PL332583A1

PL332583A1 - Adaptive induction-type compound protector for protecting ac circuits against harmful effects of short-circuits

Info

Publication number: PL332583A1
Application number: PL33258399A
Authority: PL
Inventors: Pawel Hempowicz
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-10-23
Also published as: PL187641B1

Description

PL A 332583 P-332 5 85PL A 332583 P-332 5 85

Ochronnik indukcyjny adaptacyjny zespolony do ochrony przeciwzwarciowej w obwodach prądu przemiennegoAdaptive combined inductive arrester for short-circuit protection in alternating current circuits

Przedmiotem wynalazku jest ochronnik indukcyjny adaptacyjny zespolony, do ochrony przeciwzwarciowej w obwodach prądu przemiennego, zwłaszcza do ochrony części sieci prądu przemiennego, lub półprzewodnikowych przekształtników napięcia przemiennego.The subject of the invention is an adaptive complex inductive arrester for short-circuit protection in AC circuits, especially for protection of parts of an AC network or semiconductor AC voltage converters.

Do ochrony przeciwzwarciowej urządzeń pobierających prąd o przebiegu sinusoidalnym są stosowane dławiki zwarciowe, lecz ich indukcyjność nie może być duża, gdyż spadki napięcia na tej indukcyjności powodują pogorszenie stabilności napięcia zasilającego. Do ochrony urządzeń pobierających prąd o charakterze impulsowym, zwłaszcza do ochrony przekształtników półprzewodnikowych, dławików zwarciowych nie można stosować. W znanych rozwiązaniach do zabezpieczania przekształtników półprzewodnikowych stosuje się bezpieczniki topikowe lub wyłączniki szybkie. Wadą takich rozwiązań jest to, że nie ograniczają szybkości narastania prądu zwarciowego, wskutek czego w czasie procesu wyłączania zwarcia prąd zdąża osiągnąć dużą wartość. Z polskiego opisu patentowego PL-156004 znany jest ochronnik indukcyjny do ochrony przekształtników napięcia przemiennego, który w czasie normalnej pracy ustalonej chronionego urządzenia nie ogranicza szybkości zmian wartości chwilowej prądu pobieranego przez chronione urządzenie z źródła zasilania, dzięki czemu może być stosowany do ochrony przekształtników półprzewodnikowych, natomiast gdy prąd wzrasta ponad wartość szczytową osiąganą w czasie normalnej pracy ustalonej, ochronnik radykalnie ogranicza szybkość narastania prądu, czyli spełnia wtedy rolę dławika zwarciowego. Zaletą ochronnika indukcyjnego, znanego z polskiego opisu patentowego PL-156004 , jest to, że ułatwia wyłączanie zwarcia, nawet przez komutację 2 wewnętrzną przekształtnika i ogranicza wartość prądu zwarciowego, natomiast wadą jest to, że ogranicza szybkość każdego narastania prądu zasilającego chronioną część sieci, lub chronione urządzenie, ponad szczytową wartość okresowo zmiennego prądu zasilającego podczas normalnej pracy, czyli również ogranicza szybkość wzrostu prądu w czasie nieawaryjnych przeciążeń..Short-circuit reactors are used for short-circuit protection of devices consuming sinusoidal current, but their inductance cannot be large, as voltage drops on this inductance deteriorate the stability of the supply voltage. Short-circuit reactors cannot be used to protect devices that consume pulse-type currents, especially to protect semiconductor converters. In the known solutions, fuses or high-speed circuit breakers are used to protect semiconductor converters. The disadvantage of such solutions is that they do not limit the rate of rise of the short-circuit current, as a result of which the current tends to reach a high value during the short-circuit breaking process. From the Polish patent description PL-156004, an inductive arrester is known to protect AC converters, which during the normal steady operation of the protected device does not limit the rate of change of the instantaneous value of the current consumed by the protected device from the power source, so it can be used to protect semiconductor converters, however, when the current rises above the peak value achieved during normal steady operation, the arrester radically limits the rate of rise of the current, i.e. it acts as a short-circuit reactor. The advantage of the inductive arrester, known from the Polish patent description PL-156004, is that it facilitates the breaking of the short circuit, even by internal commutation of the converter and limits the value of the short-circuit current, while the disadvantage is that it limits the speed of each current increase supplying the protected part of the network, or protected device, above the peak value of periodically alternating supply current during normal operation, i.e. it also limits the rate of current increase during non-failure overloads.

Ochronnik indukcyjny zespolony do ochrony przeciwzwarciowej w obwodach prądu przemiennego, zwłaszcza części sieci prądu przemiennego, lub przekształtników napięcia przemiennego, według wynalazku, składa się z dwóch podobnych członów, z któiych każdy składa się z dławika i połączonych z nim równolegle trzech gałęzi. W pierwszym członie pierwsza gałąź zawiera diodę pierwszą, druga gałąź zawiera drugą diodę, włączoną w tym samym kierunku, jak dioda w pierwszej gałęzi, oraz szeregowo z drugą diodą włączone źródło prądowe, wymuszające okresowo jednokierunkowe impulsy prądu o wartości proporcjonalnej do wartości prądu zasilającego chronioną część sieci, lub chronione urządzenie, trzecia gałąź zawiera trzecią diodę, włączoną w tym samym kierunku, jak dioda w pierwszej gałęzi, oraz szeregowo z trzecią diodą włączone źródło pomocniczego napięcia przemiennego. Drugi człon zawiera takie same elementy, tak samo połączone jak w pierwszym członie, lecz trzy diody są włączone względem kierunku prądu zasilającego chronione urządzenie w kierunku przeciwnym do kierunku włączenia diod w pierwszym członie, czyli jeśli w pierwszym członie diody są włączone na przykład przeciwnie do kierunku dodatniej połówki sinusoidalnie zmiennego prądu zasilającego, to w drugim członie diody są włączone zgodnie z kierunkiem dodatniej połówki tego prądu. W wariancie realizacji wynalazku dwoma źródłami prądowymi w dwóch członach ochronnika, są dwa wtórne uzwojenia przekładnika prądowego, przez którego pierwotne uzwojenie przepływa prąd zasilający chronione urządzenie, przy czym kierunek połączenia uzwojeń wtórnych, względem kierunku przewodzenia diod włączonych szeregowo z tymi uzwojeniami, jest taki, żeby prądy w tych dwóch uzwojeniach wtórnych płynęły na przemian w czasie kolejnych półokresów prądu zasilającego chronione urządzenie. Źródłami pomocniczego napięcia przemiennego mogą być wtórne uzwojenia dwóch transformatorów zasilanych z dowolnych źródeł napięcia przemiennego, lub dwa wtórne uzwojenia jednego transformatora zasilanego z dowolnego źródła napięcia przemiennego. Człony, tworzące ochronnik, oraz - w przypadku gdy źródłami prądowymi są uzwojenia przekładnika prądowego - pierwotne uzwojenie przekładnika prądowego, są włączone szeregowo między źródło przemiennego 3 napięcia zasilającego a chronione urządzenie, przy czym kolejność włączenia pierwszego członu, drugiego członu, przekładnika i chronionego urządzenia, jest dowolna.Combined inductive arrester for short-circuit protection in alternating current circuits, in particular parts of the alternating current network or alternating voltage converters, according to the invention, consists of two similar members, each of which consists of a choke and three branches connected in parallel. In the first segment, the first branch contains the first diode, the second branch contains the second diode, turned on in the same direction as the diode in the first branch, and a current source in series with the second diode, periodically forcing unidirectional current pulses of a value proportional to the value of the current supplying the protected part. of the network or device to be protected, the third branch contains a third diode, switched on in the same direction as the diode in the first branch, and an auxiliary AC voltage source in series with the third diode. The second segment comprises the same elements, which are connected in the same way as in the first segment, but three diodes are turned on with respect to the direction of the current supplying the protected device in the direction opposite to the direction of switching on the diodes in the first segment, i.e. if in the first segment the diodes are turned on, for example, in the opposite direction. positive half of the sinusoidal alternating supply current, the diodes in the second member are switched on in the direction of the positive half of this current. In an embodiment variant of the invention, two current sources in two arrester members are two secondary windings of the current transformer, through which the primary winding flows the current supplying the protected device, the direction of connection of the secondary windings with respect to the conduction of diodes connected in series with these windings is such that the currents in these two secondary windings flowed alternately during the successive half-cycles of the current supplying the protected device. The auxiliary AC voltage sources can be the secondary windings of two transformers supplied from any AC voltage source, or two secondary windings of one transformer supplied from any AC voltage source. The elements forming the arrester, and - in the case where the current sources are the windings of the current transformers - the primary winding of the current transformer, are connected in series between the supply voltage source 3 and the protected device, the order of switching on the first element, the second element, the transformer and the protected device, is any.

Zaletą ochronnika według wynalazku jest to, że dwiema metodami można dobierać graniczną wartość prądu zasilającego chronioną część sieci lub urządzenie, po przekroczeniu której ochronnik według wynalazku zaczyna działać podobnie jak dławik zwarciowy, a poniżej której ochronnik nie ogranicza szybkości zmian prądu zasilającego. Ta graniczna wartość nie może być mniejsza od szczytowych wartości okresowo zmiennego prądu zasilającego, ale może być znacznie większa, co w efekcie eliminuje wyżej wymienioną wadę ochronnika znanego z polskiego opisu patentowego PL-156004. Wyeliminowanie tej wady polega na tym, że w zakresie prądów zasilania mniejszych od dobranej wartości granicznej, ochronnik według wynalazku nie ogranicza szybkości narastania prądu zasilającego podczas nieawaryjnych przeciążeń. W ochronniku można jednocześnie realizować dwie metody doboru wartości granicznej prądu: -przez dobór pomocniczych napięć przemiennych można dobrać stałe wartości graniczne prądu, niezależne od wartości prądu zasilającego w czasie poprzedzającym zwarcie, -przez dobór przełożenia przekładnika prądowego można dobrać zmienną wartość graniczną w tym zakresie obciążeń, w którym prąd zasilający nieawaryjnie i relatywnie powoli, w porównaniu z prądami zwarciowymi, wzrasta ponad stałą wartość graniczną dobraną za pomocą pomocniczych napięć przemiennych. Przy powolnych zmianach wartości prądu zasilającego chronione urządzenie, graniczna wartość prądu również zmienia się, lecz szybkość zmian granicznej wartości prądu jest ograniczona. Dzięki temu przy powolnym wzroście prądu zasilającego chronione urządzenie, ochronnik nie wpływa na przebieg tego prądu, niezależnie od jego wartości, natomiast przy szybkim wzroście tego prądu, na przykład na skutek zwarcia, po przekroczeniu tej wartości granicznej, która ustaliła się przed chwilą zwarcia, ochronnik działa jak dławik zwarciowy o dużej indukcyjności i radykalnie ogranicza szybkość narastania prądu zwarciowego.An advantage of the arrestor according to the invention is that two methods can be used to select the limit value of the current supplying the protected part of the network or device, beyond which the arrestor according to the invention starts to work similarly to a short-circuit reactor, and below which the arrestor does not limit the rate of change of the supply current. This limit value cannot be lower than the peak values of the periodically alternating supply current, but it can be much higher, which in effect eliminates the above-mentioned disadvantage of the arrestor known from the Polish patent description PL-156004. The elimination of this drawback consists in the fact that in the range of supply currents lower than the selected limit value, the arrester according to the invention does not limit the rate of increase of the supply current during non-fault overloads. Two methods of selecting the current limit value can be simultaneously implemented in the arrester: - by selecting auxiliary alternating voltages, constant current limits can be selected, independent of the value of the supply current during the time preceding the short-circuit, - by selecting the ratio of the current transformer, a variable limit value in this load range can be selected , in which the supply current without failure and relatively slowly, compared to the short-circuit currents, rises above a fixed limit value selected with the auxiliary alternating voltage. With slow changes in the value of the current supplying the equipment to be protected, the current limit also changes, but the rate of change of the current limit is limited. Thanks to this, with a slow increase in the current supplying the protected device, the arrester does not affect the course of this current, regardless of its value, while with a rapid increase in this current, e.g. due to a short circuit, after exceeding the limit value that was established before the moment of the short circuit, the arrester acts as a high inductance short-circuit reactor and radically limits the rate of rise of the short-circuit current.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, na którym fig. 1. przedstawia schemat ideowy ochronnika w przykładzie zastosowania do ochrony odbiornika napięcia przemiennego, fig.2. przedstawia przebiegi prądów w układzie przedstawionym na schemacie fig. 1.The subject of the invention is explained in more detail in the embodiment shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a schematic diagram of the arrester in an application example for protecting an AC voltage receiver, Fig. 2. shows the current waveforms in the circuit shown in the diagram in Fig. 1.

Ochronnik według wynalazku, składa się z pierwszego członu I , drugiego członu Π i przekładnika prądowego K) włączonych szeregowo, w przedstawionym przykładzie między jednym biegunem źródła < 4 napięcia zasilającego Ul. i jednym zaciskiem chronionego urządzenia 2 ,którym jest odbiornik o charakterze czynno - indukcyjnym. Pierwszy człon I zawiera dławik i, pierwszą gałąź zawierającą diodę 3 , włączoną równolegle do dławika X, drugą gałąź składającą się z szeregowo połączonych drugiej diody 4 i wtórnego uzwojenia Z1 przekładnika 10, włączoną równolegle do dławika i i diody 3, trzecią gałąź składającą się z szeregowo połączonych trzeciej diody 5 i źródła ZP1 pomocniczego napięcia przemiennego U2, którym jest wtórne uzwojenie Z4 transformatora Tl, włączoną równolegle do dławika i ,diody 3 i drugiej gałęzi. Drugi człon II zawiera dławik 6, pierwszą gałąź z diodą 2 , włączoną równolegle do dławika 6, drugą gałąź składającą się z szeregowo połączonych drugiej diody 8 i wtórnego uzwojenia Z2 przekładnika 10, włączoną równolegle do dławika 6 i diody 7, oraz trzecią gałąź składającą się z szeregowo połączonych trzeciej diody 9 i źródła ZP2 pomocniczego napięcia przemiennego U3, którym jest wtórne uzwojenie Z6 transformatora T2, włączoną równolegle do dławika 6 ,diody 7 i drugiej gałęzi.The arrester according to the invention consists of a first element I, a second element Π and a current transformer K) connected in series, in the example shown, between one pole of the source < 4 of the supply voltage Ul. and one terminal of the protected device 2, which is an active-inductive receiver. The first element I comprises a choke and, a first branch containing a diode 3 connected in parallel to the inductor X, a second branch consisting of a series-connected second diode 4 and a secondary winding Z1 of the transformer 10, connected in parallel to the choke i and diode 3, a third branch consisting of connected the third diode 5 and the auxiliary AC voltage source ZP1 U2, which is the secondary winding Z4 of the transformer T1, connected in parallel to the choke i, diode 3 and the second branch. The second element II comprises a choke 6, a first branch with a diode 2 connected in parallel to a choke 6, a second branch consisting of a series-connected second diode 8 and a secondary winding Z2 of the transformer 10, connected in parallel to the inductor 6 and diode 7, and a third branch consisting of from series connected third diode 9 and source ZP2 of auxiliary alternating voltage U3, which is the secondary winding Z6 of transformer T2, connected in parallel to inductor 6, diode 7 and the second branch.

Kierunki włączenia diod 7 , 8 i 9 względem kierunku prądu zasilającego chronione urządzenie, są w drugim członie II przeciwne do kierunku włączenia diod 3 , 4 i 5 w pierwszym członie I . Kierunki włączenia uzwojeń Z! i Z2 przekładnika JK) są takie, że w przedziale czasu, gdy prąd i2 zasilający chronione urządzenie ma wartości chwilowe dodatnie, to SEM w uzwojeniu Z1 ma kierunek zgodny z kierunkiem przewodzenia diody 4, a kierunek SEM w uzwojeniu Z2 jest przeciwny do kierunku przewodzenia diody_8. W efekcie w przedziałach czasu, gdy prąd i2 ma wartości chwilowe dodatnie, prąd wtórny przekładnika prądowego 10 płynie w uzwojeniu Zl, a gdy prąd i2 ma wartości chwilowe ujemne, prąd wtórny przekładnika prądowego 10 płynie w uzwojeniu Z2. Dzięki temu w przekładniku prądowym 10 może być zachowana równowaga przepływów, nazywanych potocznie amperozwojami, uzwojeń pierwotnego i wtórnych. W czasie normalnej pracy ustalonej chronionej przez ochronnik części sieci, lub urządzenia, w dławiku X ochronnika płynie prąd ϋ o wartości prawie stałej. W zależności od wartoci prądu 12, prawie stała wartość prądu IX jest niezmienna, lub zmienia się w funkcji szczytowych wartości prądu i2: -przy dużych wartościach prądu i2, prąd i! ma prawie stałą, lub zmieniającą się powoli, wartość równą sumie szczytowej dodatniej wartości prądu zasilającego chronione urządzenie i2 i szczytowej wartości dodatnich impulsów prądu wymuszanych przez SEM w uzwojeniu ZL Wartość szczytowa dodatnich impulsów prądu w 5 uzwojeniu ΖΛ jest proporcjonalna do szczytowej wartości prądu i2, zgodnie z zasadą działania przekładnika prądowego. W przedziałach czasu, w których prąd zasilający i2 i prąd w uzwojeniu Z1 mają wartości mniejsze od maksymalnych, prąd U jest podtrzymywany kosztem SEM samoindukcji powstającej w dławiku i, natomiast za dławikiem prąd ϋ 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 il a i2 , z uwzględnieniem znaku prądu i2. Gdy prąd i2 ma wartości ujemne, prąd i3 płynie przez diodę 3 . Ponieważ wtedy napięcie na dławiku 1. jest równe napięciu na diodzie 3 , czyli nie przekracza wartości około 1 V, a indukcyjność dławika 1 jest duża, prąd il maleje powoli. Gdy prąd zasilający i2 i prąd w uzwojeniu Z1 przyjmują wartości dodatnie, prąd J3 płynie częściowo przez diodę 3, a częściowo przez gałąź składającą się z diody_4 i uzwojenia ZL Gdy suma prądu i2 i prądu w uzwojeniu ΖΛ osiągnie aktualną wartość prądu Π, który od poprzednio osiągniętej wartości zdążył nieco zmaleć, w uzwojeniu ZA przekładnika powstaje SEM tak duża, aby wystarczyła do wymuszenia wzrostu prądu il do poprzednio osiągniętej wartości maksymalnej. Gdy prąd zasilający i2 i prąd w uzwojeniu Z1 po osiągnięciu wartości szczytowej maleją, prąd U_ płynie kosztem SEM samoindukcji dławika 1 i powoli maleje. Gdy po upływie okresu prądu i2 , prąd i2 i prąd w uzwojeniu Z1 znów zbliżą się do wartości szczytowej, kosztem SEM w uzwojeniu Z1 prąd Π znów wzrośnie do poprzednio osiągniętej wartości maksymalnej. Jeśli na skutek wzrostu obciążenia wartość prądu i2 rośnie, wzrasta również wartość prądu w uzwojeniu Zl ,a to wymusza również wzrost prądu U. Jednak SEM indukowana w uzwojeniu ΖΛ nie może przekroczyć swojej maksymalnej możliwej wartości, zależnej od wartości strumienia nasycenia rdzenia przekładnika 10. Niewielka SEM indukowana w uzwojeniu Zł nie może wymusić szybkiego wzrostu prądu Π. Wskutek tego prąd ii wzrasta proporcjonalnie do wzrostu prądu i2 tylko przy powolnych zmianach prądu i2. -przy małych wartościach prądu i2, wartość prądu Π zależy tylko od szczytowej dodatniej wartości napięcia U2 powstającego w uzwojeniu Z2 i nie zależy od wartości prądu U. W czasie, gdy napięcie U2 jest bliskie wartości maksymalnej, również prąd ii osiąga wartość maksymalną. W przedziałach czasu, w których napięcie U2 ma wartość mniejszą od maksymalnej, prąd il jest podtrzymywany kosztem SEM samoindukcji powstającej w dławiku 1 i powoli maleje. Gdy po upływie okresu napięcia U2 , napięcie to znów zbliży się do wartości szczytowej, kosztem tego napięcia prąd il znów wzrośnie do poprzednio osiągniętej wartości maksymalnej. 6The directions of switching on the diodes 7, 8 and 9 in relation to the direction of the current supplying the protected device are in the second stage II opposite to the direction of switching on of the diodes 3, 4 and 5 in the first stage I. Directions of switching on the Z windings! and Z2 of the transformer JK) are such that in the time interval when the current i2 supplying the protected device has positive momentary values, then the EMF in the Z1 winding has the direction of the diode 4 conduction, and the EMF in the Z2 winding is opposite to the diode's conduction direction_8 . As a result, at time intervals when current i2 is instantaneous positive values, the secondary current of the current transformer 10 flows in the winding Zl, and when the current i2 is instantaneous negative values, the secondary current of the current transformer 10 flows in the winding Z2. As a result, the primary and secondary windings can be kept in balance in the current transformer 10. During normal steady operation of the network part or device protected by the protector, a current ϋ of almost constant value flows in the choke X of the protector. Depending on the value of the current 12, the almost constant value of the current IX is unchanged, or it changes as a function of the peak values of the current i2: - at high values of the current i2, the current i! has an almost constant or slowly changing value equal to the sum of the peak value of the positive current supplying the protected device i2 and the peak value of the positive current pulses forced by the EMF in the ZL winding. The peak value of the positive current pulses in the 5 winding ΖΛ is proportional to the peak current value i2, according to with the principle of operation of the current transformer. In the time intervals in which the supply current i2 and the current in the winding Z1 are lower than the maximum values, the current U is sustained at the expense of the EMF of self-induction created in the choke i, while after the choke, the current ϋ branches into two components. One of them is the current i2, depending on the operating state of the protected device 2, the second component i3 is always equal to the difference between the currents il and i2, taking into account the sign of the current i2. When i2 is negative, current i3 flows through diode 3. Since then the voltage on the choke 1 is equal to the voltage on the diode 3, i.e. it does not exceed the value of about 1 V, and the inductance of the choke 1 is large, the current il decreases slowly. When the supply current i2 and the current in the Z1 winding take positive values, the current J3 flows partly through diode 3 and partly through the branch consisting of diode_4 and winding ZL. When the sum of the current i2 and the current in the winding ΖΛ reaches the current value of the current Π, which from the previous the achieved value has already decreased a bit, an EMF is formed in the winding ZA of the transformer, so large that it is enough to force the il current to increase to the previously reached maximum value. When the supply current i2 and the current in the winding Z1 decrease after reaching the peak value, the current U_ flows at the expense of SEM of the self-induction of the inductor 1 and slowly decreases. When, after the current period i2, the current i2 and the current in the winding Z1 again approach their peak value, at the expense of the EMF in the winding Z1, the current Π will again increase to the previously reached maximum value. If, as a result of an increase in the load, the value of the current i2 increases, the value of the current in the winding Zl also increases, and this also forces the increase in the current U. However, the EMF induced in the winding ΖΛ cannot exceed its maximum possible value, depending on the value of the saturation flux of the transformer core 10. Slight The EMF induced in the Zł winding cannot force the current Π to increase rapidly. As a result, the current ii increases in proportion to the increase in current i2 only with slow changes in current i2. - for low values of the current i2, the value of the current Π depends only on the peak positive value of the voltage U2 generated in the winding Z2 and does not depend on the value of the current U. When the voltage U2 is close to the maximum value, the current ii also reaches its maximum value. In the time intervals in which the voltage U2 is lower than the maximum value, the current il is maintained at the expense of the EMF of self-induction created in the inductor 1 and slowly decreases. When, after the period of the voltage U2, this voltage has again approached its peak value, at the expense of this voltage, the current il will again increase to the previously reached maximum value. 6

Prawie stała, lub zmieniająca się powoli ze wzrostem prądu i2 wartość prądu ii jest jednocześnie dla prądu i2, zasilającego chronione urządzenie, wartością graniczną dodatnią. Istota zjawisk decydujących o przebiegu prądów i4 oraz i5 w drugim członie Π jest taka sama, jak istota zjawisk decydujących o przebiegu prądów ϋ oraz i3 w pierwszym członie I. Prawie stała, lub powoli zmieniająca się wartość prądu \4 jest jednocześnie dla prądu i2, zasilającego chronione urządzenie, wartością graniczną ujemną.The value of the current ii for the current i2, which supplies the protected device, is almost constant or slowly changing with the increase of the current i2, the positive limit value. The essence of the phenomena determining the course of the currents i4 and i5 in the second term Π is the same as the essence of the phenomena determining the course of the currents ϋ and i3 in the first term I. The almost constant or slowly changing value of current \ 4 is simultaneously for the current i2, supplying device to be protected with a negative limit.

Podczas normalnej pracy chronionego urządzenia, gdy szczytowe wartości prądu i2 są mniejsze od wartości prądów il_ i i4, napięcia na dławikach \ i 6 mają niewielką wartość i nie wpływają w sposób znaczący na pracę chronionego urządzenia, w szczególności nie wpływają znacząco na przebieg prądu i2 i jego pochodnej względem czasu. Prąd j2 ma przebieg zależny od napięcia zasilającego i od chronionego urządzenia, w przedstawianym przykładzie sinusoidalny, opóźniony względem napięcia Ul.During normal operation of the protected device, when the peak values of the current i2 are lower than the values of the currents il_ and i4, the voltages on the chokes \ and 6 are small and do not significantly affect the operation of the protected device, in particular they do not significantly affect the current waveform i2 and its derivative with respect to time. The current j2 has a course dependent on the supply voltage and the protected device, in the example shown sinusoidal, lagging behind the voltage U1.

Od chwili wystąpienia zwarcia ochronnik ogranicza szybkość narastania prądu i2. Prąd i2 płynie zawsze w kierunku zgodnym z kierunkiem napięcia zasilającego, a jego wartość rośnie z pochodną o wartości bliskiej wartości ilorazu chwilowej wartości napięcia zasilającego i indukcyjności jednego dławika. W czasie zwarcia w każdym z członów, tworzących ochronnik, prądy ϋ i i4 rosną w przedziałach czasu, w których napięcie zasilające jest skierowane zgodnie z kierunkiem prądu płynącego przez dławik danego członu ochronnika. Na przykład w sytuacji przedstawionej na rysunku fig.2., jeśli zwarcie nastąpiło w chwili tl, gdy napięcie zasilające Ul ma wartość dodatnią w czasie U-H2 prąd zwarcia i2 płynie przez dławik i, na diodach 3,4 i 5 istnieje wtedy napięcie wsteczne równe napięciu na dławiku 1, które w przypadku zwarcia jest w tym przedziale czasu prawie równe napięciu zasilającemu. Prąd nie płynie przez żadną z trzech gałęzi włączonych równolegle do dławika 1, czyli prądy il i i2 są sobie równe. W tym przedziale czasu w drugim członie Π prąd zwarcia i2 płynie przez diodę 7. W czasie zwarcia, gdy prąd i2 szybko rośnie, a na dławiku i i na diodach 3,4 i 5 istnieje duże napięcie wsteczne, SEM w uzwojeniu Z1 nie wystarcza do wymuszenia przepływu prądu w tym uzwojeniu. W efekcie zostaje utracona równowaga przepływów w uzwojeniach przekładnika prądowego 5, a rdzeń przekładnika prądowego 5 wchodzi w stan nasycenia magnetycznego. Ponieważ zwarcie musi być szybko wyłączone, wzrost strat w rdzeniu przekładnika prądowego 5 nie stanowi realnego zagrożenia. W chwili t2, w której napięcie zasilające Ul zmienia znak, prąd zwarciowy i2 zmienia kierunek i zaczyna płynąć przez diodę 3, a spadek napięcia na 7 członie I ochronnika przyjmuje wartość spadku napięcia na diodzie 3, czyli około IV. Od tej chwili prąd w dławiku i utrzymuje prawie stałą, powoli malejącą wartość i zamyka się przez diodę 3. Jednocześnie od tej chwili o wartości prądu zwarciowego zaczyna decydować drugi człon Π ochronnika. W poprzednim okresie prąd w dławiku 6 tego drugiego członu Π ochronnika, osiągnął graniczną wartość i utrzymał ją prawie nie zmienioną. Po zmianie kierunku napięcia zasilającego Ul, prąd zwarciowy i2 skokowo rośnie do aktualnej wartości prądu w dławiku 6 i od tej wartości rośnie z pochodną proporcjonalną do chwilowych wartości napięcia zasilającego. W czasie trwania zwarcia prąd zwarcia i2 płynie zawsze przez dławik i, lub dławik 6, których indukcyjność ogranicza szybkość narastania prądu zwarciowego i2. Ponieważ dławiki i i 6 nie wpływają na prąd i2 w czasie normalnej pracy odbiornika, indukcyjności dławików l i 6 mogą być duże, znacznie większe niż w stosowanych dotychczas dławikach zwarciowych. Ułatwia to wyłączenie zwarcia. Obecność dławików 1 i 6 w obwodzie zwarciowym nie powoduje w chwili wyłączenia prądu zwarcia żadnego przepięcia, gdyż od chwili wyłączenia zwarcia, gdy prąd przestaje płynąć przed ochronnikiem i za nim, w samym ochronniku prąd ten nadal płynie w obwodach utworzonych przez dławik i i diodę 3 , oraz dławik 6 i diodę 7 i maleje z niewielką szybkością.From the moment the short-circuit occurs, the arrester limits the rate of current rise i2. The current i2 always flows in the direction of the supply voltage, and its value increases with the derivative with a value close to the quotient of the instantaneous value of the supply voltage and the inductance of one choke. During a short circuit in each of the elements forming the arrester, the currents ϋ and i4 increase in the time intervals in which the supply voltage is directed in the direction of the current flowing through the choke of the given element of the arrestor. For example, in the situation shown in Fig. 2, if the short circuit occurred at the time t1, when the supply voltage Ul is positive at the time U-H2, the short-circuit current i2 flows through the choke and, on diodes 3, 4 and 5, there is a reverse voltage equal to the voltage at reactor 1, which in the event of a short circuit is almost equal to the supply voltage during this time period. The current does not flow through any of the three branches connected in parallel to inductor 1, so the currents il and i2 are equal to each other. In this period of time, the short-circuit current i2 flows through diode 7 in the second segment Π. During the short-circuit, when the current i2 increases rapidly, and there is a large reverse voltage on the choke ii on diodes 3,4 and 5, the EMF in the winding Z1 is not enough to force current flow in this winding. As a result, the flow equilibrium in the windings of the current transformer 5 is lost and the core of the current transformer 5 enters a magnetic saturation state. Since the short-circuit must be turned off quickly, an increase in the core losses of the current transformer 5 does not pose a real threat. At the moment t2, when the supply voltage U1 changes its sign, the short-circuit current i2 changes its direction and begins to flow through the diode 3, and the voltage drop across the I element of the protector takes the value of the voltage drop across the diode 3, i.e. about IV. From that moment on, the current in the choke i maintains an almost constant, slowly decreasing value and closes through diode 3. At the same time, the second element of the arrester begins to decide about the value of the short-circuit current. In the previous period, the current in the inductor 6 of the second element Π of the arrester reached the limit value and kept it almost unchanged. After changing the direction of the supply voltage U1, the short-circuit current i2 increases abruptly to the current value of the current in the inductor 6 and from this value it increases with a derivative proportional to the instantaneous values of the supply voltage. During the short-circuit duration, the short-circuit current i2 always flows through the choke i, or the choke 6, the inductance of which limits the rate of rise of the short-circuit current i2. Since the chokes i and 6 do not affect the current i2 during normal operation of the receiver, the inductances of the chokes 1 and 6 can be large, much greater than in the previously used short-circuit chokes. This makes it easier to switch off the short circuit. The presence of chokes 1 and 6 in the short-circuit circuit does not cause any overvoltage at the moment of switching off the short-circuit current, because from the moment of switching off the short-circuit, when the current ceases to flow before and after the protector, this current continues in the protector itself in the circuits formed by the choke and diode 3, and a choke 6 and a diode 7, and it goes down slowly.

Claims

Patent claims. 1. Adaptive combined inductive protector for short-circuit protection in AC circuits, consisting of two series connected elements, each with a choke and a diode connected in parallel with it, and a current transformer, characterized in that in each of the two elements (I and Π) three branches are connected in parallel with the chokes (ii 6), the first branches of which contain the first diodes (3 and 7), the second branches contain the second diodes (4,8), turned on in the same direction as the first diodes (3 7) in the first branches and sources of auxiliary current pulses, the third branches contain the third diodes (5, 9), turned on in the same direction as the first diodes (3, 7) in the first branches and the sources of auxiliary alternating voltage (ZP1, ZP2) in the second segment (Π), the directions of switching on the diodes (1> 8 5 9) with respect to the direction of the current supplying the protected device are opposite to the direction of switching on of the diodes (3, 4, 5) in the first segment (I).

2. The arrestor according to claim 1. characterized in that the source (ZP1) of the auxiliary alternating voltage in the first stage (I) is the secondary winding (Z4) of the transformer (Ή), and the source (ZP2) of the auxiliary alternating voltage in the second stage (ii) is the secondary winding (Z6) transformer (T2), and the sources of auxiliary current pulses are the secondary windings (Z1) and (Z2) of the current transformer (5), the primary winding of which is turned on so that the current flows in it supplying the protected device or the protected part of the AC network.

SAY