RU2223581C1

RU2223581C1 - Dc low-voltage power system

Info

Publication number: RU2223581C1
Application number: RU2002114938/09A
Authority: RU
Inventors: И.К. Пухов
Original assignee: Пухов Игорь Константинович
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2004-02-10

Abstract

FIELD: power engineering; auxiliary power supplies for power stations and substations. SUBSTANCE: proposed power system incorporating provision for phase-failure and overvoltage protection has power equipment section disposed in envelope, control section, and measurement section. Power section includes supply mains terminals for connecting knife-blade switch, transformer, circuit breaker, fuses, contactor, and rectifier with series-connected pulse shaper and control-section elements connected to the latter. Measuring instruments and indicators of measurement section as well as output terminals are connected to rectifier output. Connected to knife-blade switch of power equipment section is phase monitoring unit that has series-connected three-phase transformer and three-phase rectifier; connected to the latter is circuit set up of series-connected reactor, variable resistor, and phase-failure relay coil shorted out by polar capacitor. Voltage monitoring unit has serial resonance-tuned circuit connected in parallel with phase monitoring unit choke and set up of resistor, capacitor, and inductance coil shorted out by overvoltage relay coil. Final unit has circuit of series-connected power- section circuit breaker, breaking contact of overvoltage relay, and making contact of phase-failure relay that shorts out variable resistor and phase-failure relay coil. EFFECT: provision for phase- failure and overvoltage protection of system due to introducing phase and voltage monitoring units. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электроэнергии и может быть использовано в низковольтных комплектных устройствах, применяющихся в системах собственных нужд различных электростанций и подстанций для создания оперативных цепей управления постоянного тока. The invention relates to the field of electricity and can be used in low-voltage complete devices used in auxiliary systems of various power plants and substations to create operational DC control circuits.

Известно низковольтное комплектное устройство, содержащее контакторы и реле различного назначения, а также рубильники и предохранители (1). Данное устройство имеет простую конструкцию и схему и потому нашло широкое применение в электроприводах различных отраслей промышленности для прямого пуска двигателей. Known low-voltage complete device containing contactors and relays for various purposes, as well as circuit breakers and fuses (1). This device has a simple design and circuit and therefore has found wide application in electric drives of various industries for direct start of engines.

Недостатком данного устройства является невозможность его использования в сетях постоянного тока. The disadvantage of this device is the impossibility of its use in DC networks.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является система питания низковольтным постоянным напряжением, содержащая размещенные в оболочке силовую часть, состоящую из последовательно соединенных зажимов сети, рубильника, трансформатора, выключателя, предохранителей, контактора, выпрямителей и выходных зажимов, управляющую часть, состоящую из последовательно соединенных органов управления и формирователя импульсов выпрямителя, и измерительную часть, состоящую из приборов измерения и индикации (2). Closest to the technical nature of the claimed one is a low-voltage constant-voltage power supply system containing a power part located in the shell, consisting of series-connected terminals of the network, circuit breaker, transformer, switch, fuses, contactor, rectifiers and output terminals, a control part, consisting of series-connected controls and the pulse shaper of the rectifier, and the measuring part, consisting of measuring and indicating devices (2).

Данное устройство нашло широкое применение в различных областях техники и в электроприводах постоянного тока, однако использование его в ответственных производственных механизмах затруднено ввиду того, что в нем имеется защита только от коротких замыканий, в то время как промышленные сети характеризуются обрывами фаз и перенапряжениями. Обрывы фаз обуславливают несимметрию токов и напряжений, что предопределяет выход из строя таких элементов низковольтного комплектного устройства, как выпрямитель, а перенапряжения на элементах устройства приводят к пробою изоляции. This device has been widely used in various fields of technology and in DC electric drives, however, its use in critical production mechanisms is difficult due to the fact that it has protection against short circuits only, while industrial networks are characterized by phase failure and overvoltage. The phase breaks cause the asymmetry of currents and voltages, which determines the failure of such elements of a low-voltage complete device as a rectifier, and overvoltages on the elements of the device lead to breakdown of insulation.

Техническим результатом изобретения является обеспечение защиты устройства от обрыва фаз сети и защиты от повышения напряжения за счет введения блока контроля фаз и блока контроля напряжения. The technical result of the invention is the protection of the device from phase failure of the network and protection against voltage increase due to the introduction of a phase control unit and a voltage control unit.

Поставленный технический результат достигается тем, что устройство, содержащее размещенную в оболочке силовую часть из последовательно соединенных зажимов сети, рубильника, силового трансформатора, выключателя, предохранителей, контактора, управляемого выпрямителя и силовых зажимов, кроме того, управляющую часть из последовательно соединенных органов управления и формирователя включающих импульсов, соответствующие выходы которого соединены с входами управления соответствующих управляемых вентилей, входящих в состав управляемого выпрямителя, и измерительную часть из приборов измерения и индикации, вход которой подключен к выходным зажимам, содержит узел контроля из последовательно соединенных трехфазного трансформатора, фазные выводы первичной обмотки которого соединены с точками соединения соответствующих фаз рубильника и силового трансформатора, и выпрямителя, параллельно выходу которого подключена цепь из последовательно соединенных дросселя и формирующих блок контроля фаз регулировочного резистора и обмотки реле контроля фаз, зашунтированной полярным конденсатором, в состав узла контроля входят также исполнительный блок и блок контроля напряжения, содержащий цепь из последовательно соединенных резистора и последовательной резонансной цепи, катушка индуктивности которой зашунтирована обмоткой реле контроля напряжения, при этом указанная цепь блока контроля напряжения включена параллельно дросселю, исполнительный блок выполнен в виде последовательной цепи, которая включена параллельно последовательно соединенным регулировочному резистору и обмотке реле контроля фаз и содержит катушку управления выключателем, размыкающие контакты реле контроля напряжения и замыкающие контакты реле контроля фаз. The technical result is achieved by the fact that the device containing the power part located in the shell from series-connected terminals of the network, circuit breaker, power transformer, circuit breaker, fuses, contactor, controlled rectifier and power clamps, in addition, a control part from series-connected controls and shaper switching pulses, the corresponding outputs of which are connected to the control inputs of the corresponding controlled valves included in the controlled a rectifier, and the measuring part of the measuring and indicating devices, the input of which is connected to the output terminals, contains a control unit from a three-phase transformer connected in series, the phase terminals of the primary winding of which are connected to the connection points of the corresponding phases of the switch and the power transformer, and a rectifier, in parallel with the output of which is connected a chain of series-connected inductor and forming the phase control unit of the adjustment resistor and the winding of the phase control relay, shunted polar capacitor, the control unit also includes an executive unit and a voltage control unit containing a circuit of series-connected resistors and a series resonant circuit, the inductor of which is shunted by the winding of the voltage control relay, while the specified voltage control unit circuit is connected in parallel with the inductor, the executive unit is made in in the form of a serial circuit, which is connected in parallel with a series-connected adjustment resistor and the winding of the phase and control switch coil break contact voltage monitoring relays, make contacts phase monitor.

На чертеже представлена структурная схема системы питания низковольтным постоянным напряжением с принципиальными электрическими схемами блоков контроля фаз, контроля напряжения и исполнительного блока. The drawing shows a structural diagram of a power supply system with low voltage constant voltage with circuit diagrams of the phase control units, voltage control and the Executive unit.

Система питания низковольтным постоянным напряжением содержит размещенные в оболочке (оболочка не показана) силовую часть 1, управляющую часть 2 и измерительную часть 3. Силовая часть 1 содержит зажимы 4 сети, к которым последовательно подключены рубильник 5, силовой трансформатор 6, выключатель 7, предохранители 8, контактор 9, управляемый выпрямитель 10. Контактор 9 предназначен для включения управляемого выпрямителя 10 и защиты его от перегрузки, осуществляемой обычным образом по стандартной схеме, когда использованы тепловые реле. Управляющая часть 2 состоит из последовательно соединенных органов 12 управления и формирователя 11 импульсов 11, соответствующие выходы которого соединены с входами управления соответствующих управляемых вентилей, входящих в состав управляемого выпрямителя 10. Примеры выполнения управляющей части детально описаны в (3). К выходным зажимам 14 силовой части 1 подключены приборы 13 измерения и индикации измерительной части 3. Устройство также содержит узел 15 контроля из последовательно соединенных трехфазного трансформатора 16, фазные выводы первичной обмотки которого соединены с точками соединения соответствующих фаз рубильника 5 и силового трансформатора 6, и выпрямителя 17, параллельно выходу которого подключена цепь из последовательно соединенных дросселя 18 и формирующих блок 31 контроля фаз регулировочного резистора 19 и обмотки 20 реле контроля фаз, зашунтированной полярным конденсатором 21, в состав узла контроля входят также исполнительный блок 27 и блок 22 контроля напряжения, содержащий цепь из последовательно соединенных резистора 23 и последовательной резонансной цепи, состоящей из конденсатора 24 и катушки 25 индуктивности, зашунтированной обмоткой 26 реле контроля напряжения, при этом указанная цепь блока 22 контроля напряжения включена параллельно дросселю 18. Исполнительный блок 27 выполнен в виде последовательной цепи, которая включена параллельно последовательно соединенным регулировочному резистору 19 и обмотке 20 реле контроля фаз и содержит катушку 28 управления выключателем, размыкающие контакты 29 реле контроля напряжения и замыкающие контакты 30 реле контроля фаз. The low-voltage constant voltage power supply system contains a power part 1, a control part 2 and a measuring part 3 located in the shell (the shell is not shown). The power part 1 contains the clamps 4 of the network, to which the switch 5, the power transformer 6, the switch 7, the fuses 8 are connected , contactor 9, controlled rectifier 10. Contactor 9 is designed to turn on the controlled rectifier 10 and protect it from overload, which is carried out in the usual way according to the standard scheme when thermal relays are used. The control part 2 consists of serially connected control bodies 12 and the pulse shaper 11, the corresponding outputs of which are connected to the control inputs of the corresponding controlled valves included in the controlled rectifier 10. Examples of the control part are described in detail in (3). The output terminals 14 of the power part 1 are connected to the measuring devices 13 and indication of the measuring part 3. The device also contains a control unit 15 from a three-phase transformer 16 connected in series, the phase windings of the primary winding of which are connected to the connection points of the corresponding phases of the switch 5 and the power transformer 6, and the rectifier 17, in parallel with the output of which a circuit is connected from a series-connected inductor 18 and forming a phase control unit 31 of an adjustment resistor 19 and a winding 20 of a phase control relay, zashun doped with a polar capacitor 21, the control unit also includes an executive unit 27 and a voltage control unit 22 containing a circuit from a series-connected resistor 23 and a series resonant circuit consisting of a capacitor 24 and an inductor 25, shunted by a winding 26 of the voltage control relay, while the specified circuit of the voltage control unit 22 is connected parallel to the inductor 18. The Executive unit 27 is made in the form of a series circuit, which is connected in parallel with a series-connected regulator rovochnomu resistor 19 and winding 20 and phase control of the relay switch comprises a control coil 28, the break contacts 29 of voltage control relay make contacts 30 and phase control relay.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В статическом состоянии рубильник 5 силовой части 1 отключен, поэтому все элементы устройства обесточены, хотя зажимы сети 4 силовой части 1 находятся под напряжением. In the static state, the circuit breaker 5 of the power part 1 is disconnected, therefore, all elements of the device are de-energized, although the terminals of the network 4 of the power part 1 are energized.

При включении рубильника 5 трехфазное напряжение с зажимов сети 4 подается на трансформатор 5, в котором его амплитуда уменьшается до заданной величины. Пониженное трехфазное напряжение при той же частоте подается на вход выключателя 7, который замкнут, если качество подводимой к нему электроэнергии соответствует предъявляемым требованиям, т.е. если
U_AB=U_BC=U_CA=U_Л; I_A=I_B=I_C=I_Ф, (1)
где U_Л - расчетное линейное напряжение;
I_Ф - расчетный фазный ток;
U_AB, U_BC, U_CA - контролируемые линейные напряжения сети;
I_A, I_B, I_C - контролируемые токи фаз сети.When the switch 5 is turned on, the three-phase voltage from the terminals of the network 4 is supplied to the transformer 5, in which its amplitude decreases to a predetermined value. A reduced three-phase voltage at the same frequency is fed to the input of the switch 7, which is closed if the quality of the electricity supplied to it meets the requirements, i.e. if
U _AB = U _BC = U _CA = U _L ; I _A = I _B = I _C = I _F , (1)
where U _L is the calculated linear voltage;
I _Ф - rated phase current;
U _AB , U _BC , U _CA - controlled line voltage of the network;
I _A , I _B , I _C - controlled currents of the phases of the network.

После выключателя 7 напряжение подается на предохранители 8, контактор 9 и управляемый выпрямитель 10, в котором трехфазное напряжение преобразуется в постоянное напряжение, используемое в производственном механизме (на схеме не показан) и снимаемое с выходных зажимов 14. Работой элементов выпрямителя 10 управляют формирователь импульсов 11 и органы управления 12 управляющей части 2. Между выпрямителем 10 и выходными зажимами 14 включены приборы измерения и индикации 13 измерительной части 3, показания которых отражают техническое состояние устройства. Трехфазное напряжение сети от рубильника подается на трансформатор 16 блока контроля фаз 15, где понижается до требуемого значения и подается на выпрямитель 17, к которому подключен дроссель 18, регулировочный резистор 19 и обмотка реле 20 контроля фаз. Дроссель 18 предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выпрямителя 17 и является источником питания блока 22 контроля напряжения. Регулировочный резистор 19 служит для установки тока срабатывания обмотки 20 реле контроля фаз, а полярный конденсатор 21 исключает ложные срабатывания обмотки реле 20 контроля фаз, которое настроено на ток срабатывания, образованный всеми тремя фазами сети, поэтому при соблюдении условий (1) реле 20 контроля фаз находится в рабочем состоянии (его замыкающий контакт 30 замкнут). Подключенный параллельно дросселю 18 блок контроля напряжения 22, содержащий последовательный резонансный контур: резистор 23, конденсатор 24 и катушку индуктивности 25, шунтированную обмоткой 26, реле контроля напряжения 26 будет в нерабочем состоянии, так как напряжение снимаемое с дросселя 18 недостаточно для формирования тока через цепь резистор 23 - конденсатор 24 - параллельно включенные индуктивность 25 и обмотка 26. After the switch 7, the voltage is supplied to the fuses 8, the contactor 9 and the controlled rectifier 10, in which the three-phase voltage is converted to a constant voltage used in the production mechanism (not shown in the diagram) and removed from the output terminals 14. The pulse former 11 controls the operation of the rectifier 10 elements. and controls 12 of the control part 2. Between the rectifier 10 and the output terminals 14 are included measuring devices and indications 13 of the measuring part 3, the readings of which reflect the technical condition of the device oystva. The three-phase network voltage from the switch is supplied to the transformer 16 of the phase monitoring unit 15, where it is reduced to the required value and fed to the rectifier 17, to which the inductor 18, the regulation resistor 19, and the coil of the phase control relay 20 are connected. The inductor 18 is designed to smooth the ripple of the rectified voltage of the rectifier 17 and is the power source of the voltage control unit 22. The adjustment resistor 19 is used to set the response current of the winding 20 of the phase control relay, and the polar capacitor 21 eliminates false positives of the winding of the phase control relay 20, which is configured for the response current generated by all three phases of the network, therefore, subject to conditions (1) of the phase control relay 20 is in working condition (its make contact 30 is closed). A voltage control unit 22 connected in parallel with the inductor 18, containing a series resonant circuit: a resistor 23, a capacitor 24, and an inductor 25 shunted by the winding 26, the voltage control relay 26 will be inoperative, since the voltage removed from the inductor 18 is insufficient to generate current through the circuit resistor 23 - capacitor 24 - inductance 25 and winding 26 connected in parallel.

Состояние реле 20 контроля фаз и реле 26 контроля напряжения фиксируется исполнительным 27 блоком с помощью размыкающего контакта 29 реле 26 контроля напряжения и замыкающего контакта 30 реле 20 контроля фаз, которые управляют состоянием катушки 28 выключателя 7 силовой части 1 устройства. При отсутствии (обрыве) какой-либо фазы напряжение на выходе выпрямителя 17 и, соответственно, на конденсаторе 21 понижается ниже порога срабатывания реле 20, которое размыкает замыкающий контакт 30, отключая тем самым напряжение выпрямителя 17 от катушки 28. При этом выключатель 7 отключает напряжение с выхода трансформатора 6 от входа выпрямителя 10 и, соответственно, выходных зажимов 14. При превышении напряжением сети заданного уровня срабатывает реле 26, размыкая размыкающие контакты 19, при этом катушка 28 обеспечивается, и выключатель 7 отключает напряжение от выходных зажимов 14. При возникновении коротких замыканий сгорают предохранители 8, обесточивая схему устройства обычным способом. The state of the phase monitoring relay 20 and the voltage monitoring relay 26 is fixed by the actuating unit 27 using the opening contact 29 of the voltage monitoring relay 26 and the closing contact 30 of the phase monitoring relay 20, which control the state of the coil 28 of the switch 7 of the power unit 1 of the device. In the absence (break) of any phase, the voltage at the output of the rectifier 17 and, accordingly, at the capacitor 21 decreases below the threshold of the relay 20, which opens the make contact 30, thereby disconnecting the voltage of the rectifier 17 from the coil 28. In this case, the switch 7 disconnects the voltage from the output of the transformer 6 from the input of the rectifier 10 and, accordingly, the output terminals 14. When the voltage exceeds the specified level, the relay 26 trips, breaking the opening contacts 19, while the coil 28 is provided, and the switch 7 disconnect voltage from the output terminals 14. When a short circuit occurs, fuses 8 are blown, de-energizing the device circuit in the usual way.

Таким образом, предлагаемое низковольтное комплектное устройство, снабженное защитой от повышения входного напряжения, защитой от коротких замыканий и защитой от обрыва фаз, обеспечивает потребителей электроэнергией только заданного качества, чем и достигается требуемый технический результат. Thus, the proposed low-voltage package device, equipped with protection against increasing the input voltage, protection against short circuits and protection against phase failure, provides consumers with electricity of only a given quality, which achieves the required technical result.

Источники, принятые во внимание
1. Родштейн Л. А. Электрические аппараты Л.: Энергоатомиздат, 1991, с. 261, рис. 21-1.Sources taken into account
1. Rodshtein L. A. Electrical apparatuses L .: Energoatomizdat, 1991, p. 261, fig. 21-1.

2. Элементы конструирования низковольтных комплектных установок. 21. Под ред. В.В. Москаленко. М.: МЭИ, 1994, рис. 1.9. 2. Design elements of low-voltage complete installations. 21. Ed. V.V. Moskalenko. M .: MPEI, 1994, Fig. 1.9.

3. Системы управления тиристорными преобразователями. Электротехнический справочник. под. ред. В.Г. Герасимова. М.:, МЭИ, 1998, 2 том, с.459. 3. Control systems for thyristor converters. Electrical reference book. under. ed. V.G. Gerasimova. M.: MPEI, 1998, 2 volume, p. 459.

Claims

A low-voltage constant voltage power supply system comprising a power part located in the shell, consisting of series-connected terminals of the network, a circuit breaker, a power transformer, a switch, fuses, a contactor, a controlled rectifier and output terminals, in addition, a control part, of series-connected control elements and a pulse shaper , the corresponding outputs of which are connected to the control inputs of the corresponding controlled valves included in the controlled rectifier, and will measure the main part of the measuring and indication devices, the input of which is connected to the output terminals, characterized in that it contains a control unit, of a three-phase transformer connected in series, the phase windings of the primary winding of which are connected to the connection points of the corresponding phases of the switch and the power transformer, and the rectifier, parallel to the output which is connected to the circuit from a series-connected inductor and forming the phase control unit of the adjustment resistor and the winding of the phase control relay, shunted by the polar capacitor, the control unit also includes an executive unit and a voltage control unit containing a circuit of series-connected resistors and a series resonant circuit consisting of a capacitor and an inductor shunted by a voltage control relay coil, while the specified voltage control unit circuit is connected in parallel with the inductor the unit is made in the form of a serial circuit, which is connected in parallel with a series-connected adjustment resistor and a relay coil to phase control and contains a control coil of the switch, opening contacts of the voltage monitoring relay and closing contacts of the phase monitoring relay.