Способ защиты распределительной электросети с нелинейной нагрузкой и силовым фильтром от перегрузки токами резонансной частоты и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК H02H7/28 

Изобретение относится к электротехнике, в частности электроснабжени промпредприятий, и может быть использовано при выполнении защит распределительных сетей 6-20 кВ, питающих нагрузки с нелинейными характеристиками: тиристорные электропривода переменного и постоянного тока, дуговые сталеплавильные и рудпотсрмические печи и т.д.

Известно устройство для вьщеления аварийной составляющей электрической величины при повреждении электрической сети, содержащее входной трехфазный сумматор, подключенный входом к датчику контролируемого сигнала, бло для рас чета поправок, два выхода которого подключены через интеграторы к двум входам трехфазного интегратора синусоидальных колебаний, выход которого подкттчен к инвертированном входу указанного сум(атора и первому дополнительному входу блока расчета поправок, блок коррекции частоты, включенньпЧ между выходами одного из интеграторов и третьим входом генератора синусоидальных колебаний, который выделяет аварш |Н та составляющ та тока и при достижеппи последней за- даююй неличипы дает сигнал на отключимте поврежденного участка се- ти СП .

Недостатком уклча11ного устройства защиты распределительной сети переменного то ка является нечувствительность к возникновеишо резонансных яв ленщ между 1шдуктивностью сети и емкостью конденсаторных батарей (КБ), подключаемых к сетм фильтров, если одновременно от этой сети питаются потребители с резконелинейной характеристикой в Bn/ie тиристорных преобразователей и:1и металлургических печей. В процессе эксплуатации возможна расстройка фильтра от его резонансной час 1 оты за счет изменения индуктивных и емкост}1ьгх сопротивлений фильтра при изменении температуры и частоты питающей сети, а также выхода из строя отдельных конденсаторов или межвитковых замыканий в реакторе фильтра. При емкостном характере расстройки фильтра возможны значи1ель- ные возрастания тока пысщей гармоники в цепи фильтра и питающей сети в сравнении с суммарпьм током этих же rapMOHitK потребителя с нелинейной характеристикой. При этом дви1 атели пе379652

реме} ного тока недоиспользуются по мощности за счет появления больших токов обратной последовательности, а ; конденсаторы, питающие кабели н реакторы перегреваются, т.е. появляется необходимость в отключении фильтров .

Известен способ защиты распредели- то тельной сети, при котором измеряют сверхток, выделяют высшие гармоники в нормальном и аварийном режимах и при отклонении указанных величин от заранее заданных производят отключе ние сети с ускорением по времени С 2. Известно и устройство защиты распределительной сети, содержащее датчик тока сети, токовое реле, уставку которого настраивают по условию чув20 ствительности, а также фильтр высших гармоник, ло1-ический элемент НЕ и два элемента ИЛИ, реле времени, причем на выходе датчика тока включены параллельно токовое реле и фильтр

HLicuii-fx гармоник-, на вькоде которых собрана логическая схема, обеспечивающая отключение поврежденного участка сети без выдержки времени 2 .

30 il«j;ocTaTKaMH известных способа и ycTpoiiCTBa являются нечувствительность защиты распределительно сети к возникновению резонансных явлений между индуктивностью сети и емкостью

35 конденсаторно батареи, подключаемых к сети фильтров; неселективность данного способа защиты в сетях с потребителями, имеющими нелинейную теристику,- так как уровень высших

40 гармоник и, следовательно, коэффициент искалсепия потребляемого тока в нормальных режимах намного вьщ1е, чем при коротком-зa ыкaнин (КЗ) на стороне 0,4 кВ подключенного к этой сети

45 1 рансформатора. Поэтому при КЗ на

стороне 0,4 кВ происходит одновременное отключение распределительной сети без выдержки времени.

Цель изобретения - повышение на50 дежности функцио1 ирования путем увеличения чуБС 1 вительпости и селективности защиты.

Цель достигается тем, что в способе защиты распределительной электро55 сети с нелинейно характеристикой нагрузки и силовым фильтром от перегрузки токами резонансной частоты, по которому измеряют ток электросети, выделяют в нем ч ок резонансной часто313

ты, сравннвшот вылелеиную составляш- щую с заданием iiop(iroM и в случае превышения его выделенной составляющей формируют сигнал на отключение силового фильтра, дополнительно измеряют ток упомянутой нелинейной нагрузки, выделяют Б нем величину тока резонансной частоты и используют эту выделенную составляющую в качестве упомянутого порога.

В известное устройство для защиты распределительной электросети с нелинейной нагрузкой и силовым фильтром от перегрузки токами резонансной частоты, содержащее в каждой из трех фаз первый датчик тока электросети с подключенным к его выходу первым фильтром высших гармоник, исполнител1,ный орган и подключе1П1Ь01 к его входу блок сравнения, к псрпому входу которого через последовательно соедииенн,1Й первый интегратор и первый выпрямитель подключен выход гтервого фильтра высших гармоник, дополнительно введеЕ1ы второй датчик тока в цепи нелинейной нагрузки с подключенным к его выходу вторым фильтром высших гармоник, выход которого через соединенные последовательно BTopoii выпрямитель и вто-. рой интегратор подключен к второму входу упомянутого блока сравнения, а выход упомянутого исполнительного органа подключен к отключающему входу выключателя в цепи силового филыра.

Сущность предлагаемого способа защиты распределительной сети с силовым фильтром и нелинейной характеристикой нагрузки заключается в том, что выделяют ток резоиапсной частоты настройки сети и цопи нагрузки, сравнивают значения выделенных резонансных токов, отключают силовой фильтр при превышении тока резонансной гармоники в распределительной сети тока этой гармоники, протекающей в цепи нагрузки.

На чертеже показана &труктурно- принципиальная схема устройства защиты распределительно сети с одним силовым фильтром и нагрузкой в виде дуговой печи и тиристорного электропривода, имеющих резко нелинейные характеристики.

Устройство содержит датчик 1 тока {трансформатор тока распределительной сети 2, датчик 3 тока в цепи 4 нагрузки, кажды11 из датчиков тока через соответствующие фильтры 5 и 6

5

ВЫСП1ИХ rapMoiKTK, выпрямители 7 и 8 и интеграторы 9 и 10 подсоединен1 1 раздельно на входы сравнивающего узла 11, выход которого подсоединен через исполнительный орган 12 к управляющему выключателю 13, включенному последовательно с силовым фштьтром 14. Защита распределительной сети с

силовым фильтром и нелинейной характеристикой нагрузки осуществляется следующим образом.

При работе потребителя с нелинейной характеристикой, например вентильного электропривода, из сети потребляется реактивная мопшость и за счет коммутаций в преобразователе искажается форма питающего тока. При отсутствии силовых фильтров ток в

распределительной сети идентичен току в цепи нагрузки, а следовательно, и токи высших гармоник в сети и цепи нагрузки равны между собой.

При подключении силового фильтра,

настроенного на одну из гармоник, значение тока резонансной гармоники в сети уменьшается, поскольку для упомянутой гармоники идеальный фильтр представляет малое сопротивление.

Степень фильтрации определяется добротностью силового фильтра, качеством его настройки в резонанс и зависит от соотношения мощностей сети и ус 1 ановленной мощности конденсаторной батареи фильтра.

В процессе эксплуатации возможна расстройка силового фильтра, которая может быть вызвана изменением индук- тивно1 о или емкостного сопротивления

элементов при изменениях температуры и отклонениях частоты сети от номинальной, а также вследствие межвитковых замыканий в реакторе, выхода из строя отдельных предохраниталей в конденсаторной батарее и т.п.

При работе силового фильтра в распределительной сети с нелинейной характеристикой потребителя в случае

его расстройки емкостного характера ток резонанс}юй гармоники в сети может значительно превышать ток гармоники в цепи нагрузки.

Аналогичное усиление резонансной или близлежащей к ней гармоники может происходить и при и;;еапьно настроенном фильтре вследствие параллельного резонанса инд т тивного сопротивления сети с емкостным сопротивлением конденсаторной батареи, если конфигурация рпспределительно сети и ее сопротивление меняются неконтролируемым образом. Однако как в первом, так и во втором случаях ток резонансной гармоники цепи нагрузки практически остается неизменным, в то время как ток в электросети возрастает.

и 3 тока установленных

С помощью датчиков I (трансформаторов тока), в распределительной сети 2 и цепи 4 нагрузки измеряют несинусоидальные токи. На выходе датчиков 1 и 3 тока для выделения резонансной гармоники

79ft5

Г клк1чеиы фильтры 5 и 6 соответственно .

Затем выделенные резонансные гармоники выпрямляются посредством выпрямителей 7 и 8, а затем выпрямленные значения резонансных гармоник интегрируются интеграторами 9 и 10 для исключения пульсаций и сравниваются 10 с помощью блока II сравнения. При превышении тока высп1ей гармоники в распределительной сети тока высшей гармоники, протекающего в цепи нагрузки, срабатывает исполнительный орган 12, 15 управляющш выключателем 13 в цепи силового фильтра 14, благодаря чему и повышается надежность функционирования .

гг

Редактор М.Дылын

Составитель В.Молчанов Техред Л.Олийнык

Заказ 4138/51 Тираж 617Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

12

72

Корректор М.Демчик