Устройство для автоматического переключения однофазных нагрузок в низковольтных распределительных сетях

 

СОЮЗ СОВЕТО41Х

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ую Н 02 J 3/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTQPCHOlVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3344045/24-07 (22} 08. 1 О. 81 (46) 30.06.83. Бюл. N 24 (72) А.К.Шидловский, В.A. Новский и Г,А. Москаленко (71) Институт электродинамики АН Украинской ССР (53) 621.311.4.016.313(088,8) (56) 1..Авторское свидетельство СССР

N 481100, кл. Н 02 J 3/26, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР 516133, кл. H 02 J 3/26, 1973, 3. Авторское свидетельство СССР

Й 604080, кл. Н 02 J 3/26. 1975; (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ОДНОФАЗНЫХ НА"

ГРУЗОК В НИЗКОВОЛЬТНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ с трехфазными и однофазными потребителями, содержащее блок выявления несимметрии и сравнения, блок управления, связанный с блоком коммутации группы однофазных потребителей, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения эффективности симметрирования режима

:и КПД, блок выявления несимметрии и сравнения состоит из трансформатора тока, преобразователя тока, трехпозиционного релейного элемента, реверсивного счетчика со схемой управления, преобразователя коднапряжение, схемы разрешения переключения, схемы циклического переключения, трех регистров памяти и cxe= мы выделения минимума, причем первичная обмотка трансформатора тока вклю-. чена в нулевой провод сети, а вторичная - на вход преобразователя тока, выход которого подключен к первому из входов трехпозиционного..релейного элемента, второй вход которого

„„SU„„1026234 А соединен с выходом преобразователя код-напряжение, а первый и второй выходы - с первыми и вторыми входами со" ответственно реверсивного счетчика со схемой. управления и схемы разрешения переключения, один из выходов последней подключен к третьему входу трехпозиционного релейного элемента, а другой - к входу схемы циклического переключения, первый выход которой служит для подключения к одному из входов всех регистров памяти выход каждого из последних соединен с соответствующим входом схемы выделения минимума, а другой вход упомянутых регистров подключен к входу преобразователя код-напряжение и выходу реверсивного счетчика со схемой управления, третий и четвертый входы которого соединены с соответствующими выходами трехпозиционного релейного элемента, а пятый - с вторым выходом схемы циклического переключения, третий выход которой подключен к четвертому входу схемы выделения минимума, а четвертый " к одному из входов блока управления.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и энергетических показателей, блок коммутации дополнительно снабжен дросселем с выведенной средней точкой обмотки и тремя конденсаторами, причем тиристоры блока коммутации объединены по катодам и анодам в две вентильные группы (катодную и анодную) по три тиристора в каждой, каждая фаза сети соединена с анодом и катодом тиристоров катодной и анодной групп соответственно и выводом одного из конденсаторов, 1026234 общая точка соединения которых служит для подключения к зажиму однофазной нагрузки (группы однофаэных потребителей) и средней точке обмотки дросселя, крайние выводы которой соединены с точками обьединения катодов и анодов тиристоров упомянутых вентильных Групп

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в бпок управления дополнительно введен узел коррекции по напряжению, состоящий из трех датчиков напряжения сети, преобразователей напряжения сети и дифференциальных усилителей, дешифратора напряжений сети и схемы синхронизации с сетью, а система управления дополнительно снабжена тремя схемами ИЛИ, И, триггерами ПЕРЕКЛОЧЕНИЕ и схемами импульсно-фазового управления, дешифратором ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ и схемой задержки, причем выход каждого датчика напряжения сети соединен с одним из входов схемы синхронизации, с сетью и входом одного из преобразова телей напряжения сети, выход каждого из которых подключен к первому входу одного из дифференциальных ус .пителей, вторые входы которых соединены с одним из выходов источника питания устройства, и одному из трех входов дешифратора напряжений сети, выходы последнего подключены к установочным входам каждого иэ триггеров ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ, одни из входов которых соединены с входом схемы задержки и выходом дешифратора ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ другие - с одним из трех входов последнего и выходом одной из схем ИЛИ, входы которых служат для подключения к выходам схемы выделения минимума и схемы циклического переключения соответственно, а выход каждого из упомянутых триггеров tlEРЕКЛЮЧЕНИЕ соединен с одним входом каждой из схем И, другой вход которых соединен с выходом схемы задержки, а выход - с первым иэ входов одной из схем импульсно-фазового управления, выходы которых служат для подключения к тиристорам блока ком1 мутации, а второй и третий вход к выходу одного из дифференциальных усилителей и соответственно к одному из выходов схемы синхронизации с сетью.

4. Устройство по и,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что трехпозиционный релейный элемент состоит из дифференциального усилителя, четырех компараторов уровня, регулятора порогов, дешифратора СЧЕТ и триггера

РЕВЕРС, причем информационный вход обратной связи дифференциального усилителя связан с выходами преобразователя тока и преобразователя код-напряжение соответственно, а выход - с одним иэ входов каждого компаратора уровня, другие входы которых попарно подключены к двум выходам регулятора порогов, вход которого служит для подключения к выходу схемы разрешения переключения, выход каждого из упомянутых компараторов соединен с каждым из входов дешифратора СЧЕТ, причем первый и второй выходы последнего соединены с шинами СЧЕТ и соответственно СТОП реверсивного счетчика со схемой управления и схемы разрешения переключения шины СЛОЖЕНИЕ и соответственно ВЬ ЧИТАНИЕ трехпозиционного релейного элемента подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера PESEPC, установочные входы последнего соединены с третьим и четвертым выходами упомянутого дешифратора СЧЕТ.

5. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что.схема циклического переключения состоит из триггера

ЦИКЛ, схемы И, генератора счетных импульсов, счетчика ЦИКЛ, дешифратора

ЦИКЛ, триггера ЗАПИСЬ и трех схем совпадения, причем один из входов триггера ЦИКЛ соединен с выходом схемы раз решения переключения, а прямой выходс одним из входов схемы И, установочным входом всех триггеров счетчика

ЦИКЛ и триггера ЗАПИСЬ, входами реверсивного счетчика со схемой управления и схемы выделения минимума, причем другой вход схемы И подключен к первому выходу генератора счетных импульсов, второй выход которого соединен реверсивным счец4иком со схемой управления, а выход схемы И - к счетным входам счетчика ЦИКЛ, выходы последнего служат для подключения к входам дешифратора ЦИКЛ, первые три выхода которого соединены соответственно с блоком управления, а именно с входами элементов ИЛИ и первым входом каждой из схем совпадения, выходы которых связаны с ключами записи всех регистров памяти, ключи считы" вания которых подключены к инверс1026234 шего разряда, схемы сравнения кодов и дешифратора МИНИМУМ, причем выходы каждого из трех регистров памяти подключены к входам искателей младшей и соответственно старшей единицы и схемы сравнения кодов, остальные входы последней соединены с выходами компараторов младшего и старшего разрядов соответственно, входы которых подключены к выходам одноименных искателей единиц, а выходы

1 упомянутой схемы сравнения кодов соединены с входами дешифратора МИ-

НИМУМ, причем один из входов последнего служит для подключения к выходу схемы циклического переключения, а каждый из трех выходов - для подключения к блоку управления. триггера, схемы синхронизации, порогового элемента и селектора по длительности и уровню; блок управления, состоящий из трехканальной схемы выдержки времени, схемы ИЛИ, схемы от10

15 ключения и защиты и схемы управления тиристорными ключами (симисторами), входящими в блок коммутации 3 ).

Недостатком устройства является достаточно большая погрешность определения наименее загруженной фазы сети, связанная, во-первых, с зависимостью аргумента . Ч р напряжения"

0 нулевой последовательности от разности b. аргументов ф; проводимостей фаз сети и нулевого провода для городских и тем более сельских сетей, что очевидно из выражения для определения go

20 (-У )9 +У +У +Ур СОВАЯ) 5+(Ъ 9 -У -У )У

О 9 (2У1- -У )(У -У +У -УоСР ДМ)-(Ч >q»o51 3 во- вторых; част ь информации об ис- ти несинусоидальной формы в строго тинном расположении вектора на

30 синусоидальный сигнал основной гаркомплексной плоскости неизбежно те- моники частоты. сети вследствие внеряется при преобразовании кривой сения дополнительных флуктуирующих напряжения нулевой последовательнос- амплитудно-фазовых погрешностей саному выходу триггера ЦИКЛ, вторые входы схем совпадения подключены к прямому выходу триггера ЗАПИСЬ, инверсный выход последнего соединен с реверсивным счетчиком со схемой уп-, равления, а второй и третий входы триггера ЗАПИСЬ подключены соответственно к четвертому и пятому выхо," дам дешифратора ЦИКЛ, шестой выход которого служит для подключения к другому входу упомянутого триггера

ЦИКЛ.

6. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е с я тем, что схема выделения минимума состоит из трех искателей младшей единицы, трех искателей старшей единицы, компаратора младшего разряда, компаратора стар1

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для автоматического симметрирования режима работы трехфазных сетей с нулевым проводом при случайной и систематической несимметрии нагрузок.

Известны устройства для автоматического перераспределения однофазных потребителей между фазами сети, позволяющие уменьшить несимметрию в низковольтных распределительных сетях D 3, (2)

Однако такие устройства обладают недостаточно высокой .точностью уравновешивания режима сети и надежностью в работе, а также весьма ограниченной областью практического использования на предприятиях электрических сетей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, которое содержит блок выявителя несимметрии и сравнения, со2 стоящий из фильтра напряжения нулевой последовательности, фильтра основной гармоники частоты сети, сглаживающего выпрямителя, нуль-органов, первому иэ входов трехпозиционного релейного элемента, второй вход которого соединен с выходом преобразователя код-напряжение, а первый и . второй выходы — с первыми и вторыми входами соответственно реверсивного счетчика со схемой управления и. схемы разрешения переключения, один из выходов последней подключен к третьему входу трехпозиционного релейного . элемента, а другой - к входу схемы циклического переключения, первый выход которой служит для подключения к одному из входов всех регистров памяти, выход каждого из последних соединен с соответствующим входом схемы выделения минимума, а другой вход упомянутых регистров подключен к входу преобразователя код-напряжение и выходу реверсивного счетчика со схемой управления, третий и четвертый входы которого соединены с соответствующими выходами трехпозиционного релейного элемента, а пятый - с вторым выходом схемы циклического переключения, третий выход которой подклю= чен к четвертому входу схемы выделения минимума, а четвертый — к одному иэ входов блока управления.

Блок коммутации дополнительно снабжен дросселем с выведенной сред- ней точкой обмотки и тремя конденсаторами, причем тиристоры блока коммутации обьединены по катодам и анодам в две вентильные группы (катод-.. ную и анодную ) по три .тиристора в каждой, каждая фаза сети соединена с анодом и катодом тиристоров катодной и анодной групп соответственно и выводом одного из конденсаторов, общая точка соединения которых служит для подключения к зажиму однофаэной нагрузки (группы однофазных потребителей) и средней точке обмотки дросселя, крайние выводы которой соединены с точками объединения катодов и анодов тиристоров упомянутых вертикальных групп.

В блок управления дополнительно введен узел коррекции по напряжению, состоящий из трех датчиков на- . пряжения сети, преобразователей напряжения сети и дифференциальных уси» лителей,дешифратора напряжений сети и схемы синхронизации с сетью, а

20 система управления дополнительно снабжена тремя схемами ИЛИ, И, триггерами ПЕРЕКЛОЧЕНИЕ и схемами импульсно-фазового управления, дешиф3 102623.4 4 мого активного фильтра основной гармоники, что в конечном счете является причиной появления отдельных ложных срабатываний устройства в городской распределительной сети с реальными коммунально-бытовыми нагрузками, особенно при под" ключении к ней нелинейных и резкопеременных нагрузок.

Недостатком устройства также 10 является вероятность возникновения короткозамкнутых контуров в распределительных сетях при случайном одновременном включении двух и более коммутаторов однофазных потребителей даже несмотря на принятие необходимых мер по исключению указанных аварийных режимов.

Кроме того, к недостаткам устройства можно отнести исчезновение напряжения сети на зажимах однофазных потребителей на достаточно продолжительное время (t,Д30 мс при переключении последних с одной фазы сети на другую), что отри25 цательно сказывается на работе электроприемников и вызывает эффект мигания ламп накаливания, особенно при преобладании вероятностной несимметрии нагрузки сети.

Цель изобретения — повышение эффективности симметрирования режима сети, КПД, надежности и энергетических показателей, а также расширение функциональных возможностей устройства, 35

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для автоматического переключения однофаэных нагрузок в низковольтных распределительных сетях с трехфаэными и одно40 фазными потребителями, содержащем блок выявления несимметрии и сравнения, блок управления, связанный с блоком коммутации группы однофазных потребителей, блок выявления несимметрии и сравнения состоит из трансформатора тока, преобразователя тока, трехпозиционного релейного элемента, реверсивного счетчика со схемой управления, преобразователя код- 50 напряжение, схемы разрешения переключения, схемы циклического переключения, трех регистров памяти и схемы выделения минимума, причем первичная обмотка трансформатора тока 55 включена в нулевой провод сети, а вторичная - на вход преобразователя тока, выход которого подключен к

1026234

20

25 зо

55 ратором ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ и схемой эадерж. ки, причем выход каждого датчика напряжения сети соединен с одним из. входов схемы синхронизации, с сетью и входом одного из преобразователей напряжения сети, выход каждого из которых подключен к первому входу одного из дифференциальных усилителей, вторые входы которых соединены с одним из выходов источника питания устройства, и одному из трех входов дешифратора напряжений се" ти, выходы последнего подключены к установочным входам (например, Rи 5-входам универсального lК-триггера) каждого из триггеров ПЕРЕКЛОЧЕНИЕ, К-входы которых соединены с входом схемы задержки и выходом дешифратора ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ, а 1-входыс одним из трех входов последнего и выходом одной из схем ИЛИ, входы которых служат для подключения к выходам схемы выделения минимума и схемы циклического переключения соответственно, а выход каждого из упомянутых триггеров ПЕРЕКЛОЧЕНИЕ соединен с одним входом каждой из схем И, другой вход которых соединен с выходом схемы задержки, а выход - с первым иэ входов одной из схем импульсно-фазового управления, выходы которых служат для подключения к тиристорам блока коммутации, а второй и третий вход — к выходу одного из дифференциальных усилителей и соответственно к одному из выходов схемы синхронизации с сетью.

Трехпозиционный релейный элемент состоит из дифференциального усилителя, четырех компараторов уровня, регулятора порогов, дешифратора

СЧЕТ и триггера: РЕВЕРС, причем информационный вход обратной связи дифференциального усилителя связан с выходами преобразователя тока и преобразователя код-напряжение соответственно, а выход - с одним из, входов каждого компаратора уровня, другие входы которых попарно подключены к двум выходам регулятора порогов, вход которого служит для подключения к выходу схемы разрешения переключения, выход каждого из упомянутых компараторов соединен с каждым из входов дешифратора Счет, причем первый и второй выходы последнего соединены с шинами Счет и соответственно "Стоп" реверсивного счетчика со схемой управления и схемы разреше" ния переключения, шины "Сложение" и соответственно "Вычитание" трехпозиционного релейного элемента подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера РЕВЕРС установочные входы последнего соединены с третьим и четвертым выходами упомянутого дешифратора СЧЕТ.

Схема циклического переключения состоит из триггера ЦИКЛ, схемы И генератора счетных импульсов, счетчика ЦИКЛ, дешифратора ЦИКЛ, триггера ЗАПИСЬ и трех схем совпадения, причем один из входов триггера ЦИКЛ соединен с выходом схемы разрешения переключения, а прямой выход— с одним из входов схемы И, установочным (например, R-входом универсального 3 К-триггера) входом всех триггеров счетчика ЦИКЛ и триггера

ЗАПИСЬ, входами реверсивного счетчика со.схемой управления исхемы вы. деления минимума, причем другой вход схемы И подключен к первому выходу генератора счетных импульсов, второй выход которого соединен реверсивным счетчиком со схемой управления, а выход схемы И - к счетным входам счетчика ЦИКЛ, выходы последнего служат для подключения к входам дешифратора ЦИКЛ, первые три выхода которого соединены соответственно с блоком управления, а именно с входами элементов ИЛИ и первым входом каждой из схем совпадения, выхо. ды которых связаны с ключами записи всех регистров памяти, ключи считывания которых подключены к инверсному выходу триггера ЦИКЛ, вторые входы схем совпадения подключены к прямому выходу триггера ЗАПИСЬ, инверсный выход последнего соединен с реверсивным счетчиком со схемой управления, а второй и третий входы (например, Д - и К-входы) триггера

ЗАПИСЬ подключены соответственно к четвертому и пятому выходам дешифратора ЦИКЛ, шестой выход которого служит для подключения к другому входу упомянутого триггера ЦИКЛ.

Схема выделения минимума состоит из трех искателей -младшей единицы,,трех искателей старшей единицы, компаратора младшего разряда, схемы сравнения кодов и дешифратора МИНИМУМ, причем выходы каждого из трех регистров памяти подключены к входам искателей младшей и соответственно старшей единицы и схемы срав1026234 нения кодов, остальные входы последней соединены с выходами компараторов младшего и старшего разрядов соответственно, входы которых подключены к выходам одноименных искателей единиц, а выходы упомянутой схемы сравнения кодов соединены с входами дешифратора ИИНИИУИ, причем один из входов последнего служит для подключения к выходу схемы циклического переключения, а каждый из трех выходов - для подключения к блоку управления.

Обеспечение регламентируемых

ГОСТ-13109-67 требований к качеству электрической энергии связано с реализацией в предлагаемом устройстВе для автоматического переключения группы однофаэных потребителей, выделенных из общего состава нагрузок сети, такого параметра управления, который позволяет достаточно просто определить истинную неравномерность загруженности фаз сети, Таким параметром является ток J в нулевом проводе, так как в зависимости от несимметрии токов питающей сети ток

3 имеет различную величину и про0 порционален величине разбаланса фазных токов, При этом, если фазные напряжения на шинах распределительного трансформатора ТП симметричны, то минимумам несимметрии нагрузки отходящих фидеров соответствуют минимумы тока в соответствующих нулеBb1x проводах. Это следует из выраже35 ния для определения тока Jo 0 1 2. 3 1 2 2 3 где j — модули токов фаз сети (i=

0,1,2,3). В полностью симметричных

I режимах ток Jo B нулевом проводе отсутствует, т.е. это свидетельствует об уравновешенном режиме сети. Поэтому задача минимизации тока J озо начает достижение симметрирующего эффекта, а следавательно,и уменьшение нежелательных явлений, связанных с решением общей проблемы несимметрии нагрузки в низковольтных распределительных сетях; измерение тока в нулевом проводе и воздействие в зависимости от его величины на тиристорные ключи блока коммутации таким образом, чтобы снизить ток «j до минимально возможной величины, осущест- 55 вляет предлагаемое устройство по

Разработанному алгоритму его функционирования, Принцип работы устройства заключается в циклическом подключении на определенное время группы однофазных потребителей ко всем фазам сети, запоминании соответствующих токов (1,2,3), определении иэ этих трех значений наименьшего

J0 (min) и той фазы сети, которая соответствует „l (min), и подключении укаэанной группы однофазных потребителей к этой фазе сети. При изменении режима сети приведенный алгоритм работы устройства повторяется вновь, что позволяет непосредственно осуществлять контроль за изменением тока в нулевом проводе и, тем самым, эффективно управлять процессом уравновешивания режима четырехпроводной сети, Введение в силовую схему трех конденсаторов и дросселя с соответствующим соединением между ними, фазами сети, тиристорами и группой однофазных потребителей позволяет полностью устранить воэможность возникновения короткоэамкнутых контуров в сети и избежать, тем самым, аварийных режимов. Кроме того, такая силовая схема блока коммутации позволяет уменьшить время переключения группы однофазных нагрузок более чем на два порядка по сравнению с известными устройствами (t 200 мкс) перекк

Введение узла коррекции йо напряжение в блок управления дает возможность расширить функциональные возмозности путем регулирования напря,жения на зажимах однофазных потребителей подключаемой нагрузки путем изменения угла управления тиристорами блока коммутации в зависимости от отклонения напряжения сети от номинального значения °

Трехпозиционный релейный элемент является усилительно-преобразующим устройством, реагирующим на знак и величину отклонения изменения тока в нулевом проводе и вырабатываю.щим сигнал, прайорциональный отклонению + gJo регулируемой величины

J0 от записанного ранее числа в реверсивном счетчике. Этот сигнал рассогласования необходим для определения момента. времени запуска режима

"Цикл", а также служит для управления реверсивнь|м счетчиком.

Схема циклического переключения по сигналу со схемы разрешения пе" реключения осуществляет режим "Цикл"

9 1 для определения требуемой фазы сети, при подключении к которой группы однофазных нагрузок ток Jо имеет наименьшую величину, Начало режима

"Цикл" обусловлено выдержкой времени нахождения сигнала рассогласования + Ыо за пределами зоны нечувствительности трехпозиционного релейного элемента.

Определение наименьшего из трех токов в нулевом проводе Jo (1), Jo(2) и о(3) при поочередном подключении к фазам 1-3 сети группы однофазных потребителей (.корректирующей нагрузки) осуществляет схема выделения минимума путем сравнения кодов двоичных чисел, записанных в соответствии с алгоритмом работы схемы циклического переключения в регистры памяти при поочереДном подключении корректирующей нагрузки к фазам сети. По сигналам схемы выделения минимума блок управления воздействует на соответствующую пару тиристоров для подключения корректирующей нагрузки (группы однофазных потребителей) к той фазе сети, которая наименее загружена в данный момент времени.

На фиг. 1 представлена функциональная схема блоков выявления не.симметрии и сравнения, управления и силовая схема блока коммутации груп пой однофазных потребителей; на фиг,Z — функциональная схема узла коррекции по напряжению и системы управления тиристорами блока комму-, тации; на фиг,3 - функциональная схема трехпозиционного релейного. элемента; на фиг.4 - функциональная схема циклического переключения; на фиг. 5 - функциональная схема выделения минимума; на фиг,6 - кривые мгновенных. значений фазных напряжений сети (04,U и U>); на фиг.7временные диаграммы работы схемы циклического переключения.

На фиг. 1-5 введены следующие обозначения: фазы 0-3 сети с подключенными к ним однофазными и трехфазными нагрузками 4-6, группа 7 однофаэных потребителей (корректирующая нагрузка), блок 8 выявления несимметрии и сравнения, блок

9 управления, блок 10 коммутации, силовые тиристоры 11-16, конденсаторы 17-19, дроссель 20, трансформатор 21 тока (токоизмерительные клещи), преобразователь 22 тока;

026234 10 трехпозиционный релейный элемент 23, реверсивный счетчик 24 со схемой управления; преобразователь 25 коднапряжение, схема 26 разрешения переключения, схема 27 циклического переключения., регистры 28-30 памяти схема 31 выделения минимума, система 32 управления тиристорами, узел

33 коррекции по напряжению, датчики

34-36 напряжений фаз сети, преобра5

10 зователи 37-39 напряжений фаэ сети, дифференциальные усилители 40-42, схемы ИЛИ 43-45, схемы И 46-48.,триггеры ПЕРЕКЛОЧЕНИЕ 49-51, схемы 52-54 импульсно-фазового управления, дешифратор 55 напряжений сети, дешифратор ПЕРЕКЛОЧЕНИЕ 56, схема 57 синхронизации с сетью, схема 58 задержки, дифференциальный усилитель 59, компараторы. 60-63 уровня, регулятор 64 го порогов, дешифратор СЧЕТ 65, триггер

РЕВЕРС 66, триггер ЦИКЛ 67, схема

И 68, генератор 69 счетных импульсов, счетчик ЦИКЛ.70, дешифратор ЦИКЛ 71, триггер ЗАПИСЬ 72, схемы 73-75 совпадения, искатели 76-78 младших единиц, искатели 79-81 старших единиц, компаратор 82 младших разрядов, компаратор 83 старших разрядов, схема

3р 84 сравнения кодов, дешифратор ИИНИИУИ 85.

Устройство реализует принцип естественного симметрирования, заключающийся в равномерном распределении нагрузок по фазам сети путем переключения выделенной из общего соста ва нагрузок корректирующей (балансирующей) нагрузки 7, которая состоит из группы однофазных потребителей и переключается с одной фазы сети на другую в соответствии с заложенным в блок 8 выявления несимметрии и сравнения алгоритмом функционирования, определяемым режимами работы сети. По выходным сигналам

45 блока 8 выявления несимметрии и сравнения блок 9 управления вырабатывает импульсы управления тиристорами блока 10 коммутации, обеспечивающего подключение корректирующей нагрузки 7 к определенной фазе сети. Блок

l0 коммутации состоит из двух вентильных групп (катодной и анодной), объединяющих шесть силовых тиристо- . ров 11-16 по катодам и анодам, трех

55 конденсаторов 17-19 и дросселя .20.

Ток Яо в нулевом проводе участка

: сети измеряется трансформатором 21 тока (токоизмерительными клещами), 11 1 нагрузкой которого является входное сопротивление преобразователя 22 тока, состоящего из входного фильтра, усилителя переменного напряжения и пропорционального выпрямителя с выходным фильтром. С выхода преобразователя 22 снимается напряжение постоянного тока, строго пропорциональное току 1 в нулевом проводе сети, поступающее через трехпоэиционный релейный элемент 23 на реверсивный счетчик 24 со схемой управления, Трехпозиционный релейный элемент 23 реагирует на знак и величину отклонения тока 3о и имеет зону нечувствительности с регулируемой шириной (в масштабе тока

Я - = +(2-В) A в зависимости от вели4 чины До). Код числа, записываемый в и-разрядном реверсивном счетчике 24 (на практике достаточно п=5-6), соответствует реальной величине J в момент разрешения записи с погрешностью квантования 6z которая не превышает единицы младшего разряда

24 (в реальном масштабе тока на практике Д„ 0,25-1,0 А и при увеличении числа и погрешность снижает ся), а выходное напряжение постоянного тока преобразователя 25 коднапряжение полностью соответствует аналоговой величине Jo, записанной . в реверсивный счетчик 24, с погрешностью f» =(2/,: 2") -1003, где

1=г порядковый номер разряда, и — число разрядов (для n=5 Д „ =3,2/, что является вполне приемлемой величиной), Схема 26 разрешения переключения служит для первоначального включения устройства, определения момента переключения (запуска режима

"Цикл" ) и автоматического регулирования ширины зоны g нечувствитель1 ности и времени выдержки времени в зависимости от графика нагрузки и ее несимметрии, Основным узлом блока

8 является схема 27 циклического переключения, которая обеспечивает циклическое переключение с помощью тиристоров 11-16 корректирующей нагрузки 7 поочередно на все фазы сети, управляет работой реверсивного счетчика и регистрами памяти.

28-30 для записи в них кодов чисел, пропорциональных 3о(1}, J (2) и Д (3), а также воздействует на схему 31 выделения минимума для подключения. нагрузки 7 именно к той фазе сети, подключение к кото026234 12

55 рой определяет 3 (mi и), а следовательно, наиболее уравновешенный режим сети. Система 32 управления тиристорами и узел 33 коррекции по напряжению необходимы для оптимального управления тиристорами в со" ответствии с алгоритмом работы блока 8 и при необходимости для регулирования напряжения нагрузки 7, а также выполняют функции защиты и блокировки в аварийных режимах (про" падании одного или двух фазных напряжений сети ). Информация о напряжениях фаз сети снимается датчиками 34-36 напряжений сети, преобразуется с помощью прецизионных преобразователей 37-39 напряжения в соответствующие напряжения постоянного тока (высокоточный преобразователь имеет погрешность преобразования менее 0,14, уровень пульсаций менее 1,0 мВ, быстродействие 0,2 с, коэффициент преобразования К=100 0 1

1 в. t в диапазоне изменения фаэного напряжения от 160 до 270 В). Диф" ференциальные усилители 40-42 служат для определения разности.напряжений фаз сети и номинального напряжения Ц„ = 220 В. Схемы ИЛИ 43-45 осуществляют прохождение сигналов со схемы 27 циклического переключения либо со схемы 31 выделения минимума в режиме "Цикл" и соответственно после него, Схемы 46-48 совпадения необходимы для разрешения про" хождения "единиц" с прямых выходов триггеров ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ 49-51 на входы схем 52-54 импульсно-фазового управления тиристорами, т.е. при нахождении в единичном состоянии ка" кого-либо одного из этих триггеров импульсы управления будут подаваться лишь на ту пару тиристоров, которой соответствуют лишь один иэ триггеров

49-51 и одна из схем 52-54. Дешифратор 55 напряжения сети необходим для подключения нагрузки лишь к той фазе сети, напряжение которой в ава-. рийных режимах н8 исчезло (источник питания устройства выполнен трехканальным и обеспечивает бесперебойное питание при пропадании даже двух фазных напряжений сети). Дешифратор

56 и схема ПЕРЕКЛОЧЕНИЕ 58 задержки осуществляют запрет (время за" держки p>y t ) на подачу управляюьост щих импульсов тиристоров той фазы сети, которые необходимо запереть при переключении нагрузки 7 на другую фа13

1026234

14 эу сети, т.е. обеспечивают снятие управляющих импульсов с тиристоров той пары, которые проводили ток нагрузки до момента прихода сигнала на переключение нагрузки 7 к другой фазе сети. Схема 57 синхронизации с сетью необходима для фиксации перехода кривых фазных напряжений через нулевое значение и запуска генераторов пилообразного напряжения схем 5254 импульсно-фазового управления тиристорами, использующих вертикальный принцип управления.

Реверсивный двоичный счетчик со схемой управления представляет собой функциональный узел, предназначенный для подсчета входных сигналов (импульсов), В процессе работы реверсивный счетчик последовательно перебирает свои состояния в двух направлениях под воздействием управляющего сигнала, т.е. работает в режиме "Сложение" или "Вычитание" (переключается как на сложение, так и на вычитание входных сигналов). Основными элементами такого счетчика являются триггеры и цепи переноса.

С помощью реверсивного счетчика происходит непрерывное слежение за величиной тока J в нулевом проводе, при изменении в ту или иную сторону соответственно автоматически увели-. чивается или уменьшается двоичное число, записываемое в реверсивном счетчике. Это и дает возможность реализовать предлагаемый алгоритм функционирования устройства.

Дифференциальный усилитель 59 трехпозиционного релейного элемента

23 необходим для получения разности .Яо между напряжениями постоянного тока, пропорциональными току в текущий момент времени (поступающему на информационный вход дифференциального усилителя с входа 22) и току До, записанному в виде двоичf ного числа в и-разрядном реверсивном счетчике 24 в течение времени последнего переключения корректирующей нагрузки на ту или иную фазу сети (поступающему на вход обратной связи 59 с выхода преобразователя 25 код-напряжение). Компараторы 60-63 уровня и регулятор .64" порогов служат для разбиения зоны нечувствительности (;) трехпозиционного релейного элемента 23 на две зоны - широкую и узкую. Широкая зона необходима для определения мов текущий момент времени. В этот момент напряжение на выходе усилителя 59 очевидно близко к нулю, а по20 тому ширина узкой зоны не может превышать ступени выходного напряжения преобразователя 25 код-напряжение, величина хоторой определяется коли чеством разрядов п преобразователя

25 25, Регулирование широкой зоны происходит за счет изменения напряжения порогов, поступающих на два со-. ответствующих компаратора широкой зоны (например, компаратор 60-61) с выхода регулятора 64 порогов. Последний в свою очередь, управляется сигналами со схемы 26 разрешения переключения в зависимости от графика на- . грузки, степени вероятностной и сис- . тематической несимметрии, т.е. точно . так же, как и автоматически регу40

5

IO

1S мента начала выдержки времени при достаточно больших изменениях тока

Jo относительно ранее записанного

3 в ту или иную сторону (различный знак отклонения 3 обуславливает положительную и отрицательную полярность как широкой, так и узкой зон нечувствительности, а поэтому и наличие соответствующей пары компараторов). Получение узкой зоны связано с необходимостью формирования сигнала "Стоп" (нКонец счета") для прекращения счета реверсивным счетчиком 24 в момент равенства тока Зо

1 с двоичным кодом тока 3, записываемым в реверсивный счетчик лируется время выдержки для отстройки от резких колебаний режима сети (на практике в зависимости от диапазона изменения тока Зо 15-60 А широкая зона регулируется в масштабе тока о1" 2 до 6А, т.е. „=+(2-6)А).

Регулирование узкой зоны не требуется, так как ширина ее зависит исключительно от числа разрядов преобразователя 25, класса точности прецизионных резисторов матрицы -R-2R и т.n.. Дешифратор 65 счета необходим для определения моментов "Счет" и "Стоп", т.е. начала и конца счета реверсивным 24 счетчиком, а триггер

РЕВЕРС - для фиксации направления счета ("Сложение-" и "Вычитание" ).

Схема 26 разрешения переключения необходима для первоначального включения устройства определения момента времени переключения (запуска режима "Цикл" ), автоматического регулирования ширины зоны нечувствительтирующей нагрузки 7 к требуемой фазе сети, для которой ток 3 (min). Единичное состояние прямого выхода триггера 67 обеспечивает (в режиме "Цикл ) прохождение через схему И 68 импульсов с генератора 69 счетных импульсов на счетные входы всех триггеров счетчика ЦИКЛ 70. Последний совместно с дешифратором ЦИКЛ 71 служит для синхронизации работы всех узлов устройства в режиме "Цикл", т.е. определяет время поочередного подключения нагрузки 7 к фазам сети, время записи кода тока 1 с помощью триггера

ЗАПИСЬ в счетчик 24, управляет ключами записи регистров 28-30 памяти с помощью схем 73-75 совпадения.

Информация о величинах токов

30 (1), Д(2) и j (3), накопленная за время режима "Циклн в регистрах 2830, хранится в последних до следующего режима "Цикл . Для определения необходимой фазы сети, к которой требуется подключить корректирующую нагрузку 7 на время между двумя смежными режимами "Цикл", служит схема выделения минимума, которая осуществляет сравнение кодов трех двоичных чисел с приоритетом по минимуму, т.е. определяет наименьшее значение тока 3 (min) из трех записанных в регистрах. Искатели 67-78 младшей единицы определяют номер разряда младшей единицы, который содержит самую младшую единицу в каждом из трех двоичных чисел, соответствующих

J, (1), 3 (2) и Jo(3) ° Искатели 798f старшей единицы определяют номер разряда, который содержит самую старшую единицу в каждом из трех упомянутых чисел. Компараторы 8283 младшего и старшего разрядов служат для определения двух чисел соответственно с наименьшим и наиболь.шим номером разряда. Схема 84 сравнения кодов является функциональным узлом для определения с помощью . бинарного и триаЯного сравнения с приоритетом по минимуму одного из трех чисел с наименьшим двоичным кодом, а дешифратором МИНИМУМ 85 для определения номера того регистра из регистров 28-30, который содержит число с наименьшим записанным кодом и соответствует требуемой фазе сети, к которой необходимо подключить группу 7 однофазных потребителей.

15 1026234 16 ности(+ ) трехпозиционного релейно1 го элемента и времени вь1держки в зависимости от.графика нагрузки и несимметрии режима сети. Блок 26 состоит из счетчика выдержки времени, схема автоматической и ручной установки порогов, схемы регулирования ширины зоны нечувствительности и схемы первоначального включения.

Счетчик выдержки времени с автоматическим сбросом времени выдержки

t b + в нуль предназначен для исключения влияния на работу устройства резкопеременных и случайных коммутационных процессов, когда ток в нулевом проводе изменяет свою величину на относительно небольшой промежуток времени, т.е. переключение нагрузки мсжет произойти лишь по истечении определенного регулируемого времени выдержки (й ы — — 1-5мин) при переходе от одной рабочей комбинации к другбй.

Величина t может регулироваться как вручную, так и автоматически. В первом с.пучае Вь, задается оператором с помощью схемы ручной установки порогов путем установки требуемого t, в двоичном коде. В автоматическом режиме данный набор кода t, осуществляется схемой автоматической установки порогов, которая

30 управляется величинами напряжения нулевой последовательности U 0, выделяемого с помощью фильтра напряжения нулевой последовательности, и тока

3о.

Схема регулирования ширины зоны нечувствительности (1. ) трехпозиционного релейного элемента необходима для регулирования 1 при изменении тока Зо в широких пределах (например, от 15 до 80А, величина P = 2- .

;-8 А.Регулирование 4 осуществляется как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Схема первоначального включения 4> обеспечивает, во-первых, запуск режима "Цикл" при включении устройства, во-вторых, автоматическую установку минимальных величин порогов „ и ь д(например, . = +2А, 1ь, „=1 мин) Я с помощью схемы автоматической установки порогов, Триггер ЦИКЛ 67 в соответствии с командой "Цикл" схемы 26 циклического переключения (по истечении време- 55 ни выдержки) определяет время режима

"Цикл", т,е. время циклического подключения к каждой из фаз сети коррек26234 18 27 записывается код текущего значения тока 1р(в п) для этой фазы (Ключи записи регистров в этом слу"

17 10

Устройство работает следующим образом.

При первоначальном включении устройства происходит циклическое подключение нагрузки поочередно ко всем фазам сети. Значение тока Лр, соответствующее каждому из этих подключений, запоминается регистрами памяти и после окончания режима

"Цикл" схема 31 выделения минимума выдает сигнал по одному из выходных каналов на подключение корректирующей нагрузки 7 к той фазе сети; при подключении к которой в режиме

"Цикл" ток д имеет наименьшее значение, а следовательно, и наименьшую неуравновешенность режима..

Такой статический режим работы устройства продолжается до тех пор, пока в какой-либо момент времени величина Лр не выйдет за пределы широкой зоны нечувствительности «+ „. =

=) (2-8)А ). В этом случае начинается отсчет времени выдержки 1,, по истечении которого схема 26 разрешения переключения выдает команду

"Цикл" на схему 27 циклического переключения и одновременно реверсивный счетчик 24 начинает режим "Сложение" или ".Вычитание" (т.е. вновь, начинается режим "Цикл", как и при первоначальном включении) в зависимости от знака отклонения 2р. Это соответствует подключению к фазе 1 сети корректирующей нагрузки 7. Код тока До(1) по сигналам дешифратора

7l и схемы 73 совпадения в конце первой минуты режима "Цикл" записан в регистр 28, после чего лроисходйт переключение нагрузки 7 с фазы 1 на фазу 2 сети, ток Jo(2) записывается в регистр 29 (в конце второй минуты режима "Цикл" ) и аналогично для фазы

3 сети. По истечении трехминутного режима "Цикл" (наиболее оптимальное время режима "Цикл" ) во всех регистрах записаны коды чисел, соответст" вующие )о (1), о (2) и Зо (3) ° Затем по команде схемы 27 отпираются ключи считывания всех регистров и информация, содержащаяся в регистрах, поступает на схему 31 выделения миниму.ма, где подвергается обработке с ° целью определения наименьшего числа и, в конечном итоге, требуемой фазы сети для подключения нагрузки 7 наиболее оптимальным образом. Происходит подключение нагрузки 7 к этой фазе и в реверсивный счетчик чае заперты) . На этом режим "Цикл" заканчивается, и устройство вновь находится в статичном состоянии до следующего момента .времени, когда

1Яо (t) не выйдет на время и, за пределы широкой зоны нечувствительволяет избежать возможности возникновения короткозамкнутых контуров при одновременном включении тиристоров двух и более ключей переменного

1О ности .(=2-8 А, которая плавает в абсолютном масштабе тока от Л„ до 3о, о„в наиболее вероятном эксплуатационном режиме от 15 до 80А в зависимости от мощности PT и нагрузки многоквартирные дома с газовыми или электрическими плитами) °

Таким образом, предлагаемое устройство выполняет функции регуляторов цифровой стационарной автоматической системы программного действия параметры. которой изменяются во времени в зависимости от графика нагрузки сети, вероятностной и систематической несимметрии, Указанная .САС реализует в замкнутом контуре алгоритм минимизации тока Jo в нулевом проводе сети. Объектом управления (регулирования) является участок питающей линии (отходящий от

PT ТП фидер с подключенными к нему нагрузками), Входным параметром (регулируемой величиной) регулятора такого такого вида является ток J в нулевом проводе сети, а выходнымв конечном итоге коэффициент неуравновешенности (E < ) сети и функция потерь S (ЬР) в нулевом и фазных проводах. Минимизация этих величин означает в данном случае устране-ние отрицательных факторов, обусловленных несимметрией нагрузки сети. При установке устройства на ТП в качестве корректирующей нагрузки можно вполне использовать потребители какой-нибудь фазы одного из фидеров.

Рассмотрим процессы в силовой схеме блока 10 коммутации,особеннос. ти работы узлов остальных блоков.

Объединение шести тиристоров

50 11-16 в две вентильные группы(катодную и анодную), введение дополнительных конденсаторов, соединенных в трехлучевую звезду, и дросселя со средней точкой (фиг.1) поз1026

19 тока (ключ фазы 1 состоит из тиристоров двух и более ключей переменного тока (ключ фазы 1 состоит из тиристоров 15-16, ключ фазы 2— иэ тиристоров 13-14, ключ фазы 3 из тиристоров 11-12 ) и, тем самым, устранить возможность возникновения аварийных режимов как в устройстве, так и в распределительной сети ° Основной особенностью силовой 10 схемы блока 10 коммутации устройства для автоматического переключения однофаэных потребителей в низковольтных сетях является повышенная надежность вследствие того, что любое включение одного из тиристоров какого-либо ключа переменного тока вызывает автоматическое выключение ранее проводящего тиристора другого тиристорного ключа не приводя к He)K 2О дуфазному К3.

Если нагрузка 7 блока коммутации

10 подключена к фазе 1 сети, триггер 49 находится в единичном состоянии и соответствующая ему схема 52 импульсно-фазового управления подает импульсы на тиристоры 15-16 ключа фазы 1, то при положительной полуволне фазного напряжения 04 проводит ток нагрузки тиристор 15, а

30 при отрицательной - тиристор 16 по цепи: фаза 1 - тиристор 15 (16) дроссель 20 — нагрузка 7 - нулевой провод сети. При изменении полярности U ранее проводящий тиристор ra4 сится в момент спадания протекающего через него тока до нуля, т.е. в результате естественной коммутации вентилей. Если в единичном состоянии находится только триггер 50, то соответствующая ему схема 53 импульс- 40 но-фазового управления вырабатывает импульсы управления для тиристоров

13-14 ключа фазы 2 сети и т.д.

Допустим теперь, что проводили тиристоры 15 и 16, нагрузка 7 подключена к фазе 1 сети и поступила команда (например, в режиме "Цикл" ) на переключение нагрузки 7 к фазе 2 сети ° Для этого необходимо погасить ранее проводящие тиристоры 15-16 50 ключа фазы 1 и включить тиристоры 1314 ключа фазы 2 без К3 в сети и с минимально возможным временем переключения, Пусть в момент положительной полуволны напряжения Ц фазы 1 у пришла указанная команда на переключение триггера 50 в единичное состояние и соответственно тиристоров 13234 20

14 в проводящее состояние. В этом случае, несмотря на отсутствие управляющих импульсов на тиристорах

15-16, последние по-прежнему будут находиться в проводящем состоянии, так как ток нагрузки в этот момент времени не равен нулю (коэффициент мощности нагрузки коммунально-бытовых сетей Cost =O 8-0,95). Перевод тока нагрузки (коммутация тока) с проводящего тиристора 15 в этот момент времени .на один из тиристоров

13-14 ключа фазы 2 сети зависит от знака и величины потенциала фазы 2 в этот момент времени, т.е. он определяется моментами времени, например t1, t1, и t (фиг.б!). Например, для момента времени t1 потенциал фазы 2 отрицательный, и при одновременной подаче управляющих импульсов на тиристоры 13-14 вследствие отрицательного потенциала (фазы 2 сети) на катоде 14 и положительного потенциала (фаэа 1 сети)включается тиристор 14, который обеспечивает прохождение тока i< в контур: фаза 1 тириотор 15 — дроссель 20 — тиристор 14 - фаза 2.сети. Этот ток !к . создает в полуобмотках дросселя 20 намагничивающие силы, необходимые для образования в сердечнике дросселя потока, сцепленного со всеми витками полуобмоток. Изменение тока

iк вызывает изменение потокосцепления, вследствие чего в полуобмотках дросселя 20 индуктируется ЭДС самоиндукции, .причем полярность напряжения полуобмотки, включенной между нагрузкой и катодной группой тиристо. ров, такова, что положительный потенциал приложен к катоду тиристора 15, а отрицательный через конденсатор 19 - к аноду тиристора 15, Таким образом, в течение времени восстановления запирающих свойств тиристора 15 в прямом направлении к нему приложено обратное напряжение, что вызывает его выключение. Тиристор 14 по-прежнему остается в проводящем состоянии, так как потенциал фазы 2 по отношению к потенциалу нулевого провода отрицательный, а нагрузка 7, тем. самым, переключается практически мгновенно с фазы 1 на фазу 2 сети (Вь1к 4150 мкс) без КЗ.

Если при положительной полуволне фаэного напряжения U4 в момент подачи управляющих импульсов на тиристоры 13-14 потенциал Ч фазы 2

1026234 сети положительный, но меньший потенциала фазы 1 (момент времени на фиг.6 ), как и ранее включается ти . ристор 1.4 (,потенциал катода 14 ниже потенциала анода, так как ф,< f<), а в полуобмотках дросселя 20 индукти-. руется ЭДС самоиндукции за счет изменения тока ly в контуре; фаза 1 тиристор 15 — дроссель 20 - тирисtop 14 - Фаза 2 сети, с такой же полярностью напряжения на полуобмотке, включенной между катодной группой и средней точкой дросселя, что приводит к прикладыванию обратного напряжения (к аноду через конденсатор 19, а к катоду непосредственно 1 между анодом и катодом.тиристора 15 и интенсивному восстановлению запирающих свойств в прямом направлении и запираняю последнего.

Но вследствие того, что в этот момент времени потенциал фазы 2 положительный, а импульсы управления подаются на оба тиристора 13-14, включается тиристор 13, а тиристор

14 выключается. Нагрузка 7, тем самым, переключается с фазы 1 на Фазу 2 сети практически мгновенно.

Если же при положительной полуволне напряжения фазы 2 сети потенциал

Фазы 2 сети положителен, но выше потенциала фазы 1 сети (/<7 g );то при одновременной подаче импульсов управления на оба тиристора 13-14 в момент времени tlö может включиться лишь тиристор 13, так как потенциал катода 13 ниже потенциала анода (т,к. g (ф ), к тиристору 15 прикладывается обратное напряжение и,. таким образом, ранее проводящий тиристор 15 выключается. Нагрузка 7 переключается с фазы 1 на фазу 2 сети также практически мгновенно и без K3Ä

При положительной полуволне напряжения фазы 1 сети переключение нагрузки 7 с фазы 1 на фазу 3 сети осуществляется аналогичным образом, только однофазная нагрузка 7 подключается к фазе 3 с помощью тиристора 12 (для отрицательной полуволны напряжения U ) или тиристоров 12 или,11 для положительного напряже-. ния U .

Если поступает команда на переключение группы 7 однофазных потребителей к какой-либо из Фаз (2 или

; 3) сети при отрицательной полуволне фазного напряжения 0 4 и включенном тиристоре 16. ключа фазы 1 сети, то процессы коммутации тока нагрузки практически не отличаются от рассмотренных выше. Так, например, в этом случае при одновременной подаче в момент времени tly (Фиг.6) импульсов управления на тиристоры 1314 включается тиристор 13, в дросселе 20 индуктируется ЭДС самоиндукции, причем напряжение на полу10 обмотке, включенной между анодной группой тиристоров и средней точкой, прикладывается к тиристору 16 в запирающем направлении, т.е. положительный потенциал средней точки 20

1Б через конденсатор 19 прикладывается к катоду тиристора 16, а отрицательный потенциал другого конца этой по1 луобмотки — к аноду 16. Тиристор 16 выключается, ток группы 7 однофазZp ных потребителей переходит с фазы

1 на фазу 2 сети. Если для отрицательной полуволны напряжения 0.1 поступает команда на переключение с Фа зы 1 на фазу 2 сети при отрицатель25 ной полуволне напряжения 0, но по,тенциал g< фазы 1 ниже потенциала ф Фазы 2 сети (момент времени ty > фиг.6), то при одновременной подаче импульсов управления на тиристоры

13-14 включается тиристор 13 (так как (P (g ) . В полуобмотках дросселя 20 индуктируется ЭДС самоиндукции, причем положительный потенциал средней точки полуобмотки, включенной к анодной группе тиристоров, прикладывается через конденсатор 19 к катоду тиристора 16, а отрицательный потенциал ее другого конца - не-, посредственно к аноду 16,. что ведет

-к его запиранию. Вследствие того, 40 что потенциал фазы 2 отрицательныи, Ф включается тиристор 14, а тиристор

13 вследствие естественной коммутации запирается, и корректирующая нагрузка 7 практически мгновенно

45 переключается с фазы 1 на Фазу 2 сети. При отрицательных полуволнах напряжений U и U < и ф,» (момент времени и 1 на Фиг.6), когда одновременно подаются импульсы управления

50 на тиристоры 13-14, включается тиристор 14, так как потенциал его анода выше потенциала катода, потенциал Фазы 2 непосредственно прикладывается к аноду тиристора 16 и

55 последний вследствие естественной коммутации выключается. Нагрузка 7, тем самым, переключается с Фазы 1 на фазу 2 практически мгновен10262

23 но и без КЗ сети. Аналогичным образом при отрицательной полуволне

Фазного напряжения 04 происходят ком мутационные процессы и при необходимости переключения группы 7 однофазных потребителей к фазе 3 сети.

Переключение группы 7 в любом другом случае т.е, самым произвольным образом) не отличается в целом от рассмотренных ранее процессов ком- >О мутации тока нагрузки с одной Фазы на другую. Таким образом, введение трех конденсаторов и дросселя со средней точкой позволяет осуществить полностью надежную перекоммутацию однофазных потребителей для уравновешивания режима сети за счет ликвидации возможности К3 сети, Кроме того удается практически исключить

7 ( влияние времени переключения (й„ Рек, 150 мкс) на пропадание напряже.ния питания группы однофазных потребителей. Значительное уменьшение (более чем в сотню раз) времени пеРеключения позволяет повысить эф25 фективность работы устройства в целом, так как появляется возможность значительного уменьшения времени выдержки (вплоть до нескольких секунд1 или ее исключить вовсе, повысить соответственно частоту импульсов генератора счетных импульсов, поступающих на счетные входы реверсивного счетчика и счетчика

Цикл (вплоть до 100 Гц и выше), уменьшить тем самым время отработки сигнала, рассогласование AJAR и время режима Цикл (до нескольких секунд и менее) . Указанные возможности позволяют практически без влияния на эксплуатационные характеристики электроприемников группы однофазных потребителей (в том числе полное исключение эффекта мигания электрических ламп накаливания, что особенно важно для зрительных ощущений жи- 45 телей тех квартир, которые входят в состав группы однофазных потребителей, так как пропадание напряжения нагрузки даже на один период частоты сети достаточно заметны для зрения 50 человека), повысить коэффициент использования устройства и уменьшить коэффициент неуравновешенности с учетом его интегральных характеристик для минутных сечений графика наг- 55 рузки.

При необходимости регулирования напряжения на однофазных потребите3. 24 лях нагрузки 7 управление тиристорами силового блока осуществляется путем изменения в небольших пределах угла управления (только в сторону уменьшения напряжения при U > 2208).

В этом случае среднее значение напряжения на нагрузке равно

U„= (<+co i)) действующее значение напряжения на нагрузке /с 61И 2с н бала 4. 2 /! коэффициент формы

1 ч СОЫ

Если нет необходимости регулировать напряжение или по каким-либо причинам существенным является синусоидальная форма кривой напряжения корректирующих нагрузки, то очень просто блокировать работу дифференциальных усилителей в схеме коррекции по напряжению сети, и соответственно, узел вертикального управления в схемах импульсно-Фазового управления тиристорами.

Расмотрим основные режимы работы предлагаемого устройства для автоматического переключения группы однофазных потребителей в низковольтных распределительных сетях в соответствии с функциональными схемами и временными диаграммами (фиг.1-7).

При включении устройства с помощью схемы первоначального включения все триггеры, счетчики и регистры устанавливаются в нулевое состояние. Напряжение постоянного тока с выхода преобразователя 22 тока, пропорциональное току go в нулевом проводе участка сети, обеспечивает определенное состояние компараторов 60"63 уровня трехпозиционного релейного элемента 23 (широкая зона нечувствительности в этом случае устанавливается минимальной, т.е. Е"„. =+2А), что вызывает в соответствии с комбинациями нединиц и "нулей" на выходе дешифратора СЧЕТ 6) установку триггера РЕВЕРС 66 в "единичное" состояние (на прямом выходе "единица" а на инверсном "нуль"), что соответствует подготовке:к режиму (СЛОЖЕНИЕ реверсивного счетчика 24. Одновременно импульсы установки в "нуль

1026234. 26 схемой первоначального включения схемы 26 разрешения переключения принудительно в этом случае запускается схема 27 циклического.переключения, а затем после предустановки в "нуль" импульсом g}Л устанавливается (момент времени t на фиг.7) триггер ЦИКЛ 67 в "единицу" (например, для всех дискретных элементов типа ТТЛ в базисе И-НЕ серии К155., )j 10 что обеспечивает прохождение счетных импульсов (например, =0,25 Гц) с выхода генератора 69 счетных импульсов через схему 68 совпадения на входы счетчика ЦИКЛ 70, В момент времени tgg дешифровалось с помощью дешифратора ЦИКЛ 71 одно состояние счетчика ЦИКЛ, а именно наличие двух

"единиц" на инверсных входах его стар. ших разрядов, что соответствовало через схему ИЛИ 43 установке триггера

49, управляющего работой схемы 52 импульсно- фазового управления тирис" торами 15-16 ключа фазы 1 сети. Группа 7 однофазных нагрузок в этот момент йр подключается к фазе 2 сети.

Ток в нулевом проводе Jo(t) определенным образом изменится (вследствие перераспределения фазных токов) и вот это значение тока Зо необхо30 димо зафиксировать и на определенное время запомнить (до следующего режима Цикл) в соответствующем регистре 28 памяти фазы 1 сети для дальнейшего его сравнения с токами

Д (?) и До(3) при других подключенных нагрузках 7 к фазам 2 и 3 сети, т.е. для определения минимального тока 1р(min) при поочередном подключении нагрузок 7 к фазам 1-3 сети.

B момент времени t дешифруется 40

1 второе состояние прямых и инверсных выходов счетчика ЦИКЛ, "нуль" соответствующего выхода дешифратора 71 устанавливает триггер ЗАПИСЬ 72 в

"единицу", в этот момент устанавли- 45 вается в единицу триггер СЧЕТ, в схеме 24 управления реверсивным счетчиком и, тем самым, обеспечивается прохождение импульсов с частотой

f счета с выхода генератора 69 че- 50 реэ делитель частоты (т =1 Гц, на. пример) .на счетные входы триггеров всех разрядов реверсивного счетчика ,24, который начинает с этого вре. мени работать в режиме Сложение до 55 тех пор, пока на его выходах не установится число, записанное в и-разрядном двоичном коде с погрешностью

Д „, равное аналоговой величине тока

Др (1) в нулевом проводе сети. 8 этот момент времени (t ), соответствующий равенству кода, записанного в реверсивном счетчике 24, и аналоговой величины выходного напряжения преобразователя 25 код-напряжение, дешифратор СЧЕТ 65 устанавливает триггер СЧЕТ в схеме 24 управления реверсивным счетчиком в "нуль", так как имеет место равенство напряжений на информационном входе и входе обратной связи дифференциального усилителя 55 трехпозиционного релейного элемента 23 и уровень напряжения на выходе 59 близок к нулевому значению и находится в узкой зоне нечувствительности, что и соответствует сигналу СТОП для прекращения поступления счетных импульсов на реверсивный счетчик 24,счет счетчиком 24 прекращается, в нем записан код J (1)

Начиная с момента времени t npouc1 ходит разрешение на запись информации в двоичном коде, из реверсивного счетчика 24 в соответствующий регистр 28 памяти фазы 1 сети, так как триггер ЗАПИСЬ 72 находится в "единичном" состоянии и через схему 70 совпадения ключи записи регистра 28 пропускают записанное в счетчике 24 число в парафазном коде на триггеры разрядов регистра 28. Следовательно, синхронно с изменением выходного кода реверсивного счетчика 24 также изменяется код числа, записываемого в регистр. Такое синхронное изменение кода числа происходит до момента т.е. до момента равенства кода в счетчике 24 и соответственно напряжения с выхода преобразователя коднапряжение величине, пропорциональhou току 3р(1), и свидетельствует о том, что в регистре 29 записана величина тока Jo(l) в двоичном и-разрядном коде.

В момент времени t изменяется состояние счетчика ЦИКЛ, что приводит появлению "единицы" на соответствующем выходе дешифратора ЦИКЛ 71, входе схемы ИЛИ 44 и срабатыванию триггера 50 (в единичное состояние ). Причем ранее установленный в "единицу" триггер 49 опрокидывается в "нуль! с помощью дополнительных логических элементов и дешифратора 56, схема задержки 58 вырабатывает импульс, блокирующий подачу импульсов управления на тиристоры 15-16 с тем, что27 10 бы пРи подаче чеРез вРемЯ Г 1г п„Рок„ на тиристоры 13-14 импульсов управления, отсутствовало управление

15-16. Кроме того, схема 58,обеспечивает дополнительное условие невозможности включения по сигналам блока управления двух и более тиристорных ключей одновременно (хотя это в целом уже не столь существенно ввиду выполнения в предлагаемом устройстве силовой схемы повышенной надежности). Таким образом, через время С включаются тиристоры 13-14 ключа фазы 2 в соответствии с порядком протекания процесов, в силовой схеме рассмотренных ранее(фиг.6). Нагрузка 7 подключается к фазе 2 сети и определенным образом изменяется ток До(t) - в сторону увеличения или снижения (последнее не столь важно, так как устройство отработа ет это отрицательное рассогласование и определит требуемую фазу сети в дальнейшем - после очередного режима Цикл).

В этом случае происходят процессы, аналогичные только что рассмотренным, т.е. в момент времени (как и в момент С ) устанавливается триггер ЗАПИСЬ 72 в "единицу" (триггер

ЦИКЛ в "единичном" состоянии по-прежнему) и начинается прохождение импульсов с частотой f на счетные входы реверсивного счетчика 24, Компараторы 60-63 уровня обеспечивают в этом случае требуемое состояние выходов деаифратора СЧЕТ 65, триггера РЕВЕРС и соответственно .триггера ГЧЕТ в схеме управления реверсивным счетчиком,24. Так, например, при увеличении тока Jc,(t) (при подключеннии нагрузки 7 к фазе 2 сети) относительно величины Jо(1), записанной в счетчик 24, триггер РЕВЕРС будет по-прежнему в "единице", что соответствует режиму "сложение"

Если же ток J (t) в этом случае имеет меньшую величину, чем ток 3р(1), ранее записанный при подключении нагрузки 7 к фазе 1 сети, то вследствие отрицательной разности J и соответственно выходного напряжения на выходе усилителя 59 дешифратор

СЧЕТ 65 изменит комбинацию своих выходных сигналов и триггер РЕВЕРС переключится в "нулевое" состояние (направление Вычитание). Следовательно, таким образом, будет обеспечено изменение записанного в счетчик 24

26234

5

55 числа в сторону увеличения или уменьшения (в момент подачи соответствующего сигнала на разрешение счета). Реверсивный счетчик 24 начи. нает режим Счет в соответствующем направлении, его выходная, информация поступает через соответствующие схему 74 совпадения и ключи записи в регистр 20 памяти (остальные ключи других регистров записи заперты). В момент времени, запираются и ключи записи регистра 29, что обеспечивает сохранение записанной в нем информации о величине тока J <(2) .

В момент времени to изменяется выходной код счетчика ЦИКЛ и соответственно сочетание комбинации (пнулей" и "единиц" } выходных сигналов дешифратора ЦИКЛ 71, поступает сигнал на опрокидывание в "нуль" триггера 50 и установку триггера 51 в "единичное" состояние, что приводит к снятию управляющих импульсов с тиристоров 13-14 и подаче со схемы 54 управляющих импульсов на тирис торы 11-12 ключа фазы 3 сети. Группа 7 однофазных потребителей через время t „переключается с фазы 2. на фазу 3 сети и происходят полностью аналогичные процессы, с той лишь разницей, что в регистр 30 памяти заносится число, соответствующее току J (3), Таким образом, к моменту времени и во всех трех регистрах 28-30 записаны числа, соответствующие току 3 (1), «J (2) и Д (3) при, поочередном подключении нагрузки 7 к фазам 1-3 сети. В этот момент времени дешифруется состояние всех разрядов счетчика ЦИКЛ, с дешифратора

ЦИКЛ 71 поступает сигнал на установку триггера ЦИКЛ в нулевое состоя ние, триггер ЗАПИСЬ устанавливается также в "нуль" и блокируется по

R- âõîäó с прямого выхода триггера

ОИКЛ 67, инверсный выход которого (теперь уже на нем "единица" ) управляет разрешением считывания записанной информации всех регистров одновременно. На входы логических элементов искателей младших 76-78 и старших 79-81 единиц, компараторов младших 82 и старших 83 разрядов и схему 84 сравнения кодов с выходов регистров 28-30 поступает записанная информация о токах р(1), Др(2) и Зо(3). Происходит быстродействую1026234 30 жим Цикл и происходят процессы, описанные выше °

Рассмотрим работу узла 33 коррекции по напряжению. Синусоидальные напряжения фаз сети снимаются датчиками 34-36 напряжений сети и преобразуются в соответствующем им напряжения постоянного тока с помощью прецизионных преобразовате10 лей 37-39 напряжений сети. Если напряжение фазы сети превышает номинальное значение Vн = 220 В, то в зависимости от величины отклонения + d V напряжения сети между ь"15 входами соответствующего дифферене- циального усилителя появляется положительная разность напряжений, которая усиливается, и на его выходе будет положительное напряжение, пропорциональное с Ц . Выход- ное напряжение каждого из усилителей 40-42 является управляющим напряжением; поступающим на один иэ входов компаратора напряжений каждой из схем импульсно-фазового управления, реализующих известный прин цип вертикального управления тиристорами для регулирования углом с момента включения тиристоров (в диа30 пазоне от нуля до 30 эл.град). Схема 57 синхронизации с сетью выдает последовательность прямоугольных импульсов с частотой повторения f

50 Гц и скважностью 0=2, передний и задний фронты которых синхронизова"

З5 ны с моментом перехода фазного напряжения через нулевое значение. Эти импульсы поступают также на соответствующие схемы импульсно-фазового управления для запуска генерато; 40 . ров пилообразного напряжения, необходимых для регулирования по вертикальному принципу.

При попадании одного или двух фазных напряжений, например, в ре45 зультате К3 сети, дешифратор 55 напряжений сети осуществляет запрет на нормальное функционирование устройства, т.е. определяет работы системы 32 в аварийном режиме. В этом

50 случае дешифратор 55 осуществляет принудительное подключение нагрузки. 7 к одной из фаз, оставшихся под напряжением по приоритетному правилу

29 щее определение наименьшего,из этих двоичных чисел J (min). В момент вре мени t триггер ЦИКЛ воздействует также на дешифратор МИНИМУМ 85 и схему управления реверсивным счетчиком 24 таким образом, что через не- сколько микросекунд отпирает выходные ключи дешифратора 85, а триггер СЧЕТ в счетчике 24 устанавливается на время,д = - - t e "единич ное" состояние импульсом g 3(тiï).

На счетные входы счетчика 24 поступают импульсы с генератора 69 и реверсивный счетчик осуществляет счет в направлении, соответстаующем умен шению кода, записанного при подключ нии нагрузки 7 к фазе 3, либо счет счетчика 24 отсутствует, если Зд(min) соответствует подключению нагрузки 7 к фазе 3 сети, т.е. при

Д (3) =) (m i n), Таким образом, кор-, ректирующая нагрузка 7 в соответствии с сигналами дешифратора МИНИМУМ

85 подключается к требуемой фазе сети, для которой До (ш!и) и в ревер сивном счетчике 24 записана величина 3„ (miп), которая преобразуется в напряжение постоянного тока с помощью преобразователя 25 и поступает на вход обратной связи усили- теля 59 в трехпозиционном релейном элементе 23. Реверсивный счетчик

24 блокируется по счетному входу до следующего режима Цикл. На этом, режим Цикл полностью эавершается,Устройство переходит в статичный, рабочий, режим, который длится некоторое время (от минут в вечерний максимум нагрузки до часов во время провала нагрузки в ночное время) до тех. пор, пока 3О(t) не выйдет за пределы широкой эоны нечувствительности элемента 23. Если этой прои" зойдет, то начинает заполняться счетчик выдержки времени в схеме

26 разрешения переключения. Автоматический сброс времени выдержки (ус тановка триггеров счетчика в " нуль" происходит при возвращении «J0(t) в зону Е„., т.е. при t с t>>+. Если время нахождения До(1) эа пределами широкой зоны ) <- больше времени выдержки, то счетчик выдержки заполнится в соответствии с требуемым временем t 1 и схема 26 выдает сигнал Q. 26, который устанавливаеттриггер ЦИКЛ 67 в "единичное" состояние. Начинается очередной ре(1 3 2. фЪ) ц (, < 4 2. Цъ)ч (Цъ ц ) u(Ma<) v

v(59< М 2.) (ьЪЯа 2), 10?62

3. что свидетельствует о невозможности подключения группы 7 однофазных потребителей к фазе сети с отсутствующим напряжением, После восстановления нормального режима сети дешифратор 55 осуществляет перевод работы устройства из аварийного в нормальный режим путем снятия блокировочных сигналов с установочных R- u S-входов соответствующих триггеров 49-51 (тем 1о самым снимается запрет на управления триггерами по информационным 3 - и

К-входам).

Таким образом, введение дополнительных узлов в блок автоматики и

32 силовую схему в предлагаемом устройстве для автоматического переключения однофазных нагрузок в низковольтных . распределительных сетях приводит к уменьшению дополнительных потерь мощности и напряжения от несимметрии в сети эа счет ограничения токов нулевой последовательности; увеличению пропускной способности линий и трансформаторов; уменьшению ущерба от некачественной электроэнергии у потребителей- на 30-354; снижению эксплуатационных затрат при выравнивании нагрузок персоналом предприятий электрических сетей.

Л г

1026234

1026234 .

Составитель И.Мирошников

Техред М.Тепер . Корректор В,Гирняк

Редактор С. Юско

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4570/45 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5