SE461883B - Effektmatningskrets - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 461 883 ackumulatorer med stor kapacitet krävs, Välkänt är att ackumu- latorer har en ytterst låg verkningsgrad, kväver avsevärt un- derhåll och samtidigt har en relativt kort användbar livslängd.

Kostnaderna för ackumulatorn kan minskas, om likspänning också krävs för andra syften inom institutionen, t.ex. för skyddssys- tem.

Investeringskostnader för växelriktare är utomordentligt höga, t.ex. kan kostnaderna för en växelriktare med en utgång på i vissa fall 10 kW uppgå till storleksordningen 200 000 sKr.

Dessa höga kostnader är delvis motiverade av det höga priset på komponenterna i effektelektroniken och delvis av de höga ut- vecklingskostnaderna för de individuellt producerade apparater- na och följaktligen kan lägre kostnader icke förväntas inom en snar framtid.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en kontinuerligt ar- betande växelströmskälla, som innefattar en transformator och som är i stånd att säkerställa energimatning utan mellanliggan- de energilagring i systemet, så att kvaliteten hos energimat- ningen torde kunna förbättras samtidigt som kostnaderna reduce- IaS.

Uppfinningen baseras på den insikten att vad beträffar större konsumenter i allmänhet Växelspäningskällor, som är praktiskt taget oberoende av varandra men har samma fas, används för att stå till förfogande, och med hjälp av dessa kan en transforma- tor utvecklas, som är väl lämpad som en kontinuerligt arbetande säker strömkälla.

Transformatorn enligt uppfinningen innefattar primär- och se- kundärlindningar och en järnkärna.

Det väsentliga med kretsen enligt uppfinningen ligger i att en normalt sluten, styrbart frånskiljbar kontaktor är kopplad i serie med var sin av primärlindningarna, och att en styrkrets är anordnad att styra kontaktorerna, varvid styrkretsen har in- gångar kopplade till spänningsavkänningsanordningar, som avkän- 10 15 20 25 30 35 3 461 ass ner spänningarna hos primärlindningskretsarna, och till en av- känningskrets, som avkänner eventuell fasskillnad mellan primär- lindningskretsarna, och är anordnad att styra frånskiljnings- funktionerna hos kontaktorerna så att en ägnad av spännings- källorna frånkopplas från sin primärlindningskrets, om någon av de avkända storheterna skulle avvika otillåtet mycket från i förväg bestämda värden.

En av de föredragna utföringsformerna av uppfinningen utmärker sig av att transformatorns alla lindningar är anordnade på en gemensam järnkärna.

I en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är transfor- matorns primärlindningar placerade på skilda järnkärnor och minst en sekundärlindning är kopplad till var och en av primärlindnin- garna, under det att sekundärlindningarna, som är anslutna till identiskt lika konsumenter, är parallellkopplade.

Med en annan föredragen utföringsform av kretsen enligt uppfin- ningen är var sin strömställarkontakt i en strömställare kopplad i serie med transformatorns primärlindningar, vilka också är kopplade till utgången på effektförstärkare, vilka matas från var sin styrkrets; styrkretsarnas ingångar är kopplade till under- spänningsrelän anordnade i primärkretsarna samt till den avkän- ningskrets, som avkänner det asynkrona tillståndet hos de båda primärnäten, under det att avkänningskretsens ingångar är kopp- lade till utgångarna på sekundärlindningarna.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bi- fogade ritningarna, där: _ fig. 1 schematiskt visar en första utföringsform av transforma- torn ingående i uppfinningen, fig. 2 visar en andra utföringsform av transformatorn ingående i uppfinningen, fig. 3 visar transformatorn enligt uppfinningen med till denna kopplade element och fig. 4 visar en styrenhet för transformatorn enligt uppfinningen.

I den i fig. 1 visade utföringsformen är två primärlindningar 1 10 15 20 25 30 35 461 885 4 och 2 samt en sekundärlindning 4 anordnade på en gemensam järn- kärna 3 och alla lindningarna är galvaniskt skilda från var- andra.

I utföringsformen enligt fig. 2 är två primärlindningar 1 och 2 anordnade på skilda järnkärnor 3 och 3', under det att sekundär- lindningarna 4, 4', vilka har anslutits till identiskt lika kon- sumenter, är parallellkopplade.

Under antagande av att ett synkront tillstånd hos matningsspän- ningarna - såsom uppgivits i vår inledning - har säkerställts, säkerställs energimatningen för konsumenten 17, såsom visas i fig. 3, av primärlindningarna 1 och 2 i en fördelning 50%-50%.

Om man emellertid tar i beaktande möjligheten för enkel matning - och på ett permanent sätt - t.ex. om en primärspänning Upl faller ut, tycks det vara lämpligt att välja samma kapacitet för primärlindningarna 1, 2 och för sekundärlindningen 4.

Vid fall av dubbel matning, dvs för det normala arbetstillstån- det för transformatorn enligt uppfinningen, är primärlindningar- na 1, 2 icke fullt belastade. Deras uppvärmningsreserv medger en reaktiv effekt upp till en effektiv starkström av en bestämd begränsad storlek, som representerar resultatet av skillnaden i synkronism mellan de båda systemen, dvs erhålles som resultat av skillnaden i spänning och fasvinkel hos de båda primärspänning- arna.

Fig. 1 visar den med tre lindningar försedda transformatorn en- ligt uppfinningen, där genom val av ett approximativt spännings- fall på 20% mellan primärlindningarna 1 och 2 primärspänningar- na UP1 och Upz matningssystemen, varvid i detta fall en permanent spännings- skillnad uppgående till 10% icke resulterar i överbelastning begränsar kompenseringsströmmen mellan de båda av lindningarna.

Det säger sig självt att strömfördelningen mellan matningarna kan förbättras ytterligare om bakgrundsimpedanserna icke är alltför olika. Om två matningar används, dvs konsumenten 17 10 15 20 25 30 ' 35 461 883 på sekundärlindningen 4 matas med primärspänningarna UP1 och Upz. kommer sekundärspänningen att vara mindre känslig för spänningsfluktuationer på matningssidan. eftersom i majorite- ten av fall spänningarna Upl och UP2 icke fluktuerar sam- tidigt under det att detta fenomen av transformatorn avkänns som om primärspänningen vore medelvärdet av spänningarna Upl och Upz.

Fig. 3 visar det hierarktiskt uppbyggda nätet av matningssys- temet. De båda spänningarna, vilka är praktiskt taget oberoen- de av varandra men har samma fas. kommer från huvudledningarna med 6 kV i en kraftanläggning. Anslutningen från 6 kV-ledning- arna till 6 kV/0.44 kV-transformatorerna 6. 9 åstadkommes via strömbrytarna 5. 8. och från transformatorerna åstadkommes an- slutning till bussledningar 25. 26 via ytterligare strömbryta- re 7. 10. varvid spänningen på bussledningarna uppgår till 0.4 kV. Förbindningen mellan de båda 0.4 kV-näten och transforma- torn 15 enligt uppfinningen realiseras via säkringar 11 och 12. via kontakterna på var sin strömställare. varvid spänning- en Upl är ansluten till primärlindningen l och UP2 till primärlindningen 2: grundvärdena på spänningarna är identiskt lika och i verkligheten representerar transformatorns 15 se- kundärspänning Us den önskade kontinuerligt arbetande spän- ningskällan.

En skillnad mellan spänningarna UP1 och Upz - om den icke överskrider 10 2 - leder icke till överbelastning av lindningarna och kan följaktligen tillåtas vara permanent. En spänningsregulator i mellanspänningsnätet tillåter icke skill- naden att permanent överskrida 5 t.

En transient spänningsändring på 20 % vid bussledningarna 25. 26 hos strömfördelningsanordningen. vilken ändring uppträder när start sker av 0.4 kv-motorer med en högre utspänning. re- sulterar i en l.5-faldig ström på primärlindningarna med en högre spänning. men lindningarna är i stånd att bära denna under några minuter. Efter utgången på accelerationsperioden. 10 15 zo' 25 30 35 461 885 som varar några sekunder. upphör det transversella flödet av reaktiv effekt automatiskt.

Under effekten av skillnaden på 30 % mellan matningsspänníng- arna U 1 och UP2 är en av primärlindningarna utsatt för dubbel belastning. vilket kan observeras när start av 6 kV-mo- torer sker. I allmänhet bortkopplar termiskt skydd för primär- lindningarna dubbel överbelastning efter en minut. men moto- rernas acceleration uppträder även under en kortare tid. så att approximativt identisk strömfördelning kommer att åter- ställas. När start av motorer sker kommer spänningsgenombrott över detta värde knappast att uppträda.

En skillnad i primärspänningarna uppgående till 40 - 50 2 kan uppträda i kraftanläggningar. under blockst0PP. dvs. de s.k. "omslag med avbrott". Längden på avbrottet ligger inom en sekund, och följaktligen orsakar den c:a trefaldiga transient- strömmen icke någon skadlig överhettning.

Vid en så låg spänning kommer underspänningsreläet för från- koppling av primärspolen att troligen lösa ut och sålunda stoppa transversell kompenseringsström. varvid följaktligen sekundärspänningen kommer att återställas.

Utveckling av konsumentspänningarna AUPS m US m 10 95 20 90 30 85 40 80 50 75 där4Ups står för skillnadsspänningen mellan de båda mat- ningsspänningarna Upl och UP2. och Us står för spänning- en hos konsumenten.

Säker operation av de elektriska kretsarna säkerställas även 10 15 20 25 30 35 461 885 vid spänningsnivåer. som med -15 2 avviker från det nomínella värdet. och följaktligen kräver endast primärspänningsgenom- brott utöver 30 2 någon form av ingripande. Bortkoppling av den spänningskälla. som har fått driftstörning med reducerad spänning. utan fördröjning styrs medelst underspänningsreläet. som har satts till 70 2 av den nomínella spänningen Unom.

Utlösningsspänningen hos reläerna bör sättas ovanför ström- ställarens utlösningsspänning för att kunna erhålla en bestämd utlösning.

Sekundärspänning med enkel matning är omkring 2.5 % lägre än det nomínella värde. som skall uppmätas med dubbel matning.

Fig. 4 visar funktionen hos underspänningsreläerna och de till dessa hörande styrkretsarna.

Utföringsformen enligt fig. 4 har en trefasmatning. dvs. Upl och UP2 är trefasspänningar och transformatorn är en trefas- transformator. Det säger sig självt att systemet kan realise- ras även i en enfasversion. Följaktligen är med detta system. där båda primärmatningarna är anslutna till alla spänningarna UR. Us. UT ett individuellt relä 18. l8'. 19. l9'. 20. 20' kopplat i varje anslutningsledning. varvid reläernas ut- gångar är kopplade till styrkretsarna 21 resp. 21'. Syftet med styrkretsarna 21. 21' ligger icke enbart i observering av om de individuella spänníngsnivåerna icke har fallit under det givna värdet. dvs. under bortkopplingsspänningarna. utan via avkänningskretsen 24 observerar de också det synkrona till- ståndet hos spänningarna UP1 och UP2 i de båda primärnäten I och om spänningen faller under den givna nivån. varvid om det synkrona tillståndet mellan de båda primärnäten är raserat. utsignalen från styrkretsarna 21, 21' frånkopplar det motsva- rande primärnätet via effektförstärkarna 22 resp. 22'. inklu- sive det faktum att - som resultat av arbetsmoden hos kontrolleranordningen för underspänning - efter tillståndet med återställning av spänningen. det motsvarande reläet uppre- pat återställer förbindningen med det ifrågavarande primär- nätet. 10 15 20 25 30 35 461 883 Tangenten 23 är avsedd för begynnelsestart. eftersom under begynnelsestart kontaktorerna 13 och 14 i vilket fall som helst känner lägre spänningar från spänningsreduktionsreläerna 18, 18'. 19. 19'. 20. 20'.

Från fig. 3 är det uppenbart - även om denna figur enbart är schematisk eftersom UP1 och UP2 antingen kan vara enfas- eller trefas-spänningar - att kontaktorernass13. 14. kontak- ter. som är kopplade till styrkretsarnas 21 resp. 21' utgångar - såsom bäst framgår av fig. 4 - är kopplade till primär- nätet med spänningarna UP1 och Upz.

Nedan följer en detaljerad beskrivning av effekten av de kort- slutningar. som uppträder i de andra grenarna i de båda pri- märnäten.

Vid fall av elektriska kortslutningar. som inträffar långt från varandra. om fördelningsanordningens spänning icke faller_ under underspänningsreläets utlösningsvärde. bryter icke kon- taktorn i den kortslutna primärsidan. Tvärflödet mellan de båda primärnäten stoppar enbart om kortslutningen elimineras av säkringen i grenen.

Om kortslutningens impedans är så låg att spänningen på buss- ledningarna 25. 26 i fördelningsanordningen faller under underspänningsreläets utlösningsspänning - oberoende av om säkringen i grenen smälter - bryter kontaktorn i den kort- slutna primärmatningen före kortslutningens upphörande. På detta sätt stoppas transversell ström mellan primärnäten. dvs. transient spänningsgenombrott på sekundärsidan.

Om man har en kortslutningsspänning på en av bussledningarna 25, 26 kommer spänningen för konsumenten att reduceras till 50 t i stället för till noll på grund av symmetrin mellan spänningsfallen. Detta genombrott. som varar under enbart några millisekunder. kan lätt överbryggas av de med kondensa- torer försedda lagringsenheterna. om ingår i elektroniska utrustningar. 10 15 20 25 30 35 461 885 Om så skulle hända att en av banorna med energiflöde i trans- formatorn med den dubbla matningen skulle få ett avbrott på grund av någon skyddsfunktion eller frivillig bortkoppling kvarstår den nätdel. som har kopplats bort på ett dylikt sätt. under spänning från den andra matningen på grund av den magne- tiska kopplingen mellan de båda primärlindningarna 1 och 2. Nu blir den till den avbrutna banan anslutna primärlindningen en sekundärlindning. Uttagsspänningen kommer att bestämmas av den resulterande impedansen hos de konsumenter. som kvarstår i anslutet tillstånd i denna del av nätet. I Två huvudsakliga fall kan utkristallisera sig: a) Den resulterande impedansen hos konsumenterna kvarstår ansluten till den fördelningsanordning. som icke matas från huvudledningarna. är lägre än halva den nominella impedansen hos transformatorn. I detta fall utlöser underspänningsreläerna. som har justerats till 70 2 och genom frånkoppling av kontaktorn för primärlindningen vid spänningsgenombrottet stoppar de transversell mat-i ning. I praktiken är den impedans, som sluter den icke matade primärlindningen. alltid mindre än det kritiska värdet. varvid följaktligen en garanti erhålles för att transversell matning upphör snabbt. b) Om av något skäl impedansen vid slutning överskrider det kritiska värdet kan transversell matning stoppas genom bakeffektskydd.

Transversell matning kan förhindras också på så sätt. att kon- taktorernas 13. 14 aktiveringskretsar blockeras medelst hjälp- kontakterna hos kretsbrytarna 7. 10 för matningstransformato- rerna 6. 9. Naturligtvis kan denna lösning enbart realiseras med korta kablar.

Om den avlägset belägna gemensamma punkten mellan två mat- ningskällor. som är praktiskt taget oberoende av varandra. raseraq. varvid en av matningskällorna kommer att arbeta iso- lerad. skall den primârlindning kopplas bort. som är ansluten till den matningskälla. som har skilts från huvudledningarna. 10 15 20 25 30 35 10 461 883 För utrustningar i kraftanläggningar kan bortkoppling utföras genom blockering av avbrytarens hjälpkontakter eller genom' avkänning av spänningen.

Det resulterande primärlindníngsfältet. som har exciterats av spänningar med identiskt lika effektivvärde men med en något skiljaktlig frekvens. flyter med skillnadsfrekvensen. och följaktligen ändras sekundärspänningens effektivvärde långsamt mellan noll och det nominella värdet. Genom att på sekundär- sidan införa spänníngsdetektering kan detta tillstånd med funktionsstörning väl skiljas från andra störningar mellan primärlindningarna. och ordningsföljden för frånkoppling av den relevanta primärlindningen kan bildas otvetydigt.

Utgången på sekundärlindningen 4 skall väljas i beroende av konsumentens krav på effektiv kraft.

Om man betraktar möjligheten för enkel matning samt oundviklig längd mellan de båda spänningarnas Upl och UP2 vektorer för matningarna och vinkelavvikelserna. synes det vara ända- målsenligt att välja identiskt lika utgångar på primärlind- ningarna 1 och 2 och sekundärlindningen 4. till exempel 25/25/25 KVA.

Konsumtionsspänningen Us matar konsumenter med en nominell spänning på 3 x 380/220 V. Matningarna har samma nominella spänningar.

På grund av spänningsfluktuationerna i huvudledningarna samt de spänningsfall. som uppkommer över transformatorns serie- impedans. synes det vara ändamålsenligt att välja en spänning. som är 5 % högre.

Till exempel borde överföringen vara lika med 400/400/400 V.

Teoretiskt kan de båda primärlindningarna 1. 2 vara anpassade till huvudledningar med olika nominella spänningar (såsom till exempel :ao v een sso v e11er áoo v een sso v). om man iexe behöver räkna med någon högre matningsspänningsförlust torde 10 15 20 ll 461 883 primärlindningarna 1 och 2 kunna vara íordningsställda utan uttag. Dessa uttag kan enbart återanslutas i ett spännings- fritt tillstånd.

Lindningar bör anordnas på järnkärnan 3 på sådant sätt. att spänningsfall mellan spänningarna på primärlindningarna 1 och sekundärlíndningen 4. samt på prímärlindningen 2 och sekundär- lindningen 4 borde uppgå till approximativt 10 - 10 2 under det att spänningsfallet mellan spänningarna på primärlindning- en 1 och primärlindningen 2 torde vara c:a 20 i. (I praktiken är transformatorer med delade sekundärlindníngar gjorda på ett sådant sätt.) Om man väljer ett spänningsfall på 10 2 mellan huvudledning- arna med en fasspänning på 231 V utan belastning vid den nomi- nella spänningen och med en induktiv effektfaktor på cos f'= 0.8. kommer fasspänningen på utgången att med god approxima- tíon uppgå till 220 V. Den lösa kopplingen (ett spänningsfall på 20 t) mellan de båda primärlindningarna 1 och 2 tillåter att vid fall av kortslutningar på fördelningsanordningens bussledningar kompenseringsströmmar. som flyter genom spolar- na, icke kan överskrida den nominella strömmen med mer än 5 à 6 gånger.

Claims (1)

1. 0 15 \ , 3 0,! 46"! 12 Patentkrav Effektmatningskrets med skydd mot effektmatningsavbrott inne- fattande en transformator med minst två primärlindningar och minst en sekundärlindning. vilka lindningar är galvaniskt skilda från varandra och där primärlindningarna är matade från olika spänningskällor, vilka normalt är synkroniserade med varandra, och sekundärlindníngen är kopplad till en belast- ning. k ä n n e t e c k n a d av att en normalt sluten. styrbart frånskiljbar kontaktor (13, 14) är kopplad i serie med var sin av primärlindningarna, och att en styrkrets (21. 2l') är anordnad att styra kontaktorerna (13, 14). varvid styrkretsen har ingångar kopplade till spänningsavkännings- anordningar (18. 19. 20; l8', 19'. 20'), som avkänner spän- ningarna hos primärlindningskretsarna, och till en avkännings- krets (24). som avkänner eventuell fasskillnad mellan primär- lindningskretsarna, och är anordnad att styra frånskiljnings- funktionerna hos kontaktorerna ll3, 14) så att en ägnad av spänningskällorna frånkopplas från sin primârlindningskrets om någon av de avkända storheterna skulle avvika otillåtet mycket från i förväg bestämda värden.