Устройство для компенсации полного тока однофазного замыкания на землю

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ полного ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАЬИКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ по св. 813587, о тл ,и чающее с я тем, что, с . целью расширения функциональных возможностей и повьшекия Шстродействия, оно снабжено датчиком направления то„ ка 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 нидких частот,а другой - к входу блока умно жения,а вход датчика напрё1вления тока через инвертор соединен с выходом однофазного зависимого инвертора. со с: и о 00 00 сд 9КГ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) Н 02 Х 3 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 .ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬОТВУ (61) 813587 (21) 3400608/24-07 (22) 01.03.82 (46) 23. 09. 83. Вюл. Р 35 (72) В.К. Обабков, Ю.Н. Целуевский, В.В. Новиков, A.М. Носов, A.Â. Сапй-. лов, В.М. Ильин, Е. П ° Милешин ,и Г.И. Сивчиков ..(71) Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт и .Институт прикладной математики и мехайики AH украинской ССр. (53.) 621.316.925(088.8) (567 1. Авторское свидетельства СССР

Р 813587, кл. Н 02 J. 3/18, 1979.

„„SU„„1043785 А (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ

ПОЛНОГО ТОКА ОДНОЭАЗНОГО ЗЮагКАНИЯ

НА ЗЕМЛЮ по афт; св. В 813587, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повьваения быстродействия, оно снабжено датчиком направления то ка 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 умно жения,а вход датчика направления тока через инвертор соединен с выходом однофазного зависимого инвертора.ф I

1043785

Цель достигается тем, что устройство снабжено датчиком направления тока через инвентор и последовательно соединенньм фильтром низких частот, блоком коррекции, блоком умножения и блоком вычитания, причем один выход датчика направления тока через инвертор,подключен к входу фильтра низких частот, другой — к входу блока умножения, а вход датчика направления тока через инвентор соединен с.выходом однофаэного зависимого инвертора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема примера выполнения предлагаемого устройства;на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы, характеризующие работу устройства в сети с однофазным замыканием на землю; на фиг.4 пример выполнения корректирующего блока.

Устройство содержит дугогасящий реактор 1, включенный последовательно с ним однофазный зависимый инвентор 2, состоящий нз тиристорного моста 3 — 6 и блока 7 управления тиристорами 3 — 6. Инвентор 2 соединен с управляемым выпрямителем 8, зашунтированным диодом 9. С инвентором связан датчйк 10 направления тока i (t) через инвентор 2. B простейшем случае датчик 10 состоит из резистора 11 и связанного 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 первый вход блока 15 умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 10. Первый вход блока 16 вычитания подключен к входу управления устройства, а выход блока 15 соединен с .вторым входом блока 16 вычитания.

Устройство содержит также блок 17 распознавания режима замыкания, на, вход которого подано напряжение Е (1) смещения нейтрали, выход же его соединен с первым входом управляемого выпрямителя 8, к второму входу которого подключен. выход блока 16 вычитания.

Кривые 18. — 21 на фиг. 2 изображают зависимости от времени соответственно тока, I(t) через дугогасящий реактор 1, его "постоянной" составляющей lO(t), напряжения ЕК(t) на инвенторе 2 и "постоянной" составляющей Ек (с) этого напряжения.

На фиг. 3 кривые 22 и 23 аналогичны кривым 18 и 19 на фиг. 2, а кривые

24 - 30 показывают соответственно сигналы U (t) на выходе корректирующего блока 14, ()(t) на выходе блока

15 умножения, uo(t) на выходе блока

16 вычитания, а также напряжение (t) на инверторе 2 и его "постоян34.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для компенсации емкостной и активной составляющих тока однофаэного заьыкания на землю и полного гашения перемешающихся дуг в трехфазных электрический сетях с неэаземленной нейтралью.

По основному авт. св.9 813587 известно устройство для компенсации полного тока, содержащее дугогьсящий реактор, включенный в нейтраль сети, 10 однофаэный зависимый инвертор,подключенный к дугогасящему реактору, управляемый выпрямитель, соединенный с источником напряжения, выход которого зашунтирован встречно включен- 5 ным диодом и подключен к входу упомянутого инвертора, а также блок распо-знавания режима замыкания, выход которого соединен с первым входом управляемого выпрямителя.

Данное устройство представляет собой, по сути дела, нелинейное отрицательное сопротивление, отдающее в контур нулевой последовательности энергию, которая расходуется на возмещение активных потерь в компенсирующем реакторе и изоляции сети, и таким образом, совместно с компенсирующим реактором у стра ня ет и емко ст ную и активную составляющие тока однофаз- ного замыкания (1).

Однако отрицательное сопротивление инвертора проявляется.. не только по отношению к колебательной составляющей,на частоте сети, но и по отноше" нию к неколебательной (постоянной ) 35 составляющей тока через дугогасящий реактор. Вследствие этого в сети с. устойчивым (глухим )однофазным замыканием уменьшается сопротивление постоянному току в цепи: дугогасящий 4g реактор - источник поврежденной фазы - место замыкания - инвертор,что затягивает апериодический переходный процесс при возникновении замыкания, снижает быстродействие компенсации и ухудшает условия электробеэопас ности.

Кроме того, нри малых сопротивлениях замыкания возможна потеря устой» чивости в системе сеть - инвентор.

При этом напряжение на инвенторе перестает менять знак, и через инвен. тор — дугогасящий реактор — место замыкания протекает ток неизменной полярности. Поскольку работа в подоб" ном режиме недопустима по условиям 55 эксплуатации сети, при потере устойчивости управляемый выпрямитель должен быть заперт. Таким образом, неизвестное устройство неработоспособно при малых сопротивлениях эамыка- щ ния, что сужает его функциональные воэможности.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей и повышение быстродействия устройства„

1043785 ную" составляющую E „(t ) как фуйкции времени.

Принципиальная схема корректирующего блока 14 (фиг. 4 ) содержит операционный усилитель 31, конденсаторы

32 — 35 и резисторы 36 — 38. 5

Устройство работает следующим образом.

В режиме однофазного замыкания блок 17 распознавания режима замыкания подает на первый вход управляе-. 10 мого выпрямителя 8 сигнал Z(t) разрешающий появление на выходе упрайляемого выпрямителя напряжения Н (t),равного — 0р () ° (1) f5 где и р (» ) - напряжение, подаваемое на второй вход управляемого выпрямителя 8. Сигнал Uo (t) преобразуется инвентором 2 в напряжение Ek (t) (2) Ek(t) = H(t) sign )(с) направленное встречно току i(с),.протекающему через дугогасящий реактор

1. Вследствие этого инвентор 2 отдает энергию в контур нулевой последовательности сети, или, иными словами, обладает отрицательным сопротивлением.

Благодаря возмущению инвентором ЗО активных потерь в контуре нулевой последовательности, происходит комПЕнсация не только емкостной,но и активной составляющей тока однофаэного..замыкания. полная компенсация наступа- 35 ет при соответствующей настройке индуктивности L дугогасящего реактора !.. н напряжения Н, определяемого (в конечном итоге ) сигналом Ue(t) =U t,(t) ..

Продолжим рассмотрение работы 40 устройства в предположении, что выход блока 15 умножения отключен от второго входа блока 16 вычитания,.

Контур нулевой последовательности сети с предполагаемым устройством,.: при работе в режиме глухого замыкания через малое сопротивление может оказаться неустойчивым по неколеба- . тельным составляющим. токов и напряжений. Иеханиэм этого явления пояс-. няется на фиг. 2. Так как напряжение 50

E<(t) на инвенторе 2 меняет знак сйнхронно со сменой знака током l(t) через компенсирующий реактор 1, то при появлении в токе !(t) (фиг.2, кривая 18) даже небольшой "постоян- 55 ной" составляющей,(р(t) (фиг. 2, кри:вая 19) приводит к изменению скважности Бимпульсов в напряжении Е «(й) (,фиг. 2, кривая 20). На инверторе 2 скважность S отклоняется от значения..gp

Вследствие этого в укаэанном напряжении также появляется "постоянная", ;составляющая Е О (t) (фиг. 2, кривая

21). Данная составляющая, в свою очередь, вызывает дополнительный 6

"постоянный" ток, замыкающийся по цеп» ннвертор 2 — дугогасящий реактор 1 место замыкания. увеличивающий "постоянную" составляющую р(t ) тока . ! (), как следствие возрастает "по - стоянная" составляющая Е р с) в напряжении Е (й)и т.д. В ре.эультате

k при соблюдении неравенства р / (3) где !щ - амплитуда переменной состав ° ляющей в токе через дугогасящий реактор 1; активное сопротивление дугогасящего реактора 1; !!и - сопротивление места замыкания, "постоянная" составляющая р() может нарастать до величины

io,ðàâíîé !oH(R йр) " как это показано на фиг. 2, что и означает потерю устойчивости по "постоянному" току. Переключения инвертора 2 при этом прекращаются (момент t „ на фиг.2), так как ток !(t) не меняет направления. Данный режим характеризуется значительным увеличением . суммарного тока через место замыкания. Если же неравенство (3) не выполняется, тем не менее процесс затухания "постоянной" составляющей затягивается, а укаэанное обстоятельство существенно снижает условия электробезопасности в тех случаях, когда роль "постоянной" составляющей играет свободная составляющая тока

i(t), возникающая в момент однофазного замыкания иа землю и имеющая значительную величину.

Рассмотрим теперь работу устройства при наличии в токе !(t) значительной постоянной составляющей. При этом считаем, что условно разорван-ная ранее связь между выходом блока

15 умножения и вторим входом блока вычитания восстановлена. Временная диаграмма работы устройства в укаэанном случае показана на фиг. 3. При наличии "постоянной" составляющей

iр(t) s токе i(t) через дугогасящий реактор 1 скважносгь S импульсов в сигнале y(t) на выходе датчика 10 у(t) = ы gni(t) отклоняется от значения S=2 (фиг. 2, кривые 22-24).

Вследствие этого в сигнале y(t) также появляется "постоянная" составляю-. щая, которая выделяется фильтром 13 низких частот. Укаэанный фильтр может быть выполнен как в виде линейного звена, так и в виде устройства,! дискретным по времени съемом информации. Выделенная ".постоянная" составляющая в виде сигнала 0"(с), пройдя через корректирующий .блок 14, предназначенный для улучшения динами.ческих характеристик устройства, поступает на вход блока 15 умножения, где умножается на прямоугольный сиг.

1043785 г нал y(t ) давая в результат: сигнал

0(t), равный 0 (с) = U(t) sign (t) .

График сигнала 0(t) изображен на фиг. 3, кривая 27. Укаэанный сигнал вычитается иэ сигнала О {t) управления посредством блока 16 вычитания, формируя сигнал,un(t), показанный на фиг.3 (кривая 28), и поступающий на второй вход управляемого выпрямителя 8. По.скольку напряжение И(t) питающее ин— ! вертор 2, равно 10

ii(t)-КОО() K{u 0(с) - 0(t) sign (1:)3 то напряжение EK. (t) H(t) sign (t) оказывается модулированным по ампли- 15 туде: амплитуда полупериадов с большей длительностью уменьшается, а амплитуда полупериодов с меньшей длительностью увеличивается (фиг. 3, кривая 29 ). Вследствие этого в напря- 20 жение Eit(t) на инверторе 2, равном

Е K(t) K)0 f(t)- 0 (t) sign (t)) sign (t)*

=KU (t) sign (t)- KU(t) образуется компенсирующая "постоян- . ная" составляющая Е к = - KU(t),íà.правленная встречно "постоянной" составляющей ь (t ) тока (t ), что способствует скорейшему ее з атуханию. - 30

Аналогичным образом подавляются и малые отклонения "постоянной" составляющей тока i,(t) от нуля, благодаря чему контур нулевой последовательности оказывается устойчивым по постоян-35 ному току.

После исчезновения "постоянной" составляющей !О(t) в токе i{t) сигналы u+ (t), u (с) и u (t) становятся рав. ными нулю, сигнал Uo повторяет сиг- @ нал управления 00{ ) и свойства устройства снова определяются выраже-. ниями {1) и (2)

Таким образом, предлагаемое устройство создает в контуре нулевой 45 последовательности как отрицательную обратную связь по постоянному току, так и положительную обратную связь по переменному току предназначенную для компенсации активной составляю- 50 щей, т.е. предлагаемое устройство является нелинейным положительным сопротивлением для постоянного .тока, сохраняя свойства отрицательного со- противления для переменного тока.

Следует заметить, что большие зна- чения коэффициента усиления в контуре компенсации "постоянной" составляющей ухудшают его динамические характеристики и могут привести к автоколебаниям.

Для устранения указанного свойства в устройстве предусмотрен корректирующий блок 14.. Его структура и параметры определяются свойствами . фильтра 13 низких частот и диапазо ном изменения параметров сети. Так, для случая типичной распределительной сети 6 кВ с емкостными токами от 30 до 100А и в случае применения 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.Приведенная схема реализует следующую передаточную функцию:

w (o) =-

Ry где O=d/dt - оператор дифференцирования;

"2R C + RгС 1

Т и !% с.! (C,! + 2Q) (2R>CQ R>C> ) т =гя„с4

Т4 83сз

С1- емкость конденсаторов 32 и 33, С,С вЂ” соответственно емкости конден. саторов 34 и 35.

R - R - соответственно сопротивления резисторов 36 и 38.

Использование предлагаемого устройства позволяет устранить свойство потери устойчивости по постоянному току при малых сопротивлениях замыкания и этим расширить его функциональные возможности и повысить надеж. ность функционирования.

Кроме того, положительное сопротивление постоянному току, вносимое данным устройством в контур нулевой последовательности сети, увеличивает

) общее сопротивление контура постоянному току, что способствует быстрому затуханию экспоненционального перехода процесса, возникающего в сети после замыкания фазы на землю, и, таким образом, улучшает условия злектробезопасности при эксплуатации электрических сетей и установок потребителей электроэнергии.

Применение систем автоматической компенсации полного тока однофазного замыкания на землю, построенных на основе предлагаемого устройства, позволит существенно повысить надежность и безопасность электроснабжения в сетях с незаземленной нейт- ралью.

1043785

Составитель О. Наказная

Редактор A. Шандор ТехредТ.Фант Корректор О.Тигор

Заказ 7353/59 Тираж б17 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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