PL226763B1 - Układ ograniczajacy przepiecia welektrycznych obwodach trójfazowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ ograniczający przepięcia w elektrycznych obwodach trójfazowych, znajdujące zastosowanie w przemyśle energetycznym, a zwłaszcza do ochrony przed przepięciami łączeniowymi.

Elektryczne obwody trójfazowe chronione są przed przepięciami najczęściej przy użyciu ograniczników przepięć. Ograniczniki przepięć mają zróżnicowaną konstrukcję, w większości są zbudowane z elementów o nieliniowej charakterystyce napięciowo-prądowej V-I lub mają postać iskierników.

W układach trójfazowych stosuje się dwa rodzaje połączeń ograniczników przepięć: najczęstszy między przewodem fazowym a ziemią oraz rzadziej stosowany - między przewodami fazowymi. Takie połączenie skutkuje potrzebą instalacji minimum trzech ograniczników przepięć, po jednym na każdą fazę, do ochrony danego urządzenia lub obwodu. Ograniczanie przepięć w obwodach elektrycznych jest kluczowe dla zapewnienia ich niezawodnego działania. Przepięcia mogą być generowane podczas operacji łączeniowych, oddziaływania zjawisk atmosferycznych, np. zwarć itp. Powszechnie stosowane ograniczniki przepięć ZnO. W celu zapewniania optymalnej ochrony rozległych systemów elektrycznych, liczba urządzeń lub węzłów wymagających instalacji ograniczników przepięć w ich bezpośrednim sąsiedztwie, jest znacząca. Z tej przyczyny, w układach trójfazowych, a w szczególności średnich i wysokich napięć, wiąże się to z potrzebą znalezienia odpowiednio dużej przestrzeni do ich zainstalowania oraz znacznym kosztem.

Istotą układu do ograniczania przepięć w elektrycznych układach trójfazowych, jest to, że zawiera półprzewodnikowy obwód pośredniczący, który utworzony jest trzech gałęzi równolegle połączonych, do których doprowadzane jest napięcie z poszczególnych faz odpowiednio, pomiędzy parę półprzewodnikowych przyrządów, umieszczonych szeregowo w każdej gałęzi, przy czym gałęzie równoległe połączone są ze sobą w węzłach, które stanowią wyjścia stałoprądowe obwodu pośredniczącego. Pomiędzy węzłami umieszczone są dwa ograniczniki przepięć, które połączone są ze sobą szeregowo i uziemione.

Korzystnie półprzewodnikowe przyrządy stanowią diody lub tyrystory komutowane liniowo, tyrystory wyłączalne GTO, tyrystory IGCT lub tranzystory.

Korzystnie układ do ograniczania przepięć w elektrycznych układach trójfazowych umieszczony jest w obudowie.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie porównywalnego stopnia ochrony przed przepięciami trójfazowych obwodów elektrycznych z dotychczasowymi znanymi urządzeniami, przy jednoczesnym ograniczeniu rozmiarów tych urządzeń oraz uzyskanie oszczędności. Dzięki zastosowaniu obwodu pośredniczącego, zbudowanego z przyrządów półprzewodnikowych, możliwe jest zastosowanie mniejszej ilości ograniczników przepięć, a tym samym można zaoszczędzić miejsce oraz ograniczyć koszt ochrony przeciwprzepięciowej. Dzięki zastosowaniu pośredniczącego obwodu półprzewodnikowego, do ochrony przeciwprzepięciowej elektrycznego obwodu trójfazowego można zastosować, dwa ograniczniki przepięć, zamiast trzech. Związana jest z tym oszczędność miejsca, a w szczególności w zakresach napięć średnich i wysokich.

Układ według wynalazku jest przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ ograniczający przepięcia w ujęciu schematycznym, fig. 2 - przykładowe zastosowanie układu ograniczającego przepięcia do ochrony przeciwprzepięciowej w układzie trójfazowym zawierającym dławik kompensacyjny podczas jego wyłączania, a fig. 3 - przykładowe zastosowanie układu ograniczającego przepięcia do ochrony przeciwprzepięciowej w układzie trójfazowym zawierającym przyłącze kablowe podczas operacji załączania kabla.

Układ do ograniczania przepięć w elektrycznych układach trójfazowych A, B, C zawiera półprzewodnikowy obwód pośredniczący 1. Obwód pośredniczący 1 zbudowany jest z sześciu przyrządów półprzewodnikowych, a w szczególności diod 1a-1f, tworzących trzy gałęzie połączone równolegle, z których każda gałąź zawiera dwie szeregowo połączone diody 1a i 1b, 1e i 1d, 1e i 1f, stanowiąc mostek diodowy. W każdej gałęzi katoda jednej diody połączona jest z anodą drugiej diody. Napięcie trójfazowe z linii trójfazowej A, B i C doprowadzone jest do każdej gałęzi diodowego mostka w punkcie połączenia diod, pomiędzy katodę a anodę. Węzły W1 i W2, w których wszystkie trzy gałęzie połączone są równolegle, tworzą wyjście stałoprądowe obwodu pośredniczącego. Obwód pośredniczący 1 może być umieszczony w oddzielnej obudowie co nie jest uwidocznione na rysunku. Każdy z węzłów połączony jest z oddzielnym ogranicznikiem przepięć 2 lub 3, które są uziemione. Układ pośredniczący 1 może być umieszczony w oddzielnej obudowie co nie jest uwidocznione na rysunku. Układ 4 do

PL 226 763 B1 ograniczania przepięć w elektrycznych układach trójfazowych również może być umieszczony w oddzielnej obudowie co nie jest uwidocznione na rysunku.

Na fig. 2 przedstawiony jest przykład zastosowania układu ograniczającego przepięcia 4 w przypadku wykorzystania go do ochrony przeciwprzepięciowej w układzie trójfazowym zawierającym dławik kompensacyjny podczas jego wyłączania. Chronionym urządzeniem jest dławik kompensacyjny 5, sprzęgnięty z transformatorem 6, za pomocą przyłącza kablowego 7 oraz wyłącznika 8. Dławik 5, narażany jest na powstawanie przepięć podczas operacji łączeniowych wyłącznikiem 8, a w szczególności podczas jego wyłączania. Przepięcia te mogą osiągnąć wysokie amplitudy, zwłaszcza w miejscu połączenia z układem ograniczającym przepięcia 4. Pogrubiona strzałka na fig. 2 oznacza miejsce wystąpienia przepięcia.

Na fig. 3 przedstawiony jest przykład zastosowania układu ograniczającego przepięcia 4 w przypadku wykorzystania go do ochrony przeciwprzepięciowej w układzie trójfazowym, gdy chronione jest przyłącze kablowe 9, sprzęgnięte z transformatorem 6, za pomocą wyłącznika 8. Operacje łączeniowe dokonywane wyłącznikiem 8, a w szczególności operacja włączania nieobciążonego kabla, grozi generacją wysokich przepięć na nieobciążonym końcu tego kabla, tj. w miejscu zainstalowania układu ograniczającego przepięcia 4. Pogrubiona strzałka na fig. 3 oznacza miejsce wystąpienia przepięcia.

W układzie według wynalazku wykorzystuje się fakt, iż polaryzacja diod 1a-1f jest związana bezpośrednio z napięciem w obwodzie trójfazowym A, B, C. W stanie ustalonym tj. gdy sinusoidalne napięcia zasilania w fazach A, B i C są idealnie symetryczne, przewodzi jedna dioda z grupy 1a, 1e, 1e, na której potencjał jest w danej chwili najwyższy, w tym samym czasie przewodzi również jedna dioda z grupy 1b, 1d, 1f, na której potencjał jest najniższy. Pozostałe diody spolaryzowane są zaporowo. W momencie gdy pojawia się przepięcie, napięcie w dotkniętej nim fazie A, B lub C wzrasta. W zależności od polaryzacji przepięcia, odpowiednie diody wchodzą w stan przewodzenia. To z kolei prowadzi do wejścia jednego, bądź obu ograniczników przepięć 2 i 3 w zakres pracy nieliniowej, ograniczając tym samym przepięcie w chronionym układzie trójfazowym.

Diody 1a i 1b, 1e i 1d, 1e i 1f, zaprezentowane na fig. 1, fig. 2 i fig. 3, są jedynie przykładowym przyrządem półprzewodnikowym możliwym do wykorzystania w budowie obwodu pośredniczącego 1. Diody te mogą być zastąpione innymi przyrządami półprzewodnikowymi, które pełnić będą tę samą funkcję, nie zmieniając tym samym zasady działania układu ograniczającego przepięcia. Przyrządami tymi mogą być inne elementy półprzewodnikowe tj.: tyrystory komutowane liniowo, tyrystory wyłączalne GTO (Gate Turn Off Thyristor) lub IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor) oraz tranzystory.

Claims (3)

1. Układ do ograniczania przepięć w elektrycznych układach trójfazowych A, B, C, znamienny tym, że zawiera półprzewodnikowy obwód pośredniczący (1), który utworzony jest z trzech gałęzi równolegle połączonych, do których doprowadzane jest napięcie z poszczególnych faz (A, B, C) odpowiednio pomiędzy parę półprzewodnikowych przyrządów (1a, 1b), (1c, 1d), (1e, 1f), umieszczonych szeregowo w każdej gałęzi, przy czym gałęzie równoległe połączone są ze sobą w węzłach (W1, W2), które stanowią wyjścia stałoprądowe obwodu pośredniczącego (1) oraz pomiędzy którymi umieszczone są dwa ograniczniki przepięć (2) i (3), które połączone są ze sobą szeregowo i uziemione.

2. Układ według, zastrz. 1, znamienny tym, że półprzewodnikowe przyrządy (1a, 1b), (1c, 1d), (1e, 1f) stanowią diody lub tyrystory komutowane liniowo, tyrystory wyłączalne GTO, tyrystory IGCT lub tranzystory.

3. Układ według, zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że umieszczony jest w obudowie.