Устройство для компенсации емкостного тока замыкания на землю в сетях переменного тока

 

Изобретение относится к электро технике и тредиазначено для компенсации реактивной составляющей тока замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Цель изобретения - снижение энергопотребления ,, Это достигается за счет того, что в качестве ключей применены встречно-параллельно соединенные

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1) q Н 02 J 3/18, Н 02 Н 9/08

ВС (mn - !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

)д !

) >

И ABTOPCXOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 4094911/24-07 (22} 30,07.86 (46) 30.01.88. Бюл. Ф 4 (71) Волжское обьединение по производству легковых автомобилей и Донецкий политехнический инстнтуr (72) Г.И.Нико. ьский, И.С.Павленко, В.Ф.Солдатов и В.А.Кобазев (53) 621.318.43,072.31 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

748621, кл. Н 02 Н 9/08, 1980 °

Авторское свидетельство CCP

У 1092646, кл, Н 02 >l 9/08, !983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОИЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО TOKA ЗАМЫКАНИЯ HA ЗЕИЛО В

СЕТЯХ НЕРЕ1П!!НОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электро технике и предназначено для компенсации реактивной составляюцей тока амьпсаннь. на землю в электрических сетях с и=-олированной нейтралью. !!ель изобретения — снижение энергопотребления„ Эт.- достигается за счет того, что в качестве ключей применены встречно-параллельно соединенные

1370700 диоды и тиристоры. Управление ими при расстройке компенсации осуществляется постоянным током, а в режиме резонансной настройки — импульсами, формируемыми и момент максимума соответствующей полуволны напряжения нейтрали. Работу в таких режимах поИзобретение относится к электроэнергетике и предназначено для компенсации реактивной составляющей тока замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью.

Цель изобретения — снижение энергопотребления.

На фиг.l изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 — времен-.-г ные диаграммы процесса формирования управляющих сигнадов в устройстве для нормальн":го режима работы сети и прн однофаэном .. амыкании на землю.

Устройство содержит присоединительный трансформатор 1, дроссель 2, емкост:. 3 сети, трачсформатор 4 напряжения, понижаг;щчй трансформатор

5, конденсаторы 6.1 — 6.п, диоднотирис тор>>ые клю ;и 7 . l — 7, r>, блок 8 запрета протинснключения конденсаторов, логический элемент 2ИГИ 9, автоматический регулятор 10 настройки компенсации, бпак 11 кодирования команд управления, блоки 12,1-12,п выбора режима управ.гения клгочами и блоки 13.1-13." управления ключами.

Между нулевой точкой первичных обмоток трансформатора l и землей включен дроссель 2. Параллельно ему подключен понижающий трансформатор 5, к вторичной обмотке которого присоединены конденсаторы 6.1 — б.п через г,иодно-тиристорные ключи 7.1 — 7.п.

Емкость конденсаторов выбрана по закону геометрической прогрессии (1:2:

4: 8 и т.д.),а их число и определяе гся допустимой расстройкой компенсации.

Управляющие входы тиристоров соединены через блоки 13.1 — 13.п управления ключами с выходами блоков 12.1-12.п выбора режима управления ключами, первые входы которых соединены с выхо. зволяют обеспечить блок запрета протиновключения конденсаторов 8, логический элемент 2 ИЛИ 9, автоматический регулятор настройки компенсации 10, блок кодирования команд управления 11, блоки выбора режима управления ключами 12.1-12.п. 2 ил.

2 дами блока 8 запрета противовключения конденсаторон, нторые входы соединены с ныхолом логического элемента

2ИЛИ 9, а .ретьи входы присоединены к соответствующим выходам блока 11 кодирования команд управления, который предназначен для преобразования дискретного сигнала, поступающего на его управляющие входы от регулято10 ра 10, н цифровой двоичный код. Кроме того, выходы регулятора присоединеггы к входам логического элемента

2ИЛИ 9, На вход блока 8 запрета противоl5 включения конденсаторов подаетс> напряжение нейтрали U„ от вторичной обмотки трансформатора 5. Блок 8 состоит из последовательно соединенных фильтра !4 нижних частот, экстрема20 тора 15 и служит для определения момента прохождения напряжением нейтрали экстремальных значений.

Регулятор 10 формирует при расстройке компенсации сигнал 1"на од-— ном иэ своих выходов. Измерительные входы данного регулятора подключены к вторичным обмоткам трансфор. атора

Ф

4 напряжения, а выходы П перекомпенсация) и Н (недоукомпенгация) сгедч30 нень> с входами блока коднрона:ия :;оманд управления.

Блок 11 кодирования команд управления сг>с-:оит из генератора 16 -актовых импульсон, двух ло. нче .. .их

35 элемен ов 2И и 18 и N-разрядного ренерсинного двоичного счет.->нка !9.

Ца первые нхгды лог.. . †>и> эл:гиенloB

«И 17 и 18 поступают управляющие сигналы от регулятора 10, г на вторы"

40 входы этих элементов — нмпулг,co. от генератора 16. Вых>,гы пементон 17 и

18 подкл>очень: гооT>I >. > н.нно к Вхо3 13707, дам прямого и обратного счетчика !9, выходы которого являются выходами блока 11. Б..оки 12.1-12.п выбора режима управления ключами реализуют двухрежимный алгоритм управления тиристорами. Каждый блок содержит логический элемент ЗИ 20, логический элемент 2ИЛИ 21, RS-триггер 22, два логи. ческих элемента 2И 23 и 24, 10

Логический сигнал с блока 8 поступает на первые входы элементов 20 и

21, а сигнал с элемента 2ИЛИ 9 — на второй вход элемента 20 и первый вход элемента 23. Одновременно сигналы с выходов блока 11 подаются на третий вход элементов 20 и вторые входы элементов 23 и 24 соответствующих блоков 12. При этом входами блоков 12 являются входы логического элемента

ЗИ 20. Выходы элементов ЗИ 20 и 2И

23 подключены соответственно к S-входу и динамическому Й-входу триггера

22, выход которого соединен с вторым входом элемента 2ИЛИ 21. При этом 25 выход элемента 21 присоединен к первому входу элемента 2И 24, выход которого является выходом блока )2, Работа устройства в нормаяьном режиме сети и в режиме за»»ь»ка»»ия фазы на землю показана на временных диаграммах (фиг.2), где выходные. сигналы блоков н элементов устройства обозначены цифровыми индексами, соответствующими их номерам согласно фиг.1 ° Временные диаграммы иллюстрируют работу схемы управления первого тиристора, Импульсное управление тиристорами является наиболее экономичным из-за 40 мало» о потребления электроэнергии цепями управления.

В предлагаемом устройстве дополнительное использование постоянного тока для управления тиристорами вызвано 45 следующими обстоятельствами.

В нормальном режиме работы сети при расстройке компенсации напряжение нейтрали Uö может снижаться до

0„005 фазного напряжения сети 0Т

При этом напряжении ток через тиристоры меньше тока удержан»»я, поэтому для e» o надежного открывания необходимо подавать на управляющий электрод гостоянное. напряжение. Такой режим

55 управления необходим в течение времени настройки компенсации регуЛятором.

При резонансной настройке компенсации в этом режиме сети напряжение нейтраОо

4 ли U„ eH »Ho H H o»»H e»»»»»»ределах (0,1 — 0,15) U . В данном диапазоне напряжений при ймпульсиом управлении тиристорами синусоида тока конденсаторов практически не искажается.

В режиме замыкания фазы на землю и расстройках компенсации напряжение

U изменяется незначительно относиц тельно напряжения U<. Поэтому в данном случае тиристоры могут управляться импульсами тока как при резонансе, В так и при расстрбйках компенсации.

Однако, учитывая, что время расстройки компенсации незначительно, алгоритм управления тиристорами может быть оставлен таким же ° как и в нормальном режиме.

За исходное состояние схемы устройства принят режим, предшествующий резонансной настройке компенсации.

В этом случае на одном из выходов регулятора 10 и выходе элемента

2ИЛИ 9 присутствует сигнал "1", поэтому реверсивный счетчик 19 находится в режиме счета и на его первом выходе появляется прямоугольный импульс. Йягнал "1" присутствует также на выходах элементов 2И 23, 24 и триггера 22.

На выходе блока запрета противовключения конденсаторов в моменты прохождения максимума положительной полуволны синусоиды напряжения U„ формируются короткие прямоугольные импульсы, поступающие на первый вход элемента ЗИ 20. При наличии "1" на втором и третьем входах этого элемента на его выходе формируются кратковременные единичные ипульсы. Так как триггер 22 находится в единичном состоянии, то он не переключается от импульсов, поступающих на S-вход.

Напряжение с выхода элемента 2И 24 поступает на блок 13.1 управления ключом. В результате на управляющий электрод первого тиристора подается постоянное напряжение.

В момент времени й, устанавливается резонансная настройка устройства компенсации, поэтому исчезает сигнал на управляющих выходах регулятора 10 и элемента 2ИЛИ 9. Реверсивный счетчик переходит в устойчивое состояние и на его первом выходе сохраняется единичный сигнал. В этот же момент времени исчезает сигнал на выходе элемента 2И 23, что вызывает переключение триггера 22 из единичного состоя1 370700 ния в нулевое и появление на IIIlxoде элемента 2ИЛИ 21 коротких прямоугольных импульсов, поступающих с выхода блока 8 противонключения конденсатс6 ров.Эти импульсы формируются и момент максимума положительной полунолны синусоиды (момент времени tl) и поступают на первый вход элемента 2И

24. На второй вход этого элемента подается сигнал с первого выхода счетчика 19. В результате на выходе элемента 24 формируются кратковременные единичные импульсы, которые после усиления в блоке 13,1 поступают на управляющий электрод первого тиристора.

Таким образом, на тиристоры, включенные н соответствии с кодом, зафиксированным на выходах реверсивного счетчика, подаются короткие импульсы в моменты прохождения максимума положительной полуволны напряжения 0Ä, т.е. имеет место импульсный режим управления °

В режиме однофазного замыкания на землю, возникшего в момент времени 1, все элементы устройства компенсации работают аналогично нормальному реж.гму. Так, пси резонансн.й 30 настройке тирис -npII управляются импульсам .", л при „ясстройке компенсации на их управляющий электрод подается постоянноp напряжение, При рясстройке компенсации на вы° > ходах автоматического регулятора 10 и элемента 2ИЛИ 9 появляется си1 нал

1 . В результате на вход счетчика

19 поступают ст генерлтсра 16 тактовых импульсов Itмпульсы сче "а, в сo- qp ответствии с числом которых меняется его выходной код. На первом выходе счетчика 19 пон:tпяются прямсу-ольные импульсы. При нулевом сигнале ня этом выходе исчезает сигнал на выходе элемента 2И 24. Блок 12,1 выбора режима управления ключом переходит в исходное сос:ояние. Управляющий электрод тиристора отключается от источника питания и при ближайшем пе" rp реходе тока через нуль тиристор закрывается. Конденс ятор 6.1 через диод, включенный параллельно тиристсру, заряжается до няпрюкения U, равнсгс амплитуде напряжения нейтралн U„.

Г,!

С этого момента времени происходит саморазряд того конденсатора, Ключ 7.1 открывается в момент времени tq при. ".- впадении:сигналон с но: дя блока i, llpp гя прсти:-",;включения конденсаторов. Тяк кяк конденсатор 6.1 через диод зарядился до ямплитуды напряжения Оя, то t .pè открьгнлпии тиристсра ключа 7.1 нлг ряж- ния

РеТН и холден".;ITopà будет грактически рлвными, что нгклю:.лет броски зарядного тскл конденся-.op;.. В этот же момент времени появляется короткий прямоугольный импульс нл выходе элемента ЗИ 20. Этот импульс вызывает изменение состсячия триггера 22. Он переключается и через элемент 2ИЛИ 21 передает единичный сигнал пя первый вход элемента 24, который обеспечивает псдачу нл управляющий электрод тиристорл псстоянногс напряжения.

Отключение первого кл..чя npcucxol l l l дит Ilptt О цл нь; .o ñ реверсивногo счетчика 19. При этом происходит переключение триггера 22 в нулевое состояние отрицательным фронтом логическсгс сигналя, па сrупяющего с выходя элем нтя ?И 23. Блок !2 ° 1 выбора режима управления ключом возвращается в исходное положение„ При ближайшем переходе тока через: уль тирнстор

=.,àêðûâ, ется. При появлении "1" на ньгхсде счетчика 19 схема упрлнления первым гиркстсрсм рабстяет анллогичIIO .

lIpH достижении ре зснлнса исчезаРТ сн гнал рясстройки k а ньг.сдях автоматического регулятора О. Ренерсивный счетчик находится н ус гойчивом с:стоянии. На вьводях фиксируется код, соответствующтй мсм.нту исчезновения сигняля рясстсо;;ки компенсации. В соответствии с з-.нм кодом включен набор секцчй ксплен;яторсв ц .одно-тиристорными ключами, которьк. управляются кс роткими прямоугсльнымп импупьсами тока, Тяк как длительность существовяния рясгтройки компенсации емксс1ного rot я замыкания нл землю мялл, то рясхсп энергии ня гпрлнление тири."то .,. м ключей 7,1

7.п н предлагя -. tot! v.-трой..тв» нг-.зняЕ Чвtgt |й .3 .в. сбр l>o;., применение в пред.=, я» мсм устройстве двух реж; otl !.Паннония Tнристорсг — II ..IIl льсногс н постоянным напряженн< . — сбеспечи1, .," г сущестненнг е снижен .р. готребленпл лектрс энергии п,":и упранлеНИЯ, За СЧЕТ НВ .дов I H у< Т . OHCTBO

"..-,огяс-тиристорных к -» чей достигает1З О ОО ся значительное упрощение блока запрета противонключения конденсаторов.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для компенсации емкостного тока замыкания на землю в сетях переменного тока, содержащее включенный между нулевой точкой сети и землей дроссель, параллельно которому через понижающий трансформатор с помощью ключей присоединены конденсаторы, блок кодирования команд управления, входамм подключенный к управляющим выходам автоматического регулятора настройки компенсации, блоки управления ключами, выходы которых присоединены к управляющим входам одноименных ключей, блок запрета противовключения конденсаторов, вход 2б которого подключен на напряжение нейтрали сети, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения энергопотребления, в него введены логический элемент 2ИЛИ и блоки выбора ре- 25 жима управления ключами, первые входы которых подключены к выходу блока запрета противовключения конденсаторов, вторые входы — к выходу логического элемента 2ИЛИ и третьи входы к Зр одноименным выходам блока кодирования команд управления, причем входы логического элемента 2ИЛИ соединены с выходами регулятора автоматической настройки компенсации, выходы блоков выбора режима управления ключами включены к входам блоков управления ключами, каждый из которых состоит из встречно-параллельно соединенных диода и тиристора, а -блок запрета противовключения конденсаторов содержит последовательно соединенные фильтры нижних частот и экстрематор, у которого вход фильтра нижних частот является входом блока, а выход экстрематора — выходом блока запрета противовключения конденсаторов, причем блок выбора режима управления ключами выполнен в виде RS-триггера, логического элемента 2ИЛИ, двУх логи ческих элемейтов 2И, логического элемента ЗИ, входы которого являются входами блока, причем его первый вход присоединен к одноименному входу логического элемента 2ИЛИ, второй входк первому входу первого логического элемента 2И, третий вход — к вторым входам первого и второго логических элементов 2И, а выходы первого логического элемента 2И и логического элемента ЗИ, подключены соответствен«о к динамическому R-и 5-входам RS-триггера, выход которого соединен с вторым входом логического элемента

2ИЛИ, выходом присоединенного к первому входу второго логического элемента 2И, выход которого является выходом блока выбора режима управления.

1370700

Л вЂ” -1—

Див z

Составитель О.Чака зн я

Техред М.Иоргент,ы

Редактор E.Êoï÷à

Корректор Л,Пилнгеик .

Заказ 424/51

Тирлзк 649

ВНИИПИ Государственногэ комитета СС .,Р по делам изобретений и открьг ий

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

Подысное

Производственно-полиграфическое ь-.з=дг.: иятн», г.у;:.; ойдо,-, ул., ро к-,ная, 4