования и сумматором, причем выход сумматора подключен к входу релейного усилителя, второй вход сумматора — к датчику тока, а управляющий вход блока регулирования амплитуды — к выходу интегратора, 2. Устройатво по п,1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что датчик тока нулевой последовательности выполнен в виде резистора, включенного последовательно с релейным усилителем и компенсирующей катушкой., Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, АВторское свидетельство СССР

9 565131., кл. Н 02 J 3/18, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2783476/07, кл. H 02 H 3/16, 19,10.78.