PL199145B1 - Ogranicznik prądów zwarciowych do ochrony przeciwzwarciowej w obwodach prądu przemiennego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest ogranicznik pr a- dów zwarciowych do ochrony przeciwzwarciowej w obwodach pr adu przemiennego, przeznaczony w szczególno sci do ochrony przeciwzwarciowej w sieciach elektroenergetycznych napi ecia prze- miennego. W pierwszym cz lonie (I), szeregowo do równolegle po laczonych ga lezi zawieraj acych dio- dy (3, 4), w laczony jest lacznik (T1), korzystnie tyry- stor SCR, który w laczony jest w kierunku zgodnym z kierunkiem w laczenia diod (3, 4), przy czym szere- gowo ze sob a po laczone lacznik (T1) i dwie równo- legle polaczone ga lezie zawieraj ace diody (3, 4) s a po laczone równolegle do d lawika (1). W drugim czlonie (II), szeregowo do równolegle po laczonych ga lezi zawieraj acych diody (7, 8), w laczony jest lacznik (T2), korzystnie tyrystor SCR, który w laczony jest w kierunku zgodnym z kierunkiem w laczenia diod (7, 8), przy czym szeregowo ze sob a po laczone lacz- nik (T2) i dwie równolegle po laczone ga lezie zawie- raj ace diody (7, 8) s a po laczone równolegle do d la- wika (6). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ogranicznik prądów zwarciowych do ochrony przeciwzwarciowej w obwodach prą du przemiennego, przeznaczony w szczególnoś ci do ochrony przeciwzwarciowej w sieciach elektroenergetycznych napię cia przemiennego.

Do ograniczania prądów zwarciowych w sieciach elektroenergetycznych są stosowane dławiki zwarciowe i transformatory o podwyższonym napięciu zwarcia. Wadą znanych dławików zwarciowych i transformatorów o podwyższonym napięciu zwarcia jest to, że spadki napięcia na ich indukcyjności powodują pogorszenie stabilności napięcia zasilającego, a w czasie wyłączania prądów zwarciowych generują przepięcia. Z tego powodu ich indukcyjność nie może być duża, w efekcie pomimo zastosowania tych rozwiązań, prądy zwarciowe osiągają bardzo duże wartości.

Z polskiego opisu patentowego nr 187 641 znane są ochronniki indukcyjne, składające się z dwóch szeregowo połączonych członów, które połączone są szeregowo z chronioną częścią sieci, lub z chronionym urządzeniem. Pierwszy człon zawiera dławik oraz co najmniej dwie równoległe gałęzie, z których każda zawiera co najmniej jedną diodę, przy czym diody we wszystkich gałęziach są włączone w tym samym kierunku, a co najmniej jedna gałąź zawiera źródło pomocniczego napięcia przemiennego. Drugi człon zawiera takie same elementy jak pierwszy człon, przy czym diody w tym członie są włączone względem prądu zasilającego chronione urządzenie w kierunku przeciwnym w stosunku do kierunku włączenia diod w pierwszym czł onie. Ochronniki te w czasie normalnej, ustalonej pracy chronionego urządzenia nie wnoszą do obwodu, do którego są włączone znaczącego spadku napięcia, natomiast gdy prąd wzrasta ponad określoną wartość graniczną, ochronniki radykalnie ograniczają szybkość narastania prądu.

Zaletą zatem znanych ochronników indukcyjnych jest to, że ograniczają szybkość narastania prądu zwarciowego i w ten sposób ułatwiają wyłączanie zwarcia, jeśli wyłączanie zwarcia rozpoczyna się po upływie krótkiego czasu od chwili początku zwarcia, natomiast wadą jest to, że nie ograniczają wartości ustalonej prądu zwarciowego.

Ogranicznik prądów zwarciowych, do ochrony przeciwzwarciowej w obwodach prądu przemiennego, składający się z dwóch szeregowo połączonych członów, które połączone są szeregowo z chronioną częścią sieci, lub z chronionym urządzeniem, z których pierwszy człon zawiera dławik oraz co najmniej dwie równoległe gałęzie, z których każda zawiera co najmniej jedną diodę, przy czym diody we wszystkich gałęziach są włączone w tym samym kierunku, a co najmniej jedna gałąź zawiera źródło pomocniczego napięcia przemiennego, a drugi człon zawiera takie same elementy jak pierwszy człon, przy czym diody w drugim członie są włączone względem prądu zasilającego chronione urządzenie w kierunku przeciwnym w stosunku do kierunku włączenia diod w pierwszym członie charakteryzuje się według wynalazku tym, że w pierwszym członie, szeregowo do równolegle połączonych gałęzi zawierających diody, włączony jest łącznik, korzystnie tyrystor SCR, który włączony jest w kierunku zgodnym z kierunkiem włączenia diod, przy czym szeregowo ze sobą połączone łącznik i dwie równolegle połączone gałęzie zawierające diody są połączone równolegle do dławika. W drugim członie, szeregowo do równolegle połączonych gałęzi zawierających diody, włączony jest łącznik, korzystnie tyrystor SCR, który włączony jest w kierunku zgodnym z kierunkiem włączenia diod, przy czym szeregowo ze sobą połączone łącznik i dwie równolegle połączone gałęzie zawierające diody są połączone równolegle do dławika.

W ograniczniku wedł ug wynalazku przez dobór wartoś ci napięć w ź ródł ach pomocniczych napięć przemiennych, które mogą w obu członach być sobie równe, dobiera się graniczne wartości dodatnią i ujemną, prądu zasilającego chronione urządzenie. Jeśli prąd zasilający chronione urządzenie nie przekracza tych wartości granicznych, napięcie na ograniczniku jest małe i ogranicznik nie wpływa na wartość prądu zasilającego. Po przekroczeniu wartości granicznych, do obwodu, w którym znajduje się ogranicznik prądów zwarciowych, zostają włączone indukcyjności dławików ogranicznika. Dopóki łączniki są zamknięte, dopóty diody są włączone równolegle do dławików. Dławiki nie mają wówczas charakteru reaktancji indukcyjnych, a więc nie ograniczają ustalonej wartości prądu zasilającego, a jedynie ograniczają szybkość narastania tego prądu.

W przypadku otwarcia łączników diody nie są już włączone równolegle do dławików, dławiki uzyskują charakter reaktancji indukcyjnych i ograniczają wartość ustaloną prądu zasilającego. Jeśli łącznikami są tyrystory SCR, otwarcie łączników następuje w chwili przekroczenia granicznych wartości prądu zasilającego samoczynnie, bez udziału elementów pomiaru i sterowania.

PL 199 145 B1

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony na rysunku, który przedstawia schemat ideowy ogranicznika prądów zwarciowych w zastosowaniu do ochrony odbiornika napięcia przemiennego.

Ogranicznik prądów zwarciowych składa się z pierwszego członu I i drugiego członu II, które są włączone szeregowo między jednym biegunem źródła napięcia zasilającego U1 i jednym zaciskiem chronionego urządzenia 2, którym jest odbiornik o charakterze czynno-indukcyjnym. Człon I zawiera dławik 1, pierwszą diodę 3, gałąź włączoną równolegle do diody 3 składającą się z szeregowo połączonych drugiej diody 4 i źródła 5 pomocniczego napięcia przemiennego U2, którym jest wtórne uzwojenie Z2 transformatora t1, oraz z tyrystor T1, włączony szeregowo do dwóch równoległych gałęzi zawierających diody 3 i 4, przy czym szeregowo z sobą połączone elementy: tyrystor T1 i dwie równoległe gałęzie zawierające diody 3 i 4, są połączone równolegle do dławika 1. Drugi człon II zawiera dławik 6, pierwszą diodę 7, gałąź włączoną równolegle do diody 7 składającą się z szeregowo połączonych drugiej diody 8 i źródła 9 pomocniczego napięcia przemiennego U3, którym jest wtórne uzwojenie Z4 transformatora t2, oraz tyrystor T2, włączony szeregowo do dwóch równoległych gałęzi zawierających diody 7 i 8, przy czym szeregowo z sobą połączone elementy: tyrystor T2 i dwie równoległe gałęzie zawierające diody 7 i 8, są połączone równolegle do dławika 6. Kierunki włączenia diod 7, 8, oraz tyrystora T2, względem kierunku prądu zasilającego chronione urządzenie 2, są w drugim członie II przeciwne do kierunku włączenia diod 3, 4 i tyrystora T1 w pierwszym członie I.

W czasie normalnej pracy ustalonej chronionego urzą dzenia 2 przez ogranicznik prądów zwarciowych, tyrystory T1 i T2 są w stanie przewodzenia, w dławiku 1 płynie prąd i1 o wartości prawie stałej, zależnej od szczytowej dodatniej wartości napięcia U2 powstającego w uzwojeniu Z2. Za dławikiem prąd i1 rozgałęzia się na dwie składowe. Jedną z nich jest prąd i2, zależny od stanu pracy chronionego urządzenia 2, druga składowa i3 jest zawsze równa różnicy między prądami i1 a i2, z uwzględnieniem znaku prądów. W przedziałach czasu, w których napięcie U2 ma wartość mniejszą od maksymalnej, prąd i1 jest podtrzymywany kosztem SEM samoindukcji powstającej w dławiku 1. Napięcie na dławiku 1 nie przekracza wartości około 1 V, a indukcyjność dławika 1 jest duża, więc prąd i1 maleje powoli.

Gdy napięcie U2 ma wartości ujemne, prąd i3 płynie przez diodę 3. Gdy napięcie U2 przyjmuje wartości dodatnie, prąd i3 płynie przez gałąź składającą się z diody 4 i uzwojenia Z2. Gdy napięcie U2 przyjmuje wartości dodatnie większe od progu napięciowego diody 4, czyli powyżej około 1 V, prąd i1 nie jest już podtrzymywany kosztem SEM samoindukcji dławika 1, lecz płynie pod wpływem napięcia U2 i rośnie do wartości zależnej od szczytowej wartości napięcia U2. Gdy napięcie U2 po osiągnięciu wartości szczytowej maleje, prąd i1 płynie kosztem SEM samoindukcji dławika 1 i powoli maleje. Gdy po upływie okresu napięcia U2, napięcie to znów zbliży się do wartości szczytowej, kosztem tego napięcia prąd i1 znów wzrośnie do poprzednio osiągniętej wartości maksymalnej. Prawie stała wartość prądu i1 jest dla prądu i2, zasilającego chronione urządzenie 2, wartością graniczną dodatnią. Istota zjawisk decydujących o przebiegu prądów i4 oraz i5 w drugim członie II jest taka sama, jak istota zjawisk decydujących o przebiegu prądów i1 oraz i3 w pierwszym członie I. Prawie stała wartość prądu i4 jest dla prądu i2, zasilającego chronione urządzenie 2, wartością graniczną ujemną i2.

Podczas normalnej pracy chronionego urządzenia 2, gdy szczytowe wartości prądu i2 są mniejsze od wartości prądów i1 i i4, prądy i1 i i5 mają zawsze wartości większe od zera, więc tyrystory T1 i T2 przewodzą w sposób ciągły i nie ma potrzeby podawania do ich bramek impulsów wyzwalających, a napięcia na dławikach 1 i 6 mają niewielką wartość i nie wpływają w sposób znaczący na pracę chronionego urządzenia 2, w szczególności nie wpływają znacząco na przebieg prądu i2. Prąd i2 ma przebieg zależny od napięcia zasilającego i od rodzaju chronionego urządzenia, w przedstawianym przykładzie sinusoidalny, opóźniony względem napięcia U1.

Od chwili wystąpienia zwarcia prąd zwarciowy i2 szybko rośnie, aż do osiągnięcia granicznej wartości prądu. Jeśli zwarcie nastąpiło w chwili, gdy napięcie zasilające ma wartość dodatnią, prąd zwarciowy i2 ma wartość dodatnią, rosnąc powoduje w członie I zmniejszanie prądu i3. W tym samym przedziale czasu w drugim członie II prąd zwarcia i2 płynie przez diodę 7. Gdy prąd zwarciowy osiąga dodatnią wartość graniczną, prąd i3 przestaje płynąć, prąd zwarciowy i2 od tej chwili płynie przez dławik 1, na dławiku 1 powstaje duży spadek napięcia, który powoduje szybkie wyłączenie tyrystora T1. Od tej chwili do obwodu zwarciowego jest włączona duża impedancja dławika 1. Gdy napięcie zasilające zmienia znak, prąd zwarcia najpierw maleje, a następnie zaczyna płynąć w przeciwnym kierunku, powodując w członie II zmieszanie prądu i5. Gdy prąd zwarcia osiągnie ujemną wartość graniczną, prąd i5 przestaje płynąć, tyrystor T2 zostaje wyłączony, do obwodu zwarciowego zostaje włączona impedancja drugiego dławika 6.

Claims (1)

1. Ogranicznik prądów zwarciowych, do ochrony przeciwzwarciowej w obwodach prądu przemiennego, składający się z dwóch szeregowo połączonych członów, które połączone są szeregowo z chronioną częścią sieci, lub z chronionym urzą dzeniem, z których pierwszy cz ł on zawiera dł awik oraz co najmniej dwie równoległe gałęzie, z których każda zawiera co najmniej jedną diodę, przy czym diody we wszystkich gałęziach są włączone w tym samym kierunku, a co najmniej jedna gałąź zawiera źródło pomocniczego napięcia przemiennego, a drugi człon zawiera takie same elementy jak pierwszy człon, przy czym diody w drugim członie są włączone względem prądu zasilającego chronione urządzenie w kierunku przeciwnym w stosunku do kierunku włączenia diod w pierwszym członie, znamienny tym, że w pierwszym członie (I), szeregowo do równolegle połączonych gałęzi zawierających diody (3) i (4), włączony jest łącznik (T1), korzystnie tyrystor SCR, który włączony jest w kierunku zgodnym z kierunkiem włączenia diod (3) i (4), przy czym szeregowo ze sobą połączone łącznik (T1) i dwie równolegle połączone gałęzie zawierają ce diody (3) i (4) są połączone równolegle do dł awika (1) oraz w drugim członie (II), szeregowo do równolegle połączonych gałęzi zawierających diody (7) i (8), włączony jest łącznik (T2), korzystnie tyrystor SCR, który włączony jest w kierunku zgodnym z kierunkiem włączenia diod (7) i (8), przy czym szeregowo ze sob ą połączone łącznik (T2) i dwie równolegle połączone gałęzie zawierające diody (7) i (8) są połączone równolegle do dławika (6).