УСТРОЙСТВО ШУНТИРОВАНИЯ ПОВРЕЖДЕННОЙ ИЗОЛЯЦИИ ФАЗЫ Российский патент 1997 года по МПК H02H9/04 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности, к электрическим сетям с изолированной и компенсированной нейтралью напряжением 6 35 кВ и может быть использован для защиты электрооборудования от внутренних перенапряжений.

Известны ограничители внутренних перенапряжений на основе вентильных разрядников типа РВП-6-35 [1] и нелинейных ограничителей перенапряжений на основе оксидноцинковых резисторов [2] а также встречно-параллельных групп тиристоров и нелинейных элементов [3] Однако они недостаточно эффективны при внутренних перенапряжениях большой длительности, которые в сети с изолированной нейтралью чаще всего связаны с дуговыми замыканиями на землю.

Известны устройства шунтирования однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, обеспечивающие как эффективное ограничение перенапряжений в сети, так и во время их действия [4] При этом устройство сначала работает в режиме ограничителя перенапряжений, а после обнаружения замыкания на землю шунтирует поврежденную изоляцию, прекращая дугу. Однако устройство имеет недостаток. При повреждении изоляции в другой фазе во время работы устройства в режиме шунтирования возникает междуфазное замыкание, сопровождающееся увеличением тока замыкания на землю, что приводит к повреждению шунтирующих тиристоров групп.

Наиболее близким к изобретению является устройство шунтирования поврежденной изоляции фазы встречно-параллельными тиристорными группами [2] Недостатком известного устройства является возможность его разрушения при возникновении междуфазных замыкания через землю и включенную шунтирующую группу тиристоров при возникновении повреждения изоляции в другой фазе, так как время отключения аварийного режима за счет естественной коммутации составляет половину периода промышленной частоты (0,01 с).

Цель изобретения упрощение конструкции, обеспечение принудительного гашения тиристоров шунтирующих групп и улучшение быстродействия отключения аварийных режимов междуфазных замыканий через землю за счет искусственной коммутации.

Указанная цель достигается тем, что устройство шунтирования поврежденной изоляции снабжено дополнительно блоком автоматического прерывания тока, соединенного с одной стороны с шунтирующими группами тиристоров, а с другой стороны с землей и управляемого быстродействующими отдельными для каждой полуволны синусоиды датчиками тока. Шунтирующие группы тиристоров со стороны их присоединения к земле объединены в общую точку и включены этой точкой на землю через блок автоматического прерывания аварийного тока, который выполнен в виде двух тиристоров, соединенных по встречно-параллельной схеме. Согласно второму варианту изобретения, блок автоматического прерывания выполнен в виде двух независимых тиристоров, а шунтирующие группы тиристоров фаз со стороны подключения их к блоку автоматического прерывания объединены в две независимые общие точки: одна объединяет аноды тиристоров, другая катоды, причем каждая из точек соединена с землей индивидуальной ветвью блока автоматического прерывания и датчиком тока. Общая точка, объединяющая аноды тиристоров шунтирующих групп, присоединяются к катоду тиристора первой ветви блока автоматического прерывания, а общая точка, объединяющая катоды тиристоров шунтирующих групп к аноду тиристора второй ветви блока автоматического прерывания.

Кроме того, для повышения быстродействия отключения междуфазных замыканий через землю, между заземляющим устройством и общей точкой, объединяющей катоды и аноды тиристоров шунтирующих групп, со стороны блока автоматического прерывания тока дополнительно включены две параллельные ветви искусственной коммутации, содержащие последовательно соединенные коммутирующие тиристоры с системами управления и коммутирующие конденсаторы, которые объединены в общую точку, и токоограничивающий дроссель, причем конденсатор для гашения шунтирующих тиристоров, подключенных к общей точке катодами, заряжается устройством подзаряда относительно общей точки конденсаторов до отрицательного потенциала, а для гашения тиристоров, подключенных к общей точке анодами, до положительного потенциала.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства согласно первого варианта. На фиг. 2 показана принципиальная схема устройства согласно второго варианта. На фиг. 3 показана схема управляющего блока 24.

Устройство содержит шунтирующие группы по числе фаз 1, 2, 3, состоящие из двух тиристоров и включенных по встречно-параллельной схеме между фазными проводами и землей, причем все шунтирующие группы со стороны их присоединения к земле объединены в общую точку; блоки управления тиристорами шунтирующих групп 4, 5, 6, 7, 8, 9; два коммутирующих тиристора 10, 11, соединенных с общей точкой, объединяющей шунтирующие группы, первый катодом, а второй анодом; два коммутирующих конденсатора 12 и 13 с зарядными диодами 14 и 15 и трансформатором 16; блоки управления коммутирующих тиристоров 17, 18, состоящие из генераторов импульсов и импульсных трансформаторов и осуществляющих потенциальную развязку управляющих электродов различных фаз; управляющие быстродействующие отдельные для каждой полуволны синусоиды датчика тока 19, 20, представляющие собой трансформаторы тока либо магнитные усилители, выход сигнала с которых пропорционален величине тока; пороговые устройства 21 и 22; логический элемент ИЛИ-НЕ 23, вход которого соединен с управляющим блоком 24, состоящим из последовательно соединенных элементов НЕ и И по одному на каждую фазу из сети и осуществляющим подачу и снятие сигнала управления с тиристоров; датчики обнаружения поврежденной изоляции фаз 25, 26, 27 и запирающий блок работы устройства при отыскании замыканий на землю 28, сигналы с которых поступают на входы логических элементов И блока 24 соответствующих фаз сети, на входы логических элементов И смежных фаз сети поступают инверсные сигналы датчиков 25, 26, 27 с логических элементов НЕ блока 24; блок автоматического прерывания аварийного тока 29, состоящий из встречно-параллельных тиристоров и систем их управления 30, 31; логические элементы ИЛИ 32, 33; токоограничивающий дроссель 34.

Для обеспечения независимого гашения шунтирующих тиристоров в схеме предусмотрено включение двух конденсаторов 12 и 13, которые заряжаются от устройства подзаряда по схеме однофазного выпрямителя с нулевым выводом (диоды 14 и 15 и трансформатор 16). Конденсатор 13 заряжается до положительной полярности, конденсатор 12 отрицательной относительно общей точки конденсаторов. Управлением гашением тиристоров шунтирующих групп осуществляется отдельными для каждой полуволны синусоиды датчиками тока 19, 20, которые включают коммутирующие тиристоры 10 и 11 через пороговые устройства 21 и 22 и их блоки управления 17 и 18. В цепи разряда конденсаторов включен токоограничивающий дроссель 34 для снижения скорости нарастания тока в силовой цепи искусственной коммутации.

Согласно второму варианту (фиг. 2) устройство содержит шунтирующие группы по числу фаз 1, 2, 3, состоящие из двух тиристоров, объединенных со стороны сети в общую точку: первый тиристор анодом, а второй катодом, со стороны земли шунтирующие группы объединены в две независимые точки: первая объединяет аноды тиристоров, вторая катоды; блоки управления тиристорами шунтирующих групп 4, 5, 6, 7, 8, 9; два коммутирующих тиристора 10, 11, катод первого из которых соединен с общей точкой шунтирующих групп, объединяющей аноды тиристоров, а анод второго соединен с общей точкой шунтирующих групп, объединяющей катоды тиристоров; два коммутирующих конденсатора 12 и 13 с зарядными диодами 14 и 15 и трансформатором 16; блоки управления коммутирующих тиристоров 17, 18; управляющие быстродействующие отдельно для каждой полуволны синусоиды датчики 19, 20 (17, 1819, 20 выполнены аналогично первому варианту); пороговые устройства 21 и 22; логический элемент ИЛИ-НЕ 23, вход которого соединен с управляющим блоком 24 (выполнен аналогично первому варианту); датчики обнаружения поврежденной изоляции фаз 25, 26, 27 и запирающий блок устройства при отыскании замыканий на землю 28, сигналы с которых, как и в первом варианте, поступают на входы логических элементов И блока 24 соответствующих фаз сети, на входы логических элементов И смежных фаз сети поступают инверсные сигналы датчиков 25, 26, 27 с логических элементов НЕ блока 24; блок автоматического прерывания аварийного тока 29, состоящий из двух независимых тиристоров, анод первого из которых соединен с датчиком тока 19, а катод с общей точкой шунтирующих групп, объединяющей аноды тиристоров, катод второго тиристора соединен с датчиком тока 20, а анод с общей точкой шунтирующих групп, объединяющей катоды тиристоров, причем датчики тока 19 и 20 работают на разных полуволнах синусоиды; системы управления тиристорами блока автоматического прерывания тока 30, 31; логические элементы ИЛИ 32, 33; токоограничивающий дроссель 34.

Независимое гашение тиристоров шунтирующих групп осуществляется аналогично первому варианту.

Устройство шунтирования изоляции поврежденной фазы работает следующим образом.

При возникновении замыкания одной из фаз на землю (например, фазы А) на вход блока 24 подается сигнал с датчика повреждения изоляции фазы А 25 (фиг. 3). На других входах элемента И блока 24 нет запрещающих сигналов с запирающего блока 28 устройства и логического элемента 23 ИЛИ-НЕ, т.к. в данный момент не осуществляется поиск замыкания на землю и нет аварийного режима междуфазного замыкания. С входа блока 24 подаются сигналы на блоки управления 4 и 5 встречно-параллельной шунтирующей группы тиристоров 1 и через логические элементы 32 и 33 ИЛИ на блоки управления 30 и 31 встречно-параллельной группы тиристоров блока автоматического прерывания аварийного тока 29. Каждый тиристор устройства работает полпериода промышленной и ток замыкания на землю проходит поочередно через тиристоры блока 1 и блока 29 и датчики тока 19 и 20. При возникновении замыкания на землю в другой фазе (например, В) и включенных тиристорах блоков 1 и 29 в фазе А резко возрастает ток через тиристоры шунтирующей группы 1, а следовательно, и через тиристор блока автоматического прерывания аварийного тока вследствие междуфазного замыкания на землю.

В случае естественной коммутации снятие импульсов управления с тиристоров приводит к отключению аварийного тока за время 0,01^oC0,02 с (полпериода промышленной частоты плюс инерционность устройства обнаружения). Однако такого быстродействия недостаточно и тиристоры разрушаются нарастающим током К3. Для увеличения быстродействия отключения аварийного режима используется цепь принудительного (искусственного) гашения шунтирующих тиристоров.

Пусть был включен тиристор шунтирующей группы 1, подключенный к общей точке анодом, тогда датчик тока 19 подает сигнал повышенного уровня на пороговое устройство 21, которое включает блок управления 17 тиристором 10, включается тиристор 10 и коммутирующий конденсатор 12 создает встречный ток через открытый тиристор блока автоматического прерывания аварийного тока 29, последовательный к общей точке шунтирующих групп катодом. Одновременно на входе блока 24 появляется сигнал запрета с логического элемента 23, это приводит к снятию импульсов управления с тиристоров шунтирующей группы 1 и блока автоматического прерывания аварийного тока 29. Происходит быстрое (0,001 с) прерывание тока и шунтирующее устройство отключается. Если К3 возникает в момент включенного состояния тиристоров, подключенных к общей точке катодами, то оно гасится конденсатором 13 и коммутирующим тиристором 11. Отыскание места повреждения изоляции производится специальными устройствами. В этом режиме на блоке 24 поступает сигнал запрета с блока 28, что приводит к отключению систем управления тиристорами.

Работа устройства, согласно второго варианта, осуществляется аналогично работе устройства по первому варианту. Отличие состоит в том, что тиристоры шунтирующих групп, объединенные в общие точки анодами и катодами, и тиристоры блока автоматического прерывания аварийного тока работает раздельно. При этом исключается возможность междуфазных замыканий через шунтирующие группы, что повышает надежность работы устройства в целом.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для отключения однофазных и междуфазных замыканий на землю. С целью упрощения конструкции, обеспечения принудительного гашения тиристоров шунтирующих групп и улучшения быстродействия отключения междуфазных замыкания через землю дополнительно введен блок автоматического прерывания тока, через который шунтирующие группы по числу фаз, состоящие из двух тиристоров, присоединены к земле. Для гашения тиристоров блока автоматического прерывания тока при междуфазных замыканиях введены два коммутирующих конденсатора, которые заряжаются до положительного и отрицательного потенциала относительно общей точки двумя группами коммутирующих тиристоров устройства их управления. Гашение тиристоров блока автоматического прерывания достижения за счет искусственной коммутации. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство шунтирования поврежденной изоляции фазы в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью, содержащее шунтирующие группы по числу фаз, состоящие из двух тиристоров, объединенных со стороны сети в общую точку: первый тиристор анодом, а второй катодом, включенные между фазными проводами и землей, и их системы управления, отличающееся тем, что все шунтирующие группы тиристоров со стороны их присоединения к земле объединены в общую точку и включены этой точкой на землю через блок автоматического прерывания аварийного тока, выполненный в виде тиристорной группы по встречно-параллельной схеме и управляемый быстродействующими датчиками тока. 2. Устройство шунтирования поврежденной изоляции фазы в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью, содержащее шунтирующие группы по числу фаз, состоящие из двух тиристоров, объединенных со стороны сети в общую точку: первый тиристор анодом, а второй катодом, включенные между фазными проводами и землей, и их системы управления, отличающееся тем, что шунтирующие группы тиристоров со стороны их присоединения к земле объединены в две независимые общие точки: первая объединяет аноды тиристоров, вторая катоды, причем каждая из точек соединена с землей через блок автоматического прерывания, выполненный в виде двух независимых тиристоров, первый из которых подключен анодом к общей точке шунтирующих групп, объединяющей катоды, а второй тиристор подключен катодом к общей точке шунтирующих групп, объединяющей аноды, и управляемые быстродействующими датчиками тока. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между заземляющим устройством и общей точкой, объединяющей катоды и аноды тиристоров шунтирующих групп, со стороны блока автоматического прерывания тока дополнительно включены две параллельные ветви, содержащие последовательно соединенные коммутирующие тиристоры с системами управления и коммутирующие конденсаторы, которые объединены в общую точку, и токоограничивающий дроссель, причем конденсатор для гашения шунтирующих тиристоров, подключенных к общей точке шунтирующих групп катодами, заряжается устройством подзаряда относительно общей точки конденсаторов до отрицательного потенциала, а для гашения тиристоров, подключенных к общей точке шунтирующих групп анодами, до положительного потенциала.