Способ защиты электрических сетей и потребителей электрической энергии

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулируемых электроприводов с полупроводниковыми преобразователями энергии. Технический результат заключается в уменьшении практически до нуля величины потребляемого реактивного тока из сети, первой и внешних гармоник с сохранением непрерывной защиты по мгновенному значению напряжения сети и одновременно по всем фазам сети. Для этого в способ защиты электрических сетей и потребителей электрической энергии вводят последовательность подключений обкладок конденсаторов между фазами сети и нейтральным проводом при достижении тока конденсаторов заданных экстремальных значений.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулируемых электроприводов с полупроводниковыми преобразователями энергии.

Известен способ зашиты электрических сетей и потребителей электрической энергии (аналог), при котором в процессе работы одновременно с включением потребителей электрической энергии один электрический конденсатор не постоянно, а только в определенные промежутки времени подключают к фазам сети с частотой, пропорциональной произведению частоты сети на число фаз сети, причем к конденсатору каждый раз подключают на определенный промежуток времени только те две фазы сети, потенциалы которых на интервале времени подключения таковы, что линейное напряжение между этими фазами близко к амплитудному значению [1]. Недостатком указанного способа является загрузка энергосистемы высшими гармониками тока и отсутствие защиты по мгновенному значению напряжения сети, поскольку эффект защиты имеет место не постоянно, а только на отдельных интервалах времени, когда конденсатор подключен, и не по всем фазам сети одновременно, а каждый раз только по тем двум, линейное напряжение между которыми становится близким к максимальному значению, причем амплитуда тока высших гармоник возрастает с увеличением интервала времени защищенного режима.

Существует способ (прототип) зашиты электрических сетей и потребителей электрической энергии, при котором в процессе работы одновременно с включением потребителей электрической энергии электрические конденсаторы, число которых равно числу фаз сети, подключают к фазам сети постоянно на все время работы и отключают только при выключении электрической энергии [2]. Данный способ ограничивает спектр гармоник потребляемого из сети тока до одной первой гармоники и обеспечивает постоянную защиту по мгновенному значению напряжения и по всем фазам сети одновременно, при этом эффективность защиты возрастает с увеличением величины емкости конденсаторов. Недостатком указанного способа при массовом его применении является большая величина реактивного тока первой гармоники, которая вызывает перегрузку энергосистемы по току, причем необходимая для эффективной защиты величина реактивного тока первой гармоники возрастает с увеличением мощности энергосистемы, что приводит на практике к увеличению требуемой установленной реактивной мощности конденсаторов и, следовательно, к увеличению их требуемых габаритов.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в уменьшении практически до нуля величины потребляемого реактивного тока и первой и высших гармоник с сохранением непрерывной защиты по мгновенному значению напряжения сети и одновременно по всем фазам.

Для этого в способ, при котором в процессе работы одновременно с включением потребителей электрической энергии электрические конденсаторы, число которых равно числу фаз сети, подключают к фазам сети постоянно на все время работы и отключают только при выключении электрической энергии, вводят определенную последовательность высокочастотных подключений обкладок конденсаторов между фазами сети и нейтральным проводом. Указанная последовательность заключается в том, что в пределах повторяющегося цикла высокочастотных подключений обкладок конденсаторов первые их обкладки на первый короткий промежуток времени, в несколько десятков раз меньший периода напряжения сети, подключают к фазам сети, а вторые обкладки в тот же первый промежуток времени подключают к нулевому проводу сети, затем, при достижении тока конденсаторов заданного экстремального значения, в несколько десятков раз меньшего, чем эффективный фазный ток потребителя электрической энергии, вторые обкладки конденсаторов на второй, тоже короткий, промежуток времени, но отличающийся от первого по длительности, подключают к тем же фазам сети, к которым были подключены до этого первые обкладки в первый промежуток времени, а первые обкладки в тот же самый второй промежуток времени подключают к нейтральному проводу сети. После этого цикл повторяют. Сумма первого и второго промежутков времени, которые являются составляющими периода повторяющегося высокочастотного цикла переключений, зависит от заданного максимального значения тока конденсаторов, которое выбирают так, чтобы указанная сумма первого и второго промежутков времени всегда была в несколько десятков раз меньше периода напряжения сети. Соотношение первого и второго промежутков времени на каждом цикле высокочастотных переключений, поставленное в зависимость от заданного максимального значения тока конденсаторов, становится также зависимым от мгновенного значения потенциала фаз сети относительно нулевого провода. Доля промежутка времени, в течение которого первые обкладки конденсаторов подключаются к фазам сети, а вторые к нейтральному проводу, оказывается тем больше, чем больше средний за период цикла высокочастотных переключении потенциал фаз сети относительно нулевого провода. Доля же промежутка времени, в течение которого вторые обкладки конденсаторов подключается к фазам сети, а первые к нейтральному проводу, оказывается тем больше, чем меньше средний за период цикла высокочастотных переключении потенциал фаз сети относительно нулевого провода. При этом в течение действия положительной полуволны фазного напряжения сети первые обкладки конденсаторов в среднем оказываются преимущественно подключенными к фазам сети, а вторые к нейтральному проводу. При отрицательной же полуволне фазного напряжения сети вторые обкладки конденсаторов в среднем оказываются преимущественно подключенными к фазам сети. В результате среднее напряжение на конденсаторах будет оставаться постоянным и, следовательно, величина реактивного тока, потребляемая конденсаторами, будет равна нулю. Вместе с тем обкладки конденсаторов оказываются постоянно подключенными между фазами и нулевым проводом сети, постоянно защищая сеть и потребителей электрической энергии. Таким образом, введение в способ указанной последовательности подключения обкладок конденсаторов к фазам и нулевому проводу сети уменьшает до нуля величину потребляемого реактивного тока первой и высших гармоник с сохранением непрерывной защиты по мгновенному значению напряжения сети и одновременно по всем фазам.

Источники информации 1. Справочник по преобразовательной технике / Под ред. И.М. Чиженко. - Киев: Техника, 1978, с.245, рис.5.38.

2. Справочник по преобразовательной технике / Под ред. И.М. Чиженко. - Киев: Техника, 1978, с.245, рис.5.37.

Формула изобретения

Способ защиты электрических сетей и потребителей электрической энергии, при котором в процессе работы одновременно с включением потребителей электрической энергии электрические конденсаторы, число которых равно числу фаз сети, подключают к фазам сети постоянно на все время работы и отключают только при выключении электрической энергии, отличающийся тем, что вводят периодически повторяющуюся последовательность высокочастотных подключений обкладок конденсаторов между фазами сети и нейтральным проводом, так что в пределах повторяющегося цикла высокочастотных подключений обкладок конденсаторов первые их обкладки на первый короткий промежуток времени, в несколько десятков раз меньший периода напряжения сети, подключают к фазам сети, а вторые обкладки в тот же первый промежуток времени подключают к нулевому проводу сети затем при достижении тока конденсаторов заданного экстремального значения, в несколько десятков раз меньшего, чем эффективный фазный ток потребителя электрической энергии, вторые обкладки конденсаторов на второй, тоже короткий промежуток времени, но отличающийся от первого по длительности, подключают к тем же фазам сети, к которым были подключены до этого первые обкладки в первый промежуток времени, а первые обкладки в тот же самый второй промежуток времени подключают к нейтральному проводу сети, при этом сумму, всегда в несколько десятков раз меньшую периода напряжения сети, первого и второго промежутков времени, которые являются составляющими периода повторяющегося высокочастотного цикла переключений, ставят в зависимость от заданного экстремального значения мгновенного тока конденсаторов.