Способ защиты распределительной электросети с нелинейной нагрузкой и силовым фильтром от перегрузки токами резонансной частоты и устройство для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU» 1 37965

А1 (gI) 4 Н 02 Н 7/28,,)3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3656375/24-07 (22) 28.10.83 (46) 15.09.87. Бюл. № 34 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) В.A.Ïîíàìàðåâ, В.В.Точилин, С.Н.Черевань и К.А.Полуботко (53) 621.316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 771788, кл. Н 02 Н 3/00, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 580608, кл. Н 02 Н 3/00, 1969. (54)(57) СПОСОБ ЗАЩИТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСЕТИ С НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ И CHJIOBbIM ФИЛЬТРОМ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ТОКАМИ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЫ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1. Способ защиты распределительной электросети с нелинейной нагрузкой и сиповым фильтрам от перегрузки токами резонансной частоты, по которому измеряют ток электросети, выделяют в нем, ток резонансной частоты, сравнивают выделенную составляющую с заданным порогом и в случае превышения его выделенной составляющей формируют сигнал на отключение силового фильтра, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения надежности функционирования путем увеличения чувствительности и селективности, дополнительно измеряют ток упомянутой нелинейной нагрузки, выделяют в нем величину тока резонансной частоты и используют эту выделенную составляющую в качестве упомянутого порога.

2. Устройство для защиты распределительной электросети с нелинейной нагрузкой и силовым фильтром от перегрузки токами резонансной .частбты, содержащее в каждой из трех фаз первый датчик тока электросети с подключенным к его выходу первым фильгром высших гармоник, исполнительный орган, подключенный к его входу, блок сравнения, к первому входу которого через последовательно соединенный первый интегратор и первый выпрямитель подключен выход первого фильтра высших гармоник, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью увеличения чувствительности устройства, дополнительно введены второй датчик тока в цепи нелинейной нагрузки с подключенным к его выходу вторым фильтром высших гармоник, выход которого через соединенные последовательно второй выпрямитель и второй интегратор подключен к второму входу упомянутого блока сравнения, а выход упомянутого исполнительного органа подключен к отключающему входу выключателя в цепи силового фильтра.

l 337965

Изобретение относится к»lexòðîтехнике, н частности электроснабжению промпредприятий, и может быть использовано при выполнении защит распределительных сетей 6-20 кВ, питающих нагрузки с нелинейными характеристиками: тиристорные электропривода переменного и постоянного тока, дуговые сталеплавильные и руднотермические печи и т.д.

Изне стно устройство цля выделения аварийной составляющей электрической величины при повреждении электрической сети, содержащее входной трехфазный сумматор, подключенный входом к датчику контролируемого сигнала, блок для расчета попранок, два выхода которого подключены через интеграторы к двум входам трехфазного интегратора синусоидальных колебаний, выход которого подктгючен к инвертированному входу указанного сумматора и первому дополнительному «ходу блока расчета поправок, блок коррекции частоты, включенный. между «ыходами одного из интеграторов и третьим входом генератора синусоидальных колебаний, который выделяет аварийную составляющую тока и при достижении последней заданной «еличины дает сигнал на отключ(. ппе (к «режденного участка сети C lg .

Недостатком ук; (анного устройства защиты распределительной сети переМЕННОГО TOK;l яН I«eтСя НЕЧуВСтВИтЕЛЬность к нозникно«ению резонансных явлений между индуктиг ностью сети и емкостью конденсаторгп гх батарей (КБ), подключаемых к сети фильтров, если одновременно от этой сети питаются потребители с резконелинейной харак— теристикой н ниде тиристорных преобразователей и.ш металлургических печей. В процессе эксплуатации возможна расстройка фильтра от его резонансной частотbl за счет изменения индуктивных и емкостных сопротивлений фильтра при изменении температуры и частоты питающей сети, а также выхода из строя отдельных конденcàòoðон или межнитконых замыканий в реакторе фильтра. При емкостHoM характере расстройки фильтра возможны значител«ные возрастания тока «ысшей гармоники в цепи филы ра и питающей сети н сравнении с суммарным током этих .I e гармоник потребителя с нелинейной характеристикой. При этом двигатели переменного тока недоиспользуются по мощности за счет появления больших токов обратьoi последовательности, а конденсаторы, питающие кабели и реакторы перегреваются, т.е. появляется необходимость н отключении фильтров.

Известен способ защиты распредели10 тельной сети, при котором измеряют снерхток, выделяют высшие гармоники в нормальном и аварийном режимах и при отклонении указанных величин от заранее заданных производят отключение сети с ускорением по времени (.2).

Известно и устройство защиты распределительной сети, содержащее датчик тока сети, токовое реле, уставку которого настраивают по условию чув20 ствительности, а также фильтр высших гармоник, логический элемент НЕ и дна элемента ИЛИ, реле времени, причем на выходе датчика тока включены параллельно токовое реле и фильтр

2(«ысших гармоник, на выходе которых собрана логическая схема, обеспечи«ающая отключение поврежденного участка сети без выдержки времени (2) . (30 ll» остатками известных способа и устройства являются нечувствительность защиты распределительной сети к возникновению резонансных явлений между индуктинностью сети и емкостью конденсаторной батареи, подключаемых к сети филы ров, неселективность данного способа защиты в сетях с потребителями, имеющими нелинейную характеристику,- так как уровень высших

40 гармоник и, следовательно, коэффициент искажения потребляемого тока в пормальньгх режимах намного выше, чем при коротком замыкании (КЗ) на стороI(e 0,4 кВ подключенного к этой сети трансформатора. Поэтому при КЗ на стороне 0,4 кВ происходит одновременное отключение распределительной сети беэ выдержки времени.

Цель изобретения — повышение наВб дежности функционирования путем увеличения чунстнительности и селективности защиту.

Цель достигается тем, что в способе защиты распределительной электросети с нелинейной характеристикой нагрузки и сило«ым фильтром от перегрузки токами резонансной частоты, rIo которому измеряют ток электросети, выделяют в нем ток резонансной часто13379» тьr cрл»»r»r»âëìT вы,»елеииую сAeтлнляющую е»лдлииым порогом и н случле превышения его выделенной составляющей формируют сигнал на отключение силового фильтра, дополнительно измеряют ток упомянутой нелинейной на— грузки, выделяют в ием величину тока резонансной частоты и используют эту выделенную составляющую н качест- гр ве упомянутого порога.

В известное устройство для защиты распределительной электросети с нелинейной нагрузкой и силовым фильтром от перегрузки токами резонансной час- 15 тоты, содержащее в каждой из трех фаз первый датчик тока электросети с подключениь»м к его выходу первым фильтром высших гармоник, исполнительный орган и подключе»шьп» к его входу блок »р сравнения, к первому входу которого через последовательно соединения»A пер— вый интегратор и первый выпрямитель подключен выход первого фильтра высших гармоник, дополнительно введены 35 второй датчик токл в цепи нелинейной нагрузки с подключенным к его выходу вторым фильтром нысших гармоник, выход которого через соединенные после— довательно второй выпрямитель и вто- »р рой интегратор подключен к второму входу упомянутого блока сравнения, а выход упомянутого исполнительного органа подключен к отключающему входу выключателя в цепи силового филь»рл.

Сущность предлагаемого способа злщиты распределительной сети с силовым фильтром и нелинейной характеристикой нагрузки заключается н том, что выделяют ток резонансной частоты на в Гр стройки сети и цепи нагрузки, сравнивают значения ныделенньгх резонлнсных токов, откл»»»чают силовой фильтр при превышении тока резонансной гармоники в рлспределительиой сети тока этой 45 гармоники, протекающей н цепи нагрузки.

На чертеже показана Структурнопринципиальнля схема устройства защиты распределительной сети с одним си- 5р ловым фильтром и нагрузкой в виде ду» говой печи и тиристорного электропривода, имеющих резко нелинейные характеристики.

Устройство содержг»т датчик 1 тока (трансформатор тока) распределительной сети 2, датчик 3 тока в цепи 4 нагрузки, каждый из датчиков тока через соответствунщие фильтры 5 и 6

Д .» высших гармоник, выпрямители 7 и 8 и иитеграторь» 9 и 10 подсоединены рлзделг ио на входы сравни»»лн щего узла 11, выход которого подсоединен через исполнительный орган 12 к управлян щему выключателю 13, включенному последовательно с силовым фильтром 14.

Защита распределительной сети с силовым фильтром и нелинейной характеристикой нагрузки осуществляется следующим образом.

При работе потребителя с нелинейной характеристикой, например вентильноro электропривода, иэ сети потребляется реактивная мощность и за счет коммутar»r»r» в преобразователе искажается форма питающего тока. При отсутствии силовых фильтрон ток в распределительной сети идентичен току в цепи нагрузки, а следовательно, и токи высших гармоник в сети и цепи наг.рузки равны между собой.

При подключении силового фильтра, настроенного на одну из гармоник, значение тока резонансной гармоники н сети уменьшается, поскольку для упомянутой глрмоники Hpåàëüíü»A фильтр представляет мллое сопротивление.

Степень фильтраиии определяется добротностью силового фильтра, качеством его настройки н резонанс и зависит от соотношения мощностей сети и уc» ilHQBpårr»þr» мощности конденсаторной батареи фг»лы рл.

В процессе эксплуатации возможна расстройка силового фильтра, которая может быть вызвана изме»»ением индуктинного или емкостного сопротивления элементов фильтра при изменениях температуры и отклонениях частоты сети от номинальной, а также вследствие межвитковых злмь»клиий в реакторе, ныхода из строя отдельных предохранителей в кондеислториой батарее и т.п.

При работе силового фильтра в распределительной свти с нелинейной характеристикой потребителя в случае его расстройки емкостного характера ток резонансной гармоники в сети может значительно преньппать ток гармоники в цепи нагрузки.

Лг»алогичное усиле»»ие резонансной или близлежащей к ией глрмоники может происходить и при и»гелльно настроенном фильтре вследствие параллельного резонанса индуктивного соСоставитель В. Молчанов

Техред Л.Олийнык

Еорректор М.Демчик

Редактор М.Дылын

Заказ 4)38/51

Тираж 617 Подписное

BHHH)IH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 противления сети с емкостным сопротивлением конденсаторной батареи, если конфигурация распределительной сети и ее сопротивление меняются неконтролируемым образом. Однако как в первом, так и во втором случаях ток резонансной гармоники цепи нагрузки практически остается неизменным, в то время как ток в электросети возрастает.

С помощью датчиков I и 3 тока (трансформаторов тока), установленных в распределительной сети 2 и цепи 4 нагрузки измеряют несинусоидальные токи. На выходе датчиков I и 3 тока для выделения резонансной гармоники

37965 б включены фильтры 5 и 6 соответственно.

Затем выделенные резонансные гар5 моники выпрямляются посредством выпрямителей 7 и 8, а затем выпрямленные значения резонансных гармоник интегрируются интеграторами 9 и 10 для исключения пульсаций и сравниваются

)р с помошью блока II сравнения. При превышении тока высшей гармоники в распределительной сети тока высшей гармоники, протекающего в цепи нагрузки, срабатывает исполнительный орган )2, 15 управляюший выключателем 13 в цепи силового фильтра )4, благодаря чему и повьшгается надежность функционирования.