Устройство для электроснабжения потребителей переменным током

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву—

5 «4 ф

3 (51)М. Кл. (22) Заявлено 210227(21) 2454780/24-07 с присоединением заявки HP(23) Приоритет—

Н 02 7 3/00

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытий (53) УДК 621. 311. 4 (088.8) Опубликовано 0506.79 бюллетень М 21

Дата опубликования описания 0506.79 (72) Авторы изобретения

Л.A.Êó÷óìoâ и H.È.Óòåãóëîâ (71) Заявитель

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И.Калинина (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННЫМ

ТОКОМ

Изобретение относится к устройствам для передачи и распределения электрической энергии.

Стремление ограничить токи короткого замыкания в системах электроснабжения при возможно меньшей степени реактирования цепи питания в нормальном режиме привело к созданию многочисленных схем и устройств. В их числе схемы со сдвоенными реакторами в цепи питания, с токоограничивающими устройствами различных типов (1j.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению являются устройства электроснабжения переменным током, содержащие две секции сборных шин, подключенные через ветви сдвоенного реактора к источнику питания, и диоды, включенные между электропотребителем и одной секцией шин в прямом направлении и в обратном направлении между другой секцией шин и теми же потребителями (2) °

Данные, устройства обладают следующими недостатками:

1.Ток при коротком замыкании (кз) у электроприемника ограничивается, практически, только на первом полупериоде его протекания, то есть ограничивается только ударное значение тока. Действительно, установив шийся режим кз по своей природе ничем не отличается от нормального установившегося режима, описанного выше, но характеризуется многократным ростом величин токов. Расчеты показывают, что в реальных условиях переход к установившемуся режиму кз в устройстве (2) будет проходить за время

0,02 — 0,05 сек.

2.При кз на сборных шинах устройства не ограничивается даже ударное значение тока. Действительно, при кз на одной секции шин и при положительной величине ЭДС источника питания и противо ЭДС двигателей нагрузки, все диоды устройства находятся в проводящем состоянии, ветви сдвоенного реактора оказываются закороченными не ограничивается ни ток подпитки, от системы, ни ток подпитки от вращающейся нагрузки.

3.Вследствие того, что в устройстве электроснабжения принципиально не ограничиваются токи кз на секциях сборных шин, подключение электроприемников возможно только через ббббОб диоды - подключение их к шинам через обычные выключатели недопустимо.

Целью изобретения является создание системы электроснабжения, в которой бы осуществлялось надежное ограничение токов короткого замыкания как электропотребителей, так и 5 на секциях сборных шин, быстрое отключение этих токов, а также обеспечивалась возможность подключения электроприемников непосредственно к сборным шинам через контактные f0 выключатели.

Указанная цель достигается благодаря тому, что в устройстве для электроснабжения потребителей переменным током, содержащем источник питания, подключенный к сборным шинам через сдвоенный реактор, и вентили, включенные разнонаправленно между потребителем и каждой из секций шин,указанные вентили выполнены управ" ляемыми, а между зажимами ветвей сдвоенного реактора включен допол" нительный вентиль таким образом,что полярность его подключения согласна полярности вентиля потребителя, подключенного к той же секции шин, 25 что и данная ветвь реактора.

Кроме того, между ветвями сдвоенного реактора и секциями сборных шин указанного устройства для электроснабжения могут быть включены допол- 30 нительные управляемые вентили с полярностью,согласной полярности включения вейтилей в цепях потребителей.

Кроме того, между секциями сборных шин может быть включен дополнитель- . 35 ный вентиль, например диод с полярностью, согласной полярности вентилей в цепях реактора.

На фиг.1,2 и 3 изображены принци". пиальные схемы (в однолинейном начер- 40 тании) устройства для электроснабжения, где: 1 - источник питания; 21 и 2>- ветви сдвоенного реактора;

3 и 4 — секции сборных шин; 5, 5,...

5д - управляемые вентили в цепях электроприемннков; 6« 6> 6 — выключатели в цепях нагрузки; 7 - вентиль на зажимах ветвей сдвоенного реактора; 8 и 9 — управляемые вентили; 10 - вентиль, включенный между секциями сборных цепей; 11 — выключатели н фидерах нагрузки, присоединенных к одной из секций сборных цепей. В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве по фиг.l в цепях электропотребителей включены управляемые вентили 5< — 5„, найример тиристоры, а между зажимами ветвей

2<и 2 сдвоенного реактора включен вентиль 7, который может быть как 60 неуправляемым (диодом), так и управляемым (тиристором). Кроме того, в изобретении могут быть исключены выключатели в цепи нагрузки — их функции будут выполнять управляемые 65 вентили 5 — 5, Установку ныключателей можно оправдать, например, в том случае, когда за вентильной группой 5 имеется. дополнительная секция сборных шин для подключения нескольких электроприемников малой мощности с выключателяья нагрузки .

В нормальном установившемся режиме включение электроприемников производится путем замыкания выключателей б и подачи на вентили 5 отпирающих сигналов упранления. Поскольку на каждой из ветвей

2 и 2 реактора при указанном на фиг.1 соединении вентилей включены, посуществу, однополупериодные выпрямители, в контурах, образованных ветвями реактора и соответствующими парами нентилей 5, начинают развиваться постоянные токи. При невысокой добротности реактора величина постоянной составляющей тока н каждой иэ ветвей реактора становится близкой к половине амплитуды тока н цепи питания. В вентилях 5 создается такое постоянное по величине смещение тока, при котором в любой момент времени обеспечивается одновременная проводимость, по крайней мере, одной из пар вентилей 5. В результате достигаются эффекты выравнивания потенциалов секций сборных шнн 3 и 4 и нормальной работы электроприемников при равномерной загрузке переменным током ветвей сдвоенного реактора. Вносимое в цепь питания индуктивное сопротивление при этом равно Хр - Х

41 - Кс):2, где Хр- индуктивйое сопротивление ветви реакторау K — коэффициент электромагнитной связй между ветв ями.

В нормальном режиме ток через вентиль 7 не проходит, поскольку к этому вентилю не прикладывается напряжение с положительной полярностью.

Прн коротком замыкании на шинах электроприемника, например, за вентилями 5, в аварийном фидере быстро запирается один из вентилей (при положительной ЭДС источника питания вентиль, примыкающий к ветви 2 реак2 тора ) . В цепь к з в ключа етс я в етв ь реактора 2, н результате чего ограничивается величина ударного тока кз.

Если заблокировать подачу сигналов управления на вентили аварийного фидера, то смена знака ЭДС питания не вызовет повторного включения ранее отключившегося вентиля из группы 5 после приложения к нему прямого напряжения. B то же время в момент смены ЭДС отвечающий моменту достижения током подпитки кз от источника питания максимального значения, откроется диод 7 и закоротит ветви сдвоенного реактора. Поскольку при соЕдинении реактора. Поскольку при тивление резко уменьшается ток кэ и равный ему ток в вентиле 5 начинает быстро уменьшаться и прохо666606

60 дит через нуль. На этом процесс отключения тока кз заканчивается и система электроснабжения продолжает нормальную работу.

При отсутствии диода 7 ток кэ в вентиле 5 вследствие присутствия в нем кроме апериодической составляющей, обусловленной внезапным изменением режима работы цепи, дополнительно постоянной составляющей тока реактора в исходном установившемся режиме, не проходит через нуль в .10 течение нескольких периодов промышленной частоты — процесс отключения к з затягиваетс я, в ентили претерпевают значительную токовую перегрузку, у всех электроприемников на дли- 15 тельный промежуток времени понижается напряжение. Следовательно, диод

7 необходим для нормального функционирования устройства.

Устройство для электроснабжения 2() по фиг. 1 не устраняет второй отмеченный выме недостаток прототипа— отсутствие эффекта ограничения тока при кз на секциях сборных цепи. Этот недостаток устранен в устройстве 25 по фиг.2. Здесь дополнительно между зажимами ветвей сдвоенного реактора ,и секциями сборных шин включены управляемые вентили 8 и 9 °

В нормальном режиме на вентили 8 и 9 подаются сигналы управления этот режим ничем не отличается от рассмотренного ранее.Так же протекает процесс отключения токов кэ на зажимах электроприемников за вентилями 5 — 5, Сигналы управления с вентилей 8 и 9 при этом снимать не следует, а отключение аварийного фидера .будет осуществляться соответствующей группой управляемых вентилей 5.

При кэ на секциях сборных шин, 40 например секции 4, процесс протекает следующим образом. При положительной внутренней ЭДС двигательной нагрузки фидеров за вентилями 5 на первом полупериоде точки кэ будет осуществ- 45 ляться подпитка от двигателей через проводящие вентили 5. После достижения током кз максимального (ограниченного реактором) значения и при условии блокирования сигналов управ- 5О ления всех вентилей на диоде 7 появляется положительное напряжение, через него шунтируются ветви реактора и обеспечивается быстрое отключение тока, протекающего от системы через вентиль 8. После пропуска одной полуволны тока кз отключаются и вентили 5 — авария на шинах ликвидирована. При кэ той же секции 4, но при отрицательной величине

ЭДС источника питания и внутренней

ЭДС двигательной нагрузки величины ударных токов кз оказываются меньшими: вентили 5 будут запираться и подпитка точки кз будет осуществляться только через вентиль

9 и ветвь реактора 2<. Авария здесь также ликвидируется после пропуска одной полуволны тока кз.

Дополнительным эффектом устройства по фиг.2 является способность бесконтактной коммутации всей нагрузки со стороны источника питания в нормальных и аварийных режимах — нет необходимости применения в цепи питания выключателя.

Обеспечение в устройстве по фиг.2 защиты от токов кз на сборных шинах открывает возможность подключения к этим шинам через обычные выключатели дополнительных электроприемников — см. фидеры нагрузки, присоединенные через выключатели 11.При кэ за выключателями 11 ограничение и отключение аварийного тока будет происходить так же,как и при кз на сборных шинах, Локализация аварии в данном случае будет производиться непосредственно выключателями 11 в условиях отсутствия подпитки токов кз от системы и от фидеров, присоединенных эа вентилями 5, когда подпитка точки кз возможна только от эле троприемников, подключенных параллельно через выключатели ll к той же секции шин. При характерных ситуациях, когда величина токов кз от подобных электроприемников мала, допускается применение в фидерах 11 маломощных выключателей нагрузки.

Некоторым недостатком устройства электроснабжения по фиг.2 является дополнительная загрузка в нормальных режимах вентилей 5 вследствие протекания по ним токов, выравнивающих нагрузки секций сборных шин 3 и 4 по фидерам 11. При малом числе фидеров присоединенных через вентили 5, перегрузки указанных вентилей могут. стать недопустимыми. Эти же вентили испытывают аварийные перегрузки при кз на секциях сборных шин и на присоединениях 11.

Устройство электроснабжения по фиг.З не имеет таких недостатков.

В нем между секциями сборных шин включен вентиль 10, например диод, полярность которого согласна полярности включения вентилей 5. Через этот диод в нормальных режимах будут протекать все токи небаланса нагрузок секций шин, присоединенных через выключатели 11. В режимах кэ на секциях шин и присоединениях 11 через диод 10, а не по вентилям 5, протекает ударный ток подпитки кз от системы.

Кроме того, с целью исключения некоторых гармонических искажений в цепях устройства, обусловленных активными потерями в реакторах и вентилях, можно искусственно увеличить циркулирующую по ветвям сдвоенного реактора постоянную составляющую тока. Это обеспечивает1

666606 ся последовательным включением в эти ветви дополнительных маломощных выпрямителей, питающихся от шин постороннего источника, согласно с уже включенными в них вентилями.

Целесообразно также применять сдвоенные реакторы с большим коэффициентом электромагнитной сЪязи, что позволяет резко снизить степень реактирования цепи питания в нормальных режимах.

Итак, изобретение позволяет получить следующий положительный эффект.

1. Ограничивается и быстро отключается ток кз на зажимах электроприемников.

2. Ограничивается и отключается ток кз на секциях сборных шин.

3. Устройство обладает способностью бесконтактно коммутировать как цепи отдельных электроприемников, так и нагрузку в целом.

4. Имеется возможность подключения к .секциям сборных шин электроприемников через выключатели контактного типа в условиях ограничения токов кз, протекающего через эти выключатели.

Таким образом, устройство электроснабжени я переменным током обладает высоким уровнем ограничения токов кз и может найти применение в сетях промьыленных предприятий и в автономных системах электроснабжения (судовых, самолетных и т.n.) . Его реализация не требует разработок нового оборудования.

Формула изобретения

1. Устройство для электроснабжения потребителей переменным током, содержащее источник питания, подключенный к сборным шинам через сдвоенный реактор, и вентили, включенные разнонаправленно между потребителем и каждой из секций шин, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ограничения токов короткого замыкания и повышения быстродействия при

5 отключении короткого замыкания у потребителей, укаэанные вентили выполнены управляемыми, а между зажимами ветвей сдвоенного реактора включен дополнительный вентиль таким:

10 образом, что полярность его подключения согласна полярности вентиля потребителя, подключенного к той же секции шин, что и данная ветвь реактора.

2. Устройство для электроснабжения по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ограничения и быстрого отключения токов при коротких замыканиях на секциях сборных шин, между ветвями сдвоенного реактора и секциями сборных шин включены дополнительные управляемые вентили с полярностью, согласной полярности включения вентилей в цепях потребителей.

3. Устройство для электроснабжения по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, между секциями сборных шин включен дополнительный вентиль, например диод, с полярностью, согласной полярности вентилей в цепях реактора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Л.A.Êó÷óìoâ и Н.И.Утегулов.

35 Применение в системах электроснабжения сдвоенных реакторов в сочетании с токоограничивающими устройствами - Электричество 9 12, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9453769, кл. Н 02 9 3/00, 1971.

666606

Составитель Л.Дементьева

Редактор Д.Мепуришвили Техред Н.Бабурка Корректор О.Билак

Заказ 3203/42 Тираж 856 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4