SU862312A1 - Симметро-компенсирующее устройство дл трехфазных четырехпроводных электрических сетей - Google Patents

Description

(54) СИММЕТРО-КОМПЕНСИРУЮШЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕХФАЗНЫХ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 1,- . Изобретение относитс  к электроэнерггегике и предназначено дл  симметрировани  режима работь ниаковотьгной сети с нулевым проводом компенсации в ней реактивной мощности.. Несимметри  нагрузки по фазам низковольтной ра:спрейелигельной сети с нулевым проводом и пониженный коэффициент мощности вызывают увеличение потерь мощности и ухудшение качества напр жени  у потребителей. Известно устройство дл  рэрулировани  реактивной мощности с помощью крнденсаторных батарей с тиристорным управленвем l. Однако это устройство не симметрирует напр жение и не может быть использовано в четырехпроврднык сет х. Ив известных устройств наиболее близким по технической сущности к предлаГаемому  вл етс  устройство, пре нааначенвое дл  планового регулировани  реактивной мощности в электрической сети с заземленной нейтралью прк соединенин о л нофазных КБ в звезду и включений т1фВС. ториых выключателей в каждый фаш1ый провод, соедин   секцию КБ с шинами низкого напр жени  (НИ) распределительного трансформатора (РТ) J. . Однако это устройство не позвол ет обеспечить симметричный и ураьчовешен- ный режим работы чегьфехпроводной сети при несимметрии нагрузок.. Цель изобретени  - уменьшение тока в нулевом проводе сети и снижение потерь мощности и напр жени  в сет х с несимметричными нагрузками. Дл  этого симметро-«омпенсирующее устройство, содержащее подключенные к фазнь проводам последовательно соединенные тирйсторный выключатель и батарею конденсаторов включенных в звезду, . обща  точка которой подключена к нулевому проводу сети с несимметричными нагрузками , снабжено трансформатором тока, преобразователем тока, преобразователем фазных напр жений, дискретным фазовьал BHCKpHMKiiaтором, блоком выдержки времанв ,.б 6ком разрешени  переключени  конденсаторов , блоком синхронизации и блоком запуска гирисгоров, причем первична  обмотка трансформатора тока включена в нулевой провод сети, вторична  - на вход преобразовател  тока, выходы которого подключены соответственно к первым вхо дам блока выдержки времени и дискрет- ного фазового дискриминатора, Wopibie Эходы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами преобразовател  фазных напр жений, входы последнего служат дл  подключени  к фазат. сети, а его третий выход соединен с входом блока синхронизации, выходы которого соединены соответственно с первыми входами , блока запуска тиристоров и блока разрешени  переключени  конденсаторов, второй вход последнего подключен к выходу .блока выдержки времени а третий к nepBoJviy выходу дискретного фазового дискриминатора, второй выход которого .соединен с третьим входом блока выдержки времени, причем выход блока разрешени  переключени  конденсаторов соединены с вторым входом блока запуска тиристоров, выходы которого подключены к соответ ствующим электродам тиристоров (семисторов ) выключателей.

Входна  цепь преобразовател  фазных напр жений выполнека в виде соединенных в звезду первичных обмоток трех однофазных измерительных трансформаторов, напр жени , подключенных к фазам сети, а блоки преобразовани  тока и 4®зных на«ч пр жений выполнены на прецазионных ин .тегральных нуль-органах.

Дискретный фазовый дискриминатор выполнен на трех Д-триггерах, информационные входы которых соединены с трэккана .льным выходом преобразовател  d)a3HHx напр жений, а синхронизирующие - с вы- ходом преобразовател  тока через одновибратор .

Блок-разрешени  переключени  конденсатор .ов снабжен трем  выходными Дтриг .герами, информацинные входы которых через дополнительно введеннью комбинаци онные логические элементы соединены с выходами триггеров дискретного фазового дискриминатора, а синхронизирующие входы выходных D -триггеров соединены с блоками выдержки времени и синхронизации через дополнительно введенные блоки совпадени , причем выходы формирователе . широких импульсов управлени  блока син хронизации и выходы выходных И -триггеров блока разрешени  переключени  коаденсаторов подключены к входам блоков

совпадени , выходы которых через управл ющие ключи соединены с входами соответствующих генераторов высокочастотного заполнени  блока запуска тиристоров.

Мощность конденсаторной батареи каждой фазы равна Y3/18 мощности нагрузки . Конденсаторные батареи выполнены секционированными.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема симметрЬ-компенсирующего устройства в низковольтных распределительных сет х; на фиг. 2 - совмещенна  диаграмма задающих токов устройства и кривые иг-менени  тока TQ в зависимости от QJ; на фйг. 3 - график изменени  функции ID Мо f фиг. 4 блок-схема праобра- : зователей тока и фазных напр жений} на фиг. 5 - дискретный фазный дискримина- . . тор; на фиг. 6 - блок-схема схем синхронизации , разрешени  переклкзчени  конденсаторов и запуска тиристоров; на фиг. 7 временные диаграммы работы узлов устройства . . .

Симметро-компенсирующее устройство (фиг. 1) подключено к проводам 0-3 распределительного .4 трансформатора в трехфазной четырехпроводиой сети с несимметричными 5-7 нагрузками и содержит: по- следовательно соединенные тйристорные 8-10 выключатели и батарею однофазных . 11-13 конденсаторов, соединенных в звез ., ду, трансформатор 14 тока, преобразова.тель 15. тока, преобразователь 16 фазных напр женийд дискретный фазовый 17 дис- (Криминатор; блок выдержки 18 времени, блок 19 размещени  подключени  конден- . саторов, блок 20 синхронизации и блок 21 запуска тиристоров.

Указанное устройство обеспечивает уменьшение тока XQ путем получени  раз-( личных комбинаций включени  конденсаторных батарей 1J.-13 в зависимости от ар- rjTvieHTa Ч согласно следующей таблице:

Из диаграммы работы КБ очевиден алгоритм переключени : при изменении fo от 0 до КБ 11 подключаетс  к фазе 1} при изменении % от 120°до ЗООКБ 12 подютючаетс  к фазе 2; при изме- нении % от 240 до КБ 13 подключаетс  к фазе 3, т.е. при изменении Чо в полном диапазоне (О-ЗбО) возможны шесть основных комбинаций I-VI.

Совмещенна  диаграмма (фиг, 2) задающего (компенсирующего) тока JQ и 5- скомпенсированного тока IQ хорошо иллюст-. рирует симметрирующие возможности устройства (отсчет fo ведетс  от оси действительных чисел в отрицательном HanpaEt-s ленни), из рассмотрени  которой вицно, что кривые тока I Q в зависимости от 0-360 noBTopjnoT дуги окружности, образованной компенсирующими Токами t« л ... и т.ц,, т.е. точками а ,Ь,...т,И, . Например, дл  . о 0°-60 .измен етс  на .комплексной плоскости по цуге , С и т.д. Своеобразную развертку изменени  jXoj представл ет график фиг. 3 из которого видно значительное крличест венное уменьшение тока 1о дл  различных рабочих комбинаций hVlТок IOH в нулевэм проводе, модуль и аргумент которого измен ютс  в зависй мости от графика нагрузок и их несиммет рии, cнимafeтc  трансформатором тока 14, вторична  обмотка нагружена на со противление 22, напр жение на котором приложено к входу нуль-органа 23(фнг.4 К фазам сети подключены первичные об мотки однофазных 24-26. измерительных трансформаторов напр жени , а их бторич . ные обмотки нагружены на выпр мительные 27-29 мосты и нуль-органы 30-32. Выпр мленное напр жение, величина кото .рого пропорциональна уровню напр жени  , .поступает на одни входы компараторов 5 3-34, к другим входам которых прикладываютс  опорные напр жени  посто нного тока, пропорциональные верх- ней и нижней границам рабочего диапазона напр жени  сети (1рпГ Цсно«ч- Аоп, CHOwT- Доп У тОр1ань1 икомпара торы выполнены на базе 1высокочувствительных интегральных операционных усилителей , позвол ющих с большой точностью преобразовать напр жени  и ток сети в пр моугольные импульсы и осуществить сравнени  уровн  напр жени  сети с опорными напр жени ми. Импульсы JгU,-nU2,-HLU с частотой сети с выходов нуль-органов фазных напр жений поступают непосредственно на информационные входы 1) - триггеров 3537 , а импульсы Л1%преобразовател  тока на их синхронизирующие вхвды через одновибратор 38, необходимый дл  формировани  . коротких CHH tpOHMnynbCOB(trj,j )из переднего фронтаЛ Ро(фиг5 Тем самым с большой точностью (меньше 0,5 зл.град) в зависимости от нзменен   аргумента fО триггеры 35-37 наход тс  в определенных состо ни х (единица или нуль), реализу  алгоритм определени  рабочих комб1гааций за каждый период напр жени  сети. Интегрирующа  цепь 39-40, вход ща  во все; комбинационные 41,-43 логические эле- J менты необходима дл  задержки управл ющих сигналов на переключение тиристорных выключателей 8-10 при изменении 0 {п.ереходе от одной рабочей кемибинации к другой), чтобы раньше сработала схема 44 ИЛИ, выходной импульс Л,QI которой за врем  Ь эздержки 2-t разр да ОД сек К За А iPC -интегрирующей цепи 39, 4О;-Цазр разр Вь«ОР Р жаег емкость Свц,)д схемы 18 выдержка времени и тем самым об.еспечивает начало выдержки времени ( мин) и устранение переключени  КБ при случайных и непродолжительных изменени х режима работы сети. Схема 44 необходима также дл  блокировки блока 18, когда ве- личина гокаТ . не превышает , . , . О wpCKAj, т .е. когда нецелесообразно перекйючать КБ. Системы 45-И17 управлени  тирис- . торами, выполненные идентично, дл  трех выключателей , необходимы дл  синхронизации импульсов запуска тиристоров с сетью, их высокочастотного заполнени  и гальваничеекой разв дки блока управлени  с силовой целью тиристоров (фиг. 6). На информационный вход каждого из выходных В-григреров (например, 48) поступает управл ющий сигнал с выхода соответствующей комбинационной логической ; схемы, а на синхронизирующий- с выхо«да схемы 49 совпадени , необходимый дл  разрешени  синхронизации выходных триггеров лишь по истечении времени выдержки tgbiA и в момент перехода соответствующего фазного напр жени  через амплитудное значение. Дл  .определени  это;ГО момента времени дл  положительной и отрицательной полуволн фазного напр жени  служит двухканальный формирователь 50 широких импульсов; который обеспечивает получение двух последовательностей положительных импульсов длительностью 120 эл.граД. дл  положительной и отрицательных полуволн напр же- НИИ сети, передние фронты которых сдвинуты на :дСР относительно моментов про- хождеки  синусоизд напр жеа й.чс-рез нуевое значение. Формирователь 51 узких импульсов необходим (кик и ранее) дл  получени  синхроимпульсов выходных триггеров (и 2Qt(ceK), сдвинутых относительно друг друга на 180Ч Схемы 5253 совпадени  пропускают широкие импульсы через управл ющие 54-55 ключи а генераторы 56-57 Ройера лишь при диничном состо нии выходного 48 триггера . В этом, случае на управл ющие элекроды , тиристоров относительно их ка- годов подаютс  пачки широких импульсов с высокочастотным заполнением и конденсаторна  .11 батаре  подключаетс  к фазе 1 сети практически без переходного процесса . Остальные системы 46-47 функционируют аналогичным образом. Установочные RS-входы выходных три геров соединены соответственно между собой и необходимы дл  отключени ( oni ) или включе и (исети иопг) . КБ, т.е. получени  дополнительных двух рабочих комбинаций Vll-VUI (при установке устройства, например, на шинах Н Н Р Т ОпГ ОП2--2 « Работа основных узлов устройства по сн етс  временными пиаграммам и {фиг.7 с соответствующими обозначени ми дл  двух случаев:.а) «рд- 0-60° б) fo 12015О , дл  других аргументов эпюры напр жений имеют в целом аналогичный характер с определенными изменени ми. За начало отсчета времени Ь о прин т переход фазового напр жени  через нулевое значе ние. Допустим, что в этот момент триггеры 35-37 дискретного фазо вого Дискриминатора и выходные триггеры систем 45-г47 управлени  тиристоров наход тс  в нулевом состо нии, а Цо О60° . Момент времени t-i .определ етс  .временам прохождени  1 Q через нулевое значение, тогда одновибратор 38 из Л.Цо вырабатывает короткие импульсы, имеющие сдвиг относительно Ь о (Пропорциональный аргументу во временной области . Важно отметить, что D -триггера переключаютс  в единичное состо ние по пр мому выходу лишь при одновременном наличии на информационном и синхронизирующем входах логической единицы. Поэтому в момент -t переключаютс  в ециничвое состо ние только триггера 35.и 37, а триггер 36 по-прежнему находитс  в нулевом, так как на .его информационном входе нет единицы в этот момент времени (см. фиг. 7), т.е. специфическа  особенность работы Р-триггеров дает возможность сравнительно просто реализоват алгоритм переключени  КБ. Одновременно схемой 44 формируетс  импульс JГLЬgb(д разр да емкости .выдержки схемы 18, котора  тем самым подготовлена к работе. .Следует отметить, что в блоке управлени  имеетс  также схема первоначального включени , котора  автоматически произ водит р д предварительных установок и обвспечиваег блокировку работы сзсемы вьь держкв времени при включении устройсгва, T.e. в этом случае КБ подашючаютс  к сети без 101,1 А что повышает коэффициент использовани  устройства. В момент времени bi конденсаторы интегрирующих цепей комбинационных логических .41 и 43 схем зар жаютс  до величины U 1,15 срабатывани  логических микросхем - импульс ,Л. кончаетс , и одновременно с этим на информационные входы выходных триггеров подаютс  управл ющие сигналы Упр. 8+Упр. 10, но эти триггеры не переключаетс  в требуемое состо ние до тех пор, пока не пройдет врем  ( омент .времени Ь/ в относительном масштабе времени), когда сработает компаратор схемы 18 и не произойдет совпадение в схеме 49 (и аналогичных ) единицы j 18 с выхода 18 и импульсов синхронизации с сетью с выхода 51 (и аналогичных) в момент времени ty. Тогда на синхронизирующие входы выходных триггеров подаютс  узкие .синхроимпульсы , и те выходные триггеры, на информационные входы которых подаютс  единичные управл ющие сигналы, переключаютс  в единичное состо ниесинхронно с переходом соответствующих фазных напр жений через амплитудное значение. Таким образом, широкие импульсы запуска проход т через схемы совпадени  52-53 (аналогично и дл  47) на управл5пощие ключи 54-55 и генераторы Ройера 5657 , тиристорный 8 ключ подключает конденсаторную 11 батарею к фазе 1 сети. В момент времени Ьь аналогичным образом подключаетс  КБ 13 к фазе 3 сети. В момент времени -t- происходит естественна  коммутаци  одного из управл емых вентилей тиристорного 8 выключател  и сразу же открываетс  другой его управл емый вентиль. Из рассмотрени  временны, диаграмм следует, что случайные и непродолжительн флуктуации тока IQH не оказывают вли ни  на режимы работы устройства., а жестка  сйнхрони;заци  с сетью пачек, импульсов управлени  с высокочастотным заполнением обеспечивает включение конденсаторных батарей без переходного процесса , и тем самым хорошие услови  эксплуатации силовых элементов симметро- компенсирующего устройства. Выбор мощности конденсаторных батарей в каждой фазе, сети осуществл етс  исход  из услови  компенсации математического ожидани  тока в нулевом проводе: г1 1-1 режиме максимальных нагрузок сети. В общем случае как система токов, гак и система напр жений на нагрузке несимметрична и.содержит составл ющие пр мой, с ратной и нулевой посйецовательносгей, но в силу s го, что сопротивление нулевой последовательности в четыре (при одинаковых сеченй к фазного и нулевого проводов) и болё,е (при меньшем сечении нулевого проjBOfia ) раз больше сопротивлени  обратной Ю последовательности, напр жение нулевой последовательности UQ (смещение нейтрали ) значительно больше напр жени  обратной последовательности. Предложенное устройство с пофазно-коммутируемымк тирис-5 торными включател ми батарей конденсатЬ .ров обеспечивает полную-или частичную компенсацию токов нулевой последовательности , создаваемых несимметрией нагру .эок и тем самым уменьшает несимметрию 20 фазных напр жений.

Ь { зультате проведенных расчетов р да режимов электрических сетей с нуле- вым проводом при наличии и отсутствии 25 симметро-компенсирующего устройства установлено, что условие полной Ксмпенсации тока в нулевом проводе при подключении , например, устройства на шины О- 30-60-80- 120- 150% (град) -ЗО -6О -90 -12О -ISO -180

Н Н Р Т выражаетс  следующей зависимостью:

. SM - суммарна  нагрузка РТ или фиде: ра). Перерасчет мощностей косинусных конденсаторов производитс  по утверждённой методике.

Использование предложенного устройства в низковольтных сет х с нулевым проводом обеспечивает следующие результаты

-уменьшение тока в нулевом проводе

в (2-5) pasf, азначит и напр жени  нулевой последовательности в тех же поецелах;

-коэффициент неуравновешенности по напр жению уменьшаетс  до величины

eS

-коэффициент мощности увеличиваетс  от 0.9 до 0,98;

-отклонени  напр жени  на шинах РТ не превышают допустимых значоний;

-при прин том в расчетах cos(ц 0,9 потери мощности В РТ снижаютс  по срав некию с режимом без устройства т 0,50 ,6% от передаваемой активной мощности. Дл  меньших значений сов%11отери мощности в сети при установке ;устройства снижаютс  еще в большей степонк. 180- 21О- 240- 27О- 300- ЗЗО-21О -240 -27О -ЗОО -330 -360

1. Симметро-«омпенсиру1ощее устройство дл  трехфазных четырехпроводных электрических сетей, содержащее подключенные к фазным проводам последователь но соединенные тиристорный выключатель и батарею конденсаторов, включенных в звезду обща  точка которой подключена к нулевому проводу сети, отличающеес  тем, что, с целью уменьше ни  тока в нулевом проводе и снижени  потерь мощности и напр жени  в сети с несимметричными нагрузками, оно снабже но трансформатором тока, преобразователем тока, преобразователем фазных напр  жений, дискретным фазовым дискримина- тором, блоком выдержки времени, блоком разрешени  переключени  конденсаторов. тиристоров, причем первична  обмотка трансформатора тока включена в нулевой провой сети, а вторична  - на вход преобразовател  тока, выходы которого подключены соответственно к первь1М вк.ои&ы блока выдержки времени и дискретного фазовогс дискриминатора, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами преобразовател  фаз .ных напр жений, входы последнего служат дл  подключени  к фазам сети, а его третий выход соедине:: с входом блока сии- хронизйцин, выходы которого соединены соответственно с первыми входами блока запуска тиристоров и блока разрешени  переключени  конденсаторов, второй вход последнего подключен к выходу блока выдержки времени, а третий - к первому вы- ходу дискретного фазового дискриминатора , второй выход которого соединен с тр тьим входом блока выдержки времени, причем выход блока разрешени  переключени  конденсаторов соединен с вторым входом блока запуска тиристоров, выходы которого подключены к соответствующим электродам тиристоров (семисторов) выключателей . 2.Устройство по п.- 1, о т л и ч а ю щ е е с   тем, что. с целью повышени  точности симметрировани , входна  цепь преобразовател  фазных, напр жений выполнена в виде соединенных с звезду первичных обмоток трех однофазных изме рительных трансформаторов напр жени , подключенных к фазам сети, а блоки преобразовани  тока и фазных напр жений вы полнены на прецезионных интегральных нуль-органах. 3.Устройство по пп. 1 и 2, отли чающеес  тем, что, с целью упрощени , дискретный фазовый дискриминатор выполнен на трех U-триггерах, информационные входы которы.х соединены с трехканальным выходом преобразрвате л  фазных напр жений, а синхронизирующие - с выходом преобразовател  тока через одновибратор, . . 4. Устройство по пп. , о т л и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью по вьппени  помехоустойчивости, эффективности и надежнорти работы устройства, блок разрешени  переключени  конденсаторов содержит три выходных D-триг6 2 гера, информационные входы которых через комбинационные логические элементы соединены с выходами триггеров дискретного фазового дискриминатора, а синхронизирующие входы выходных и -триггеров служат дл  подключени  блоков выдержки времени и синхронизации через блоки совпадени , при этом выходы формирователей широких импульсов управлени  блока синхронизации и выходы выходных та -триггеров блока разрешени  переключени  конденсаторов подключены к входа блоков совпадени , выходы которых через управл ющие ключи соединены с входами соответствующих генераторов высокочастотного заполнени  блока запуска тиристоров. 5,Устройство по п. 1, о т л. и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью повьпиеНИИ эффективности уменьшени  тока, мощность конденсаторной батареи каждой фазы равна -/3/18 мощности нагрузки. 6.Устройство по п. 1,отличают е ее   тем, что, с целью расширени  диапазонов симметрировани  режима сети и компенсации реактивной мощности Конденсаторные батареи выполнены секционированными . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Веников В. А. и др. Статические источники реактивной мощности в электрических сет х, М., Энерги , 1975, с. 97-130. 2.Электричество, 1966, №3, с. 6-11, рис. 1.

и

%

1,

j Z

О

g --

Vr

..LI

Л9/

ffnrKAff- f

/f/rx

.

Jllfi

ф1/г.§

лгбьи

y/7fff

«

Claims (6)

1. Симметро-компенсируюшее устройство для трехфазных четырехпроводных электрических сетей, содержащее подключенные к фазным проводам последовательно соединенные тиристорный выключатель ' и батарею конденсаторов, включенных в звезду общая точка которой подключена к нулевому проводу сети, отличающееся тем, что, с целью уменьшения тока в нулевом проводе и снижения потерь мощности и напряжения в сети с несимметричными нагрузками, оно снабжё— хронизации, выходы которого соединены но трансформатором тока, преобразователем тока, преобразователем фазных напряжений, дискретным фазовым дискриминатором, блоком выдержки времени, блоком разрешения переключения конденсаторов, соответственно с первыми входами блока запуска тиристоров и блока разрешения переключения конденсаторов, второй вход последнего подключен к выходу блока выдержки времени, а третий - к первому вы11

S62312 ходу дискретного фазового дискриминатора, второй выход которого соединен с тре· тьим входом блока выдержки времени, причем выход блока разрешения переключения конденсаторов соединен е вторым входом блока запуска тиристоров, выходы которого подключены к соответствующим электродам тиристоров (семисторов) выключателей.

2. Устройство по π.· 1, о т л й чающееся тем, что, с целью повышения точности симметрирования, входная цепь преобразователя фазных, напряжений выполнена в виде соединенных с звезду первичных обмоток трех однофазных изме- 15 ригельных трансформаторов напряжения, подключенных к фазам сети, а блоки преобразования тока и фазных напряжений выполнены на прецезионных интегральных нуль-органах.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью упрощения, дискретный фазовый дискриминатор выполнен на трех D-триггерах, информационные входы которых соединены с трехканальным выходом преобразователя фазных напряжений, а синхронизирующие — с выходом преобразователя тока через одновибратор.

4. Устройство по пп. ί-З, о тли-, ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, эффективности и надежности работы устройства, блок разрешения переключения конденсаторов содержит три выходных ·£>-триг12 гера, информационные входы которых че• рез комбинационные логические элементы соединены с выходами триггеров дискретного фазового дискриминатора, а синхронизирующие входы выходных D -триггеров служат для подключения блоков выдержки времени и синхронизации через блоки совпадения, при этом выходы формирователей широких' импульсов управления блока синхронизации и выходы выходных D -триггеров блока разрешения переключения конденсаторов подключены к входам блоков совпадения, выходы которых через управляющие ключи соединены с входами соответствующих генераторов высокочастотного заполнения блока запуска тиристоров.

5. Устройство по π. 1, о т л. и чающееся тем, что, с целью повышения эффективности уменьшения тока, мощность конденсаторной батареи каждой фазы равна ~/3/18 мощности нагрузки.

6. Устройство по π. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расшире-

25 ния диапазонов симметрирования режима . сети и компенсации реактивной мощности конденсаторные батареи выполнены секционированными.