SK9781Y1 - Zapojenie na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla - Google Patents

Abstract

Zapojenie na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla pozostáva z napájacieho zdroja (1), spínacej polovodičovej jednotky (2) a (6), bloku (3) a (5) merania, modelu (4) vysokonapäťového kábla, záťaže (7), bloku (8) ovládania spínacích polovodičových jednotiek a bloku (9) vyhodnotenia merania. Zapojenie na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla sa používa na určovanie spínacích prepätí a nadprúdov rôznej dĺžky vysokonapäťového kábla pomocou modelu vysokonapäťového kábla a pri použití malého, resp. nízkeho napätia, pričom výsledné reálne hodnoty sú týmto hodnotám proporcionálne úmerné. Takisto umožňuje meranie bez pripojených napäťových a prúdových ochrán, ako aj s nimi.

Description

Oblasť techniky

Predmetom úžitkového vzoru je zapojenie na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla. Technické riešenie spadá do oblasti silnoprúdovej elektrotechniky, predovšetkým výkonovej elektroniky, ako aj meracej techniky.

Doterajší stav techniky

V prevádzke pri prenose elektrickej energie vysokonapäťovými káblami sa často používajú aj vysokonapäťové polovodičové zariadenia, akými sú napr. výkonové polovodičové meniče, a to tak na vstupnej napájacej strane, ako aj na výstupnej strane prenosu. Prenos pozostáva z niekoľkých členov, akými sú zdroj, kábel, spínače a záťaž. Na zabezpečenie bezporuchovej prevádzky je potrebné použiť dnes už štandardné typy ochrán, ako sú napäťová, prúdová, tepelná a iné.

Simulačné experimenty, ako aj merania spínacích prepätí a nadprúdov s reálnym vysokonapäťovým káblom (v zapojení bez polovodičových zariadení) ukázali, že prepätia pri skokových odpojeniach záťaže, resp. napájacieho zdroja, dosahujú v maxime viac ako 15-násobok nominálnej hodnoty napájacieho napätia. Podobne skratové prúdy aj prevádzkové prúdy v kritických stavoch (extrémnych preťaženiach) dosahujú niekoľkonásobné hodnoty. Takže, napr. pri napájacom napätí 1 000 V dosahuje maximálna hodnota prepätia - pri rozpojení obvodu - až takmer 16 kV. V zariadeniach s polovodičovými meničmi, pripojenými na vstupnej alebo výstupnej strane vysokonapäťového kábla, by boli aj polovodičové súčiastky namáhané týmito extrémnymi hodnotami, na ktoré v súčasnosti nie sú vyrábané ani dimenzované. Znalosť týchto hodnôt prepätí, skratových prúdov a nadprúdov je potom dôležitá pri dimenzionálnom návrhu takýchto zariadení, najmä ich prepäťových, nadprúdových a skratových ochrán, ktoré sú ich nevyhnutnou súčasťou.

Podstata technického riešenia

Uvedenú nevýhodu - použitie reálneho vysokonapäťového kábla, odstraňuje predkladané technické riešenie - zapojenie na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla. Jeho princíp činnosti umožňuje získať pomerné hodnoty týchto prepätí a nadprúdov pri napájaní nízkym, resp. malým napätím zároveň s modelom vysokonapäťového DC kábla, pričom výsledné reálne hodnoty sú týmto hodnotám proporcionálne úmerné. Pri vhodnom dimenzovaní zariadenia, rešpektujúcom získané hodnoty, sa získa vyššia spoľahlivosť ochrany daného zariadenia.

Zapojenie na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla sa skladá z troch častí.

Prvú časť, silovú, tvorí napájací zdroj s konštantným napätím, resp. konštantným prúdom, ktorý má na výstupe vyhladzovací kondenzátor s dostatočnou kapacitou alebo vyhladzovaciu cievku s dostatočnou indukčnosťou. K tomuto zdroju je pripojená spínacia polovodičová jednotka, zabezpečujúca odpojenie modelu vysokonapäťového kábla alebo skratovanie vysokonapäťového kábla polovodičovými spínačmi. Podstatnú časť tvorí vlastný model prenosového DC (vysokonapäťového) kábla, ktorý môže byť realizovaný reálnym DC káblom (nízkonapäťovým, príp. s malým napätím) alebo výhodnejšie fyzikálnym modelom DC vysokonapäťového kábla, zostaveným na základe jeho matematického modelu (napr. Steinmetzov model), realizovaný analógovo fyzickými elektrotechnickými súčiastkami (cievka, rezistor, kondenzátor). Na začiatku modelu vysokonapäťového DC kábla alebo jeho úseku a na konci modelu vysokonapäťového DC kábla alebo na konci jeho úseku sa vykonáva meranie parametrov elektrických veličín. Model by mal umožňovať umiestnenie spínacej jednotky v zvolenom mieste podľa dĺžky kábla. Na konci modelu prenosového (vysokonapäťového) kábla alebo jeho úseku je pripojená ďalšia spínacia polovodičová jednotka, zabezpečujúca odpojenie modelu vysokonapäťového kábla od záťaže alebo skratovanie vysokonapäťového kábla polovodičovými spínačmi. Samotná záťaž je realizovaná v zapojení (RL, R, RCL a pod.).

Druhú časť tvorí blok ovládania spínacích polovodičových jednotiek, ktorý zabezpečuje odpojenie modelu vysokonapäťového kábla od zdroja alebo jeho skratovanie polovodičovými spínačmi a odpojenie modelu vysokonapäťového kábla od záťaže alebo jeho skratovanie polovodičovými spínačmi.

Tretia, posledná časť, zabezpečuje vyhodnotenie meraní požadovaných parametrov vysokonapäťového kábla, ktoré prebiehajú v preferovaných miestach modelu vysokonapäťového kábla.

Technické riešenie zapojenia na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla s uvedenými časťami umožňuje vykonať meranie spínacích prepätí a nadprúdov pri rôznej dĺžke modelu kábla. Pretože zapojenie je realizované v modelovej mierke, umožňuje meranie bez pripojených napäťových a prúdových ochrán, ako aj s nimi.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je uvedená bloková schéma zapojenia na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla.

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

Zapojenie na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla podľa obr. 1 sa skladá z napájacieho zdroja 1 konštantného napätia, resp. konštantného prúdu, ktorý je cez spínaciu polovodičovú jednotku 2 pripojený k bloku 3 merania, ku ktorému je pripojený model 4 vysokonapäťového kábla, na konci ktorého je pripojený blok 5 merania, ku ktorému je cez spínaciu polovodičovú jednotku 6 pripojená záťaž 7. Spínacia polovodičová jednotka 2 slúži na odpojenie modelu 4 vysokonapäťového kábla od napájacieho zdroja 1 alebo na jeho skratovanie. Spínacia polovodičová jednotka 6 slúži na odpojenie modelu 4 vysokonapäťového kábla od záťaže 7 alebo na jeho skratovanie. Blok 8 ovládania spínacích polovodičových jednotiek je pripojený k spínacím polovodičovým jednotkám 2 a 6 na účely ich ovládania.

Bloky 3 a 5 merania sú pripojené k bloku 9 vyhodnotenia merania a zabezpečujú meranie elektrických veličín v obvode.

Príklad 2

Zapojenie na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla je zapojené rovnako ako v príklade č. 1 s tým rozdielom, že blok 5 merania je pripojený na konci vybraného úseku modelu 4 vysokonapäťového kábla, na ktorom je uskutočňované meranie.

Priemyselná využiteľnosť

Zapojenie na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla je možné vhodne využiť najmä pri návrhu prenosových vedení v oblastiach, kde sa často používajú vysokonapäťové polovodičové zariadenia, akými sú napr. výkonové polovodičové meniče, alebo iné citlivé elektronické zariadenia.

Zapojenie umožňuje meranie bez pripojených napäťových a prúdových ochrán, ako aj s nimi, pri rôznej dĺžke modelu kábla. Meranie môže prebiehať na konci modelu kábla, na začiatku modelu kábla, ako aj na ľubovoľnom vybranom úseku modelu kábla. Takisto je možné pri meraní použiť rôzne modely prenosových káblov, teda nielen vysokonapäťový, ale aj nízkonapäťový alebo s malým napätím, pričom je potrebné na ich zostrojenie poznať ich matematický model.

Zoznam vzťahových značiek

- Napájací zdroj

- Spínacia polovodičová jednotka

3 - Blok merania

- Model vysokonapäťového kábla

- Blok merania

- Spínacia polovodičová jednotka

- Záťaž

- Blok ovládania spínacích polovodičových jednotiek

- Blok vyhodnotenia merania

Claims (1)

1. Zapojenie na meranie prepätí a nadprúdov s modelom vysokonapäťového kábla pozostávajúce z napájacieho zdroja (1), spínacích polovodičových jednotiek (2) a (6), blokov (3) a (5) merania, modelu (4) 5 vysokonapäťového kábla, záťaže (7), bloku (8) ovládania spínacích polovodičových jednotiek a bloku (9) vyhodnotenia merania, vyznačujúce sa tým, že pomocou silových vodičov je napájací zdroj (1) pripojený cez spínaciu polovodičovú jednotku (2) k bloku (3) merania, ku ktorému je pripojený model (4) vysokonapäťového kábla, ďalej že k modelu (4) vysokonapäťového kábla je pomocou silových vodičov pripojený blok (5) merania, ku ktorému je cez spínaciu polovodičovú jednotku (6) pripojená záťaž (7), pričom 10 blok (8) ovládania spínacích polovodičových jednotiek je pomocou signálových vodičov pripojený k spínacím polovodičový jednotkám (2) a (6) a bloky (3) a (5) merania sú pomocou signálových vodičov pripojené k bloku (9) vyhodnotenia merania.