Устройство для подавления феррорезонансных процессов
Владельцы патента RU 2339141:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU)
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для борьбы с феррорезонансом в различных сетях переменного тока. Технический результат - подавление феррорезонансных процессов как в высоковольтных сетях с распределенной емкостью, так и в низковольтных RLC-цепях с сосредоточенными параметрами и индуктивностями с нелинейными веберамперными характеристиками. Устройство для подавления феррорезонансных процессов содержит источник питания переменного тока (1), к выходам которого подключена последовательная цепь из резистора (2), конденсатора (3) и катушки индуктивности (4) с нелинейной веберамперной характеристикой, параллельно конденсатору (3) подключены последовательно соединенные ограничительный резистор (5) и пороговый блок (6). 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для борьбы с феррорезонансом в различных сетях переменного тока.
Известно устройство для подавления феррорезонансных процессов в электрической сети с эффективно заземленной нейтралью, которое содержит коммутационный аппарат с цепью управления, трехфазный трехобмоточный трансформатор напряжения, выпрямитель, пороговый элемент, элемент времени, балластные резисторы (SU 1480007, Н02Н 9/04, 1987). При возникновении в сети феррорезонансного процесса возрастает напряжение на выходе выпрямителя, срабатывает пороговый элемент, элемент времени и коммутационный аппарат подключает балластные резисторы к трансформатору.
Основными недостатками данного устройства являются его сложность и инерционность действия из-за необходимости согласования работы этого устройства во времени с работой релейной защиты при несимметричных коротких замыканиях в сети.
Известно устройство для подавления феррорезонанса в сетях 110-330 кВ, содержащее последовательно соединенные источник питания переменного тока, конденсатор, катушку индуктивности и резистор (Назаров А.И. Ограничение феррорезонансных перенапряжений в сетях 110-330 кВ. - Энергетика и электрификация, Киев, 1981, №1, с.29-33). Конденсатор является эквивалентом суммарной емкости между контактами выключателей, отключивших ошиновку, и емкости на землю отключенной ошиновки, катушка индуктивности отображает нелинейную индуктивность трансформатора напряжения, а резистор - активное сопротивление обмотки трансформатора. Во время ненасыщенного состояния индуктивности ток через обмотку трансформатора очень мал и не влияет существенно на напряжение конденсатора, которое остается почти постоянным. На этой стадии потокосцепление индуктивности изменяется и достигает порога насыщения, после чего индуктивность скачком уменьшается до значения, соответствующего насыщенному состоянию магнитопровода, и в контуре начинается переходный процесс относительно высокой частоты, приводящей к быстрому изменению напряжения на конденсаторе. Чтобы подавить феррорезонанс, необходимо разрядить конденсатор. Данное устройство принято за прототип.
Недостаток этого устройства для подавления феррорезонанса в сетях 110-330 кВ заключается в том, что линейный элемент - резистор, используемый для подавления феррорезонанса лишь на короткий период времени переходных процессов после отключения присоединений от шин распределительного устройства, продолжает влиять на характеристики общей схемы на значительном интервале времени.
Задача изобретения - создать устройство для подавления феррорезонансных процессов как в высоковольтных сетях с распределенной емкостью, так и в низковольтных RLC-цепях с сосредоточенными параметрами и индуктивностями с нелинейной веберамперной характеристикой.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для подавления феррорезонансных процессов, содержащее источник питания переменного тока, к выходам которого подключена последовательная цепь из резистора, конденсатора и катушки индуктивности с нелинейной веберамперной характеристикой, введены ограничительный резистор и пороговый блок, которые соединены последовательно друг с другом и подключены параллельно конденсатору.
Для снижения напряжения на конденсаторе пороговый блок содержит диод и стабилитрон, причем катод диода соединен с катодом стабилитрона, а аноды диода и стабилитрона являются выводами порогового блока.
Пороговый блок может быть выполнен в виде диодного моста со стабилитроном в диагонали, объединенные катоды диодов соединены с катодом стабилитрона, а точки соединения катодов и анодов диодов в мосту являются выводами порогового блока.
Пороговый блок может быть выполнен в виде варистора.
Технический результат достигается за счет того, что при создании условий возникновения феррорезонанса в RLC-цепях с индуктивностями с нелинейной веберамперной характеристикой (кратковременное повышение рабочего напряжения выше допустимого, импульсное перенапряжение грозового или коммутационного происхождения) пороговый блок ограничивает напряжение на конденсаторе до уровня, при котором поддержание нелинейного процесса в цепи при рабочих значениях питающего напряжения становится невозможным.
На фиг.1 представлена схема устройства. На фиг.2, 3, 4, 5 представлены варианты выполнения порогового блока.
Устройство для подавления феррорезонансных процессов содержит источник питания переменного тока 1, к выходам которого подключена последовательная цепь из резистора 2, конденсатора 3 и катушки индуктивности 4 с нелинейной веберамперной характеристикой, параллельно конденсатору 3 подключены последовательно соединенные ограничительный резистор 5 и пороговый блок 6.
На фиг.2 представлена схема порогового блока 6, которая состоит из диода 7, катод которого соединен с катодом стабилитрона 8, а анод диода 7 и анод стабилитрона 8 являются соответственно входом и выходом порогового блока 6.
На фиг.3 пороговый блок 6 содержит диодный мост со стабилитроном 8 в диагонали, объединенные катоды диодов 7, 9 соединены с катодом стабилитрона 8, а точки соединения катодов и анодов диодов 7, 11 и 9, 10 являются выводами порогового блока 6.
На фиг.4 пороговый блок 6 выполнен в виде варистора 12.
Работа схемы (см. фиг.1) осуществляется следующим образом.
В нормальном режиме (при отсутствии импульсных перенапряжений грозового, коммутационного или иного происхождения, а также кратковременных повышений питающего напряжения выше допустимого уровня) напряжение на конденсаторе 3 не превышает уровень срабатывания порогового блока 6, в результате через пороговый блок 6 какой-либо ток не протекает, а пороговый блок 6 не изменяет параметры схемы и не оказывает никакого влияния на ее работу.
При возникновении в цепи импульсных перенапряжений грозового, коммутационного или иного происхождения, а также кратковременных повышений питающего напряжения выше допустимого уровня в некоторый первоначальный момент возникает такая частотная составляющая при возрастании возмущающего напряжения, при которой реактивные сопротивления конденсатора 3 и катушки индуктивности 4 (трансформатора) становятся одинаковыми по величине и обратные по знаку. В этот момент времени сопротивление цепи определяется только резистором 2, ток в цепи резко возрастает до уровня, ограничиваемого сопротивлением резистора 2, катушка индуктивности 4 переходит в состояние глубокого насыщения с малым индуктивным сопротивлением. Из-за перераспределений падений напряжений на элементах цепи уровень напряжения на конденсаторе 3 быстро растет лишь до уровня срабатывания порогового блока 6, и при прекращении действия в цепи возмущающего напряжения феррорезонансный процесс в ней не поддерживается, т.к. энергии конденсатора 3 с ограниченным пороговым блоком 6 уровнем напряжения совместно с источником питания переменного тока 1 при векторном их сложении становится недостаточно для введения катушки индуктивности 4 в состояние насыщения. Уровень срабатывания порогового блока 6 задается стабилитроном 8 (фиг.2, 3) или варистором 12 (фиг.4), при этом схема порогового блока 6 по фиг.2 срабатывает только при определенной одной мгновенной полярности возмущающего напряжения, а схема порогового блока 6 по фиг.3 срабатывает при любой мгновенной полярности возмущающего напряжения. Схема с варистором 12 проще и дешевле, но из-за разброса параметров варисторов область ее применения может быть ограничена.
Работоспособность устройства для подавления феррорезонансных процессов проверена в лабораторных условиях на макете RLC-цепи, содержащем типовые промышленные элементы аппаратуры тональной рельсовой цепи, используемые в железнодорожной автоматике. Импульсные перенапряжения генерировались коммутацией RLC-цепи. Без устройства гашения феррорезонансных процессов RLC-цепь входила в состояние феррорезонанса при тех характеристиках напряжения, которые применяются в типовых схемах тональных рельсовых цепей с RLC элементами, при этом токи в RLC-цепях увеличивались примерно в 12 раз. При подключении устройства для подавления феррорезонансных процессов такого явления не наблюдалось.
1. Устройство для подавления феррорезонансных процессов, содержащее источник питания переменного тока, к выходам которого подключена последовательная цепь из резистора, конденсатора и катушки индуктивности с нелинейной веберамперной характеристикой, отличающееся тем, что параллельно конденсатору подключены последовательно соединенные ограничительный резистор и пороговый блок.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пороговый блок содержит диод и стабилитрон, причем катод диода соединен с катодом стабилитрона, а аноды диода и стабилитрона являются выводами порогового блока.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пороговый блок содержит диодный мост со стабилитроном в диагонали, причем объединенные катоды диодов соединены с катодом стабилитрона, а точки соединения анодов и катодов диодов в мосту являются выводами порогового блока.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пороговый блок выполнен в виде варистора.
