SU1043785A2 - Устройство дл компенсации полного тока однофазного замыкани на землю - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ полного ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАЬИКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ по св. 813587, о тл ,и чающее с   тем, что, с . целью расширени  функциональных возможностей и повьшеки  Шстродействи , оно снабжено датчиком направлени  то„ ка через инвертор и последовательно соединенным фильтром низких частот, блоком коррекции, блоком умножени  и блоком вычитани ,причем один выход датчика направлени  тока через инвентор подключен к входу фильтра нидких частот,а другой - к входу блока умно жени ,а вход датчика напрё1влени  тока через инвертор соединен с выхо- дом однофазного зависимого инвертора. со с: и о 00 00 сд 9КГ

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  компенс ции емкостной и активной составл ющих тока однофазного замлкани  на землю и полного гашени  перемешающихс  дуг в трехфазных электрически сет х с незаземленной нейтралью. По основному авт. св. 813587 известно устройство дл  компенсации полного тока,содержащее дугогас щий реактор, включенный в нейтраль сети однофазный зависимый инвертор,подключенный к дугогас щему реактору, управл емый выпр митель,соединенный с источником напр жени , выход кото рого зашунтирован встречно включенным диодом и подключен к входу упом нутого инвертора, а также блок расп знавани  режима замыкани , выход ко торого соединен с пермлм входом управл емого выпр мител . Данное устройство представл ет собой, по сути дела, нелинейное отри цательное сопротивление, отдающее в контур нулевой последовательности энергию, котора  расходуетс  на возмещение активных потерь в комдеисирующем реакторе и изол ции сети, и таким образом, совместно с компенсирующим реактором устран ет и емкостну и активную составл ющие тока однофаз ного замыкани  fl. Однако отрицательное сопротивлени инвертора про вл етс не только по отношению к колебательной составл ющей , на частоте сети, но и по отноше нию к неколебательной (посто нной J составл ющей тока через дугогас щий реактор. Вследствие этого в сети с устойчивым (глухим )однофазным замыканием уменьшаетс  сопротивление посто нному току в цепи: дугогас щий реактор - источник поврежденной фазы - место замыкани  - инвертор,что зат гивает апериодический переходный процесс при возникновении замыкани , снижает быстродействие компенсации и ухудшает услови  электробезопасности . Кроме того, прималых сопротивлени х замыкани  возможна потер  устой чивости в системе сеть - инвентор. При этом напр жение на инвенторе перестает мен ть знак, и через инвен тор - дугогас щий реактор - место замыкани  протекает ток неизменной пол рности. Поскольку работа в подоб ном режиме недопустима по услови м эксплуатации сети, при потере устойчивости управл емый выпр митель должен быть заперт. Таким образом, неизвестное устройство неработоспособно при малых сопротивлени х замыкани , что сужает его функциональные возможности. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возмржиостей и пов.ьныение быстродействи  устройства, Цель достигаетс  тем, что устройство снабжено датчиком направлени  тока через инвентор и последовательно соединенньм фильтром низких частот , блоком коррекции, блоком умножени  и блоком вычитани , причем один выход датчика направлени  тока через инвертор подключен к входу фильтра низких частот, другой - к входу блока умножени , а вход датчика направлени  тока через инвентор соединен с выходом однофазного зависимого инвертора. На фиг. 1 изображена принципиальна  схема примера выполнени  предлагаемого устройства;на фиг. 2 и 3- временные диаграммы, характе Зизующие работу устройства в сети с однофазным замыканием на землю; на фиг.4 пример выполнени  корректирующего блока. Устройство содержит дугогас щий реактор 1, включенный последовательно с ним однофазный зависимый инвентор 2, состо щий из тиристорного моста 3 - б и блока 7 управлени  тиристорами 3-6. Инвентор 2 соединен с управл емым выпр мителем 8, зашунтированным диодом 9. С инвентором св зан датчик 10 направлени  тока j(t) через инвентор 2. В простейшем случае датчик 10 состоит из резистора 11 и св занного с ним компаратора 12. Выход датчика 10 соединен с входом последовательно включенных фильтра 13 низких частот и корректирующего блока 14. К выходу корректирующего блока 14 подключен первьай вход блока 15 умножени , второй вход которого соединен с выходом датчика 10. Первый. вход блока 16 вычитани  подключен к входу управлени  устройства, а выход блока 15 соединен с вторым входом блока 16 вычитани . Устройство содержит также блок 17 распознавани  режима замыкани , на, вход которого подано напр жение Е (t смещени  нейтрали, выход же его соединен с первым входом управл емого выпр мител  8, к второму входу которого подключен,выход блока 16 вычитани . Кривые 18. - 21 на фиг. 2 изобраают зависимости от времени соответственно тока, l(t) через дугогас ий реакт ор 1, его посто нной составл ющей Q(t), напр жени  .E(t). на инвенторе 2 и посто нной состав ющей E°(t) этого напр жени . На фиг. 3 кривые 22 и 23 аналогичы кривым 18 и 19 на фиг. 2, а кривые 4 - 30 показывают соответственно игналы U|4(t) на выходе корректируюего блока 14, (t) на выходе блока .5 умножени , Ujj(t) на выходе блока 6 вычитани , а также напр жение n(t) на инверторе 2.и его посто нную составл ющую Е° (t) как функции времени. Принципиальна  схема корректирующего блока 14 (фиг. 4) содержит операционный усилитель 31, конденсато: ы 32 - 35 и резисторы 36-38. Устройство работает следующим образом . В режиме однофазного замыкани  блок 17 распознавани  режима замы сани  подает- на первый вход управл е-г мого выпр мител  8 сигнал 2(t), раз решающий по вление на выходе управл в- мого выпр мител  напр жени  Н (t) /Равного H(t) KUo{t) ,(И где Ug(t) - напр жение, подаваемое на второй вход управл емого выпр мител  8. Сигнал U(j(t) преобразуетс  инвентором 2 в напр жение Ek (t) F,k(t) H(t) sign 1(t} (2) направленное встречно току I (t), про текающему через дугогас щий реактор; 1. Вследствие этого инвентор 2 отдае энергию в контур нулевой последова-тельности сети, или, иными слова.ми/ обладает отрицательным сопротивлением . ,. Благодар  возмущению инвентором активных потерь в контуре нулевой по следовательности, происходит компенсаци  не только емкостной,но и актив ной составл ющей тока однофазного-за мыкани . Полна  компенсаци  наступает при соответствующей настройке индук тивности L дугогас щего реактора 1: и напр жени  Н, определ емого (в конечном итоге ) сигналом U(t)U oCt)Продолжим рассмотрение работы устройства в предаюложении, что Btiход блока 15 умножени  отключен QT второго входа блока 16 вычитани .Контур нулевой последовательности сети с предполагаемым устройством. .: ПРИ работе в режиме глухого замьжани  через малое сопротивление может оказатьс  неустойчивым по неколебательньом составл ющим, токов и напр жений . 14еханизм этого  влени  по сн етс  на фиг. 2. Так как напр жение Ej(t) на инвенторе 2 мен ет знак : синхронно со сменой знака током l(t) через компенсирующий реактор 1, то при по влении в токе l(t) (фиг.2, крива  18) даже небольшой посто н ной составл ющей.(д(t) (фиг. 2, кри |Ва  19) приводит к изменению скважности Sимпульсов в напр жений E|;(t) Сфиг. 2, крива  20/. На инверторе 2 :скважность S отклон етс  от значени  Вследствие этого в указанном ) жё ijHH также по вл етс  посто нна  ;составл юща  Е° (t) (фиг. 2, крива  21). Данна  составл юща , в свою очередь, вызывает дополнительный посто нный ток, замыкающийс  по цепи инвертор 2 - дугогас щий реактор 1 -, место замыкани , увеличивающий посто нную составл ющую lo(t) тока. l(t), как следствие возрастает посто нна  составл юща  ) в напр жении E(t)H т.д. В результате при соблюдении неравенства R + R, где 1|п - амплитуда переменной составл ющей в токе через дугогас щий реактор 1; R - активное сопротивление дуго . гас щего реактора 1; R(j - сопротивление места замыкани , посто нна  составл юща  lo(t) может нарастать до величины 1 .равной (R Rp) это показано на фиг. 2, что и означает потерю устойчивости по посто нному току.Переключени  инвертора 2 при этом прекращаютс  {момент t на фиг. 2) , так как ток Mt) не мен ет направлени . Данный режим характеризуетс  значительным увеличением суммарного тока через место замыкани . Если же неравенство (3) не выполн етс , тем не менее процесс затухани  посто нной составл ющей зат гиваетс , а указанное обсто тельство существенно снижает условн  электробезопасности в тех случа х, когда роль посто нной составл ющей играет свободна  составл юща  тока l(t), возникающа  в момент однофазного замыкани  на землю и имеюща  значительную величину. Рассмотрим теперь работу устройства прн наличии в токе l(t) значительной посто нной составл ющей. При этом считаем, что условно разорван- на  ранее св зь между выходом блока 15 умножени  и вторым входом блока вычи.тани  восстановлена. Временна  диаграмма работы устройства в указанном случае показана на фиг. 3.При наличии посто нной составл ющей IQ(t) в токе Kt) через дугогас щий реактор 1 скважность S импульсов в сигнале y(t) на выходе датчика 10 y(t) signl(t) отклон етс  от значени  (фиг. 2, кривые 22-24). Вследствие этого в сигнале y(t) также по вл етс  посто нна  составл ю-ща , котора  выдел етс  фильтром 13 низких частот. Указанный фильтр может быть выполнен как в виде линейного звена, так и в виде устройства дискретным по времени съемом информации . Выделенна  посто нна  составл юща  в виде сигнала U(t), |пройд  через корректирующий лок 14, предназначенный дл  улучшени  динамических характеристик устройства, поступает на вход блока 15 умножени , где умножаетс  на пр моугольный сигнал y(t) дава  в результате сигнал U(t), равный (К) U(t) sign l(t). График сигнала СГ(г) изображен на фиг, 3, крива  27. Указанный сигнал вычитаетс  из сигнала uj(t) управлен посредством блока 16 вычитани , фор миру  сигнал,Up(t), показанный на фиг ( крива  28), и поступающий на второ вход управл емого выпр мител  8. По скольку напр жение H(t) питающее ин вертор 2, равно H(t)KUo(t) K(U(t)-U(t) sign l(t.)); то напр жение Е, (t)-Н (t) si gn i(t) оказываетс  модулированным по ампли туде: амплитуда полупериодов с большей длительностью уменьшаетс , а амплитуда полупериодов с меньшей дли тельностью увеличиваетс  (фиг. 3, крива  29). Вследствие этого в напр  жение ) на инверторе 2, равном E(t)Ktu(t)-U(t) sign I (t)3 signl (t ) sign.l (t)-KU(t) Образуетс  компенсирующа  посто вна  составл юща  Е -KU(t),направленна  встречно посто нной составл ющей lh{t) тока l(t),4TO способствует скорейшему ее затуханию, Аналогичным образом подавл ютс  и малые отклонени  посто нной состав л ющей тока l,(t) от нул , благодар  чему контур нулевой последовательнос ти оказываетс  устойчивым по посто н ному току. После исчезновени  посто нной составл ющей lo(t) в токе l{t) сигна лы U(t), U(t}HU(t) станов тс  рав .ными нулю, сигнал UQ повтор ет сигнал управлени  и(t) и свойства устройства снова определ ютс  выраже-ни ми (1) и (2) , Таким образом, предлагаемое устройство создает в контуре нулевой последовательности как отрицательную обратную -св зь по посто нному току, так и положительную обратную св зь по переменному току, предназначенную дл  компенсации активной составл ющей , т.е. предлагаемое устройство  вл етс  нелинейным положительньм сопротивлением дл  посто нного тока, сохран   свойства отрицательного сопротивлени  дл  переменного тока. Следует заметить, что большие зна чени  коэффициента усилени  в контуре компенсации посто нной составл юще ухудшают его динамические характерис тики и могут привести к автоколебани м . Дл  устранени  указанного свойства в устройстве предусмотрен корректирующий блок 14.. Его структура и параметры определ ютс  свойствами, i фильтра 13 низких частот и диапазб- ном изменени  параметров сети. Так, дл  случа  типичной распределительной сети 6 кВ с емкостными токами от 30 до 100А, и в случае применени  в качестве фильтра 13 устройства дискретного съема информации на каждом полупериоде частоты сети, в качестве корректирующего блока 14 может быть применено устройство, изображенное на фиг. 4.Приведенна  схема реализует следующую передаточную функцию: W{D) Rg 1,+ (Тэ+Т) где - оператор дифференцировани ; -2R,,C, + R2Ci2 T2 (C +2Cj) ( ) ,Ci k Ъ 3 емкость конденсаторов 32 и 33, C-, Cj- соответственно емкости конденсаторов 34 и 35. соответственно сопротивлени  рез.истрров 36 и 38. Использование предлагаемого устройства позвол ет устранить свойство потери устойчивости по посто нному току при малых сопротивлени х замыкани  и этим расширить его функциональные возможности И повысить над1ежность функционирован1  . Кроме того, положительное сопротивление ПОСТОЯННОМУ току, вносимое данным устройством в контур нулевой последовательности сети, увеличивает общее сопротивление контура посто нному току, что способствует быстрому затуханию экспоненционального пере- : хода процесса, возникающего в сети после замыкани  фазы на землю, и, таким образом, улучшает услови  электробезопасности при эксплуатации электрических се.тей и установок потре бителей электроэнергии. Применение систем автоматической компенсации полного тока однофазного замыкани  на землю, построенных на основе предлагаемого устройства, позволит суиественно повысить надежность и безог асность электроснабжени  в сет х с незаземленной нейтралью . Фиг2 А

а О

fx,V

I I I

III I

r I I I

II

Фиг.З

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ПОЛНОГО ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАЬИКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ по арт. св. № 813587, о τη ,и чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повьииения быстродействия, оно снабжено датчиком направления тока через инвертор и последовательно соединенным фильтром низких частот, блоком коррекции, блоком умножения и блоком вычитания,причем один выход датчика направления тока через инвентор подключен к входу фильтра низких частот,а другой - к входу блока умножения, а вход датчика направления тока через инвертор соединен с выхо- дом однофазного зависимого инвертора.]!

   e(t) феШвм» нап/тмхие

   I.-..

   Ы QO сл >