Устройство для компенсации емкостного тока замыкания на землю в сетях переменного тока Советский патент 1988 года по МПК H02J3/18 H02H9/08 

Фиг.}

(Л

13

диоды и тиристоры. Управление ими при расстройке компенсации осуществляется постоянным током, а в режиме резонансной настройки - импульсами, формируемыми в момент максимума соответствующей полуволны напряжения нейтрали. Работу в таких режимах по

зволяют обеспечить блок запрета противовключения конденсаторов 8, логический элемент 2 ИЛИ 9, автоматический регулятор настройки компенсации 10, блок кодирования команд управления 11, блоки выбора режима управления ключами 12.1-12.П. 2 ил.

Изобретение относится к электро технике и тредиазначено для компенсации реактивной составляющей тока замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Цель изобретения - снижение энергопотребления,, Это достигается за счет того, что в качестве ключей применены встречно-параллельно соединенные

1

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для компенсации реактивной составляющей ток замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью.

Цель изобретения - снижение энергопотребления.

На фиг.1 изображена функциональна схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы процесса формирования управляющих сигнадов в устройстве для нормального режима работы сети и при однофазном г амыканни ьа землю. Устройство содержит присоединительный трансформатор 1, дроссель 2, емкость 1 сети, трансформатор 4 напряжения, понижаг.|диЛ трансформатор 5, конденсаторы 6.1 - б.п, диодно- тиристорные 7.1 - 7.п, блок 8 запрета противовключйния конденсато- ров, логический элемент 2ИЛИ 9, автоматический регулятор 10 настройки компенсации, блок 11 ко.цирования команд управления, блоки 12,1-12,п выбора режима управ.чения ключами и блоки 13.-13. управления ключами.

Между нулевой точкой первичных обмоток трансформатора 1 и землей включен дроссель 2. Параллельно ему под- ключен понижающий трансформатор 5, к вторичной обмотке которого присоединены конденсаторы 6.1 - б.п через ця- одно-тиристорные ключи 7. - 7.п. Емкость конденсаторов выбрана по закону геометрической прогрессии (1:2; 4:8 и т.д.),а их число п определяется допустимой расстройкой компенсации., Управляющие входы тиристоров соединены через блоки 13.1 - 13.п управления ключами с выходами блоков 12.1-12,п выбора режима управления ключами, первые входы которых соединены с выхо

0 5 0

0 5 0

5

дами блока 8 запрета противовключения конденсаторов, нторые входы соединены с выходом логического элемента 2ИЛИ 9, а .ретьи входы присоединены к соответствующим выходам блока 11 кодирования команд управления, который предназначен для преобразования дискретного сигнала, поступающего На его управляющие входы от регулятора 10, р цифровой двоичный код. Кроме того, выходы регулятора присоединены к входам логического элемента 2ИЛИ 9.

На вход блока 8 запрета противовключения конденсаторов подается напряжение нейтрали U от вторичной обмотки трансформатора 5. Блок 8 состоит из последовательно соединенных фильтра 14 нижних частот, экстрема- тора 15 и служит для определения момента прохождения напряжением нейтрали экстремальных значений.

Регулятор 10 формирует при расстройке компенсации сигнал од-- ном из своих выходов. Измерительные входы данного регулятора подключены к вторичным обмоткам тpaнcфop iaтopa 4 напряжения, а выходы П (перекомпенсация) и И Гнедоукомпенса1Ц1я) ссегч- нены с входами блока кодирова:гия ;чо- манд управления.

Блок 11 кодирован ля команд управления состоит из генерятора 16 тактовых импульсов, двух логических элемеятов 2И и 18 и N-разрядного реверсивного двоичного счетчика 9. Иа первые входы . эллкенюв 2Н 17 и 18 поступают управляющие сигналы от регулятс ра 10, ,i на BTopixC входы этих элементов - ммпульса от генератора 16. пе.ментов 17 и 18 подключены соотв ;. твь нно к вхо

.дам прямого и обратного счетчшса 19, выходы КОТОРОГО являются выходами блока 11. B.iiOKH 12,1-12.п выбора режима управления ключами реализуют двухрежимный алгоритм управления тиристорами. Каждый блок содержит логический элемент ЗИ 20, логический элемент 2ИЛИ 21, Р5-триггео 22, два логических элемента 2И 23 и 24,

Логический сигнал с блока 8 поступает на первые входы элементов 20 и

21,а сигнал с элемента 2ИЛИ 9 - на второй вход элемента 20 и первый вход элемента 23. Одновременно сигналы с выходов блока 11 подаются на третий вход элементов 20 и вторые входы элементов 23 и 24 соответствующих блоков 12. При этом входами блоков 12 являются входы логического элемента

ЗИ 20„ Выходы элементов ЗИ 20 и 2И 23 подключены соответственно к S-вко ду и динамическому R-входу триггера

22,выход которого соединен с вторым входом элемента 2ИЛИ 21,, При этом выход элемента 21 присоединен к первому входу элемента 2И 24, выход которого является выходом блока 12.

Работа устройстна в нормальном режиме сети и в режиме замыканр1я фазы на землю показана на временных диаграммах (фиг.2), где выходные сигналы блоков и элементов устройства обозначены цифровыми индексами, соответствующими их номерам согласно фиг.1. Временные диаграммы иллюстрируют работу схемы управления первого тиристора.

Импульсное управление тиристорами является наиболее экономичным из-за малого потребления электроэнергии цепями управления.

В предлагаемом устройстве дополнительное использование постоянного то

ка для управления тиристорами вызвано дс поступает на блок 13.1 управления

следующими обстоятельствами.

В нормсгпьном режиме работы сети при расстройке компенсации напряжение нейтрали Uq может снижаться до 0,005 фазного напряжения сети Dm При этом напряжении ток через тиристоры меньще тока удержания, поэтому для его надежного открывания необходимо подавать на управляющий электрод постоянное напряжение. Такой режим управления необходим в течение времени настройки компенсации регулятором. При резонпнсной настройке компенсащш в этом режиме сети напряжение нейтра50

55

ключом в результате на управляющи электрод первого тиристора подаетс постоянное напряжение о

В момент времени t устанавливае резонансная настройка устройства к пенсации, поэтому исчезает сигнал управляющих выходах регулятора 10 элемента 2ИЛИ 9. Реверсивный счетч переходит в устойчивое состояние и на его первом выходе сохраняется е ничный сигнал. В этот же момент вр мени исчезает сигнал на выходе эле мента 2И 23, что вызывает переключ ние триггера 22 из единичного сост

ли UH максимально и находится в пределах (0,1 - 0,15) ифо В данном диапазоне напряжений при импульсном управлении тиристорами синусоида тока конденсаторов практически не искажается. В режиме замыкания фазы на землю и расстройках компенсации напряжение

и,

изменяется незначительно относи

тельно напряжения Uq,, Поэтому в данном случае тиристоры могут управляться импульсами тока как при резонансе, так и при расстройках компенсации о Однако, учитьшая, что время расстройки компенсации незначительно, алгоритм управления тиристорами может быть оставлен таким же, как и в нор-. мальном режиме.

За исходное состояние схемы уст ройства принят режим, предшествующий резонансной настройке компенсации. В этом случае на одном из выходов регулятора 10 и выходе элемента 2ИГ1И 9 присутствует сигнал 1, поэтому реверсивный счетчик 19 находится в режиме счета и на его первом выходе появляется прямоугольный импульс. Сигнал 1 присутствует так- выходах элементов 2И 23, 24 и триггера 22.

На выходе блока запрета противо- включения конденсаторов в моменты прохождения максимума положительной полуволны синусоиды напряжения UH формируются короткие прямоугольные импульсы, поступающие на первый вход элемента ЗИ 20. При наличии 1 на втором и третьем входах этого элемента на его выходе формируются кратковременные единичные ипульсы. Так как триггер 22 находится в единичном состоянии, то он не переключается от импульсов, поступающих на 5-вход. Напряжение с выхода элемента 2И 24

поступает на блок 13.1 управления

ключом в результате на управляющий электрод первого тиристора подается постоянное напряжение о

В момент времени t устанавливается резонансная настройка устройства компенсации, поэтому исчезает сигнал на управляющих выходах регулятора 10 и элемента 2ИЛИ 9. Реверсивный счетчик переходит в устойчивое состояние и на его первом выходе сохраняется единичный сигнал. В этот же момент времени исчезает сигнал на выходе элемента 2И 23, что вызывает переключение триггера 22 из единичного состояния в нулевое и появление на выходе элемента 2ИЛИ 2I коротких прямоугольных импульсов, поступающих с выхода блока 8 противовключения конденсаторов. Эти импульсы формир тотся в момен максимума положительной полуволны синусоиды (момент времени t) и поступают на первый вход элемента 2И 24, На второй вход этого элемента подается сигнал 1 с первого выхода счетчика 19 В результате на выходе элемента 24 формируются кратковременные единичные импульсы, которые после усиления в блоке 13,1 поступают на управляющий электрод первого тиристора„

Таким образом, на тиристоры, включенные в соответствии с кодом, зафиксированным на выходах реверсивного счетчика, подается короткие импульсы в моменты прохождения максимума положительной полуволны напряжения UH т.е. имеет место импульсный режим управления.

В режиме однофазного замыкания на землю, возникшего в момент времени tj, все элементы устройства ком

пенсацик работают аналогично нормальному . Так, при резонансной настройке тиристоры управляются импульсам :, а при расстройке компенсации на их управляющий эпектрод подается постоянное напряжение.

При расстройке компенсации на выходах автоматического регулятора 10 и элемента 2ИЛИ 9 появляется сигнал 1. В результате на вход счетчика 19 поступают от генератора 16 тактовых импульсов импульсы cMe-i-a, в соответствии с числом которых меняется его выходной код. На первом выходе счетчика 19 1;оя; т1яются прямоугольные импульсы. При нулевом сигнале на этом выходе- исчезает сигнал на лыхо- де элемента 2И 24. Блок 2И выбор а режима управления/ ключом переходит в исходное состояние. Управляющий электрод тиристора отключается от источника питания и при ближайшем пе реходе тока через нуль тиристор закрывается. Конденсатор 6.1 через диод, включенный параллельно тиристору заряжается до напряжения U, равного амплитуде яапря/кения нейтрали U. С этого момента времени происходит саморазряд этого конденсатора.

Ключ 7.1 открывается в момент времени t. при.- .ол-падении . Сигналов с

Ь

0

0

блока злпро га проти ;;уключе- ния конденсаторов. Т,чк как конденсатор 6.1 через диод зарядился до амплитуды напряжения , то при открывании тиристора ключа 7.1 напряжения с ети и конденсатора будет практически равньми, что игклю - ает броски зарядного тока конденсатора. В этот же момент времени появляется короткий прямоугольный импульс на выходе элемента ЗИ 20. Этот импульс вызывает изменение состояния триггера 22, Он переключается и через элемент 2ИЛИ 21

5 передает единичный сигнал Нй первый вход элемента 24, который обеспечивает подачу на управляю дий электрод тиристора постоянного напряжения. Оч ключение первого ключа происхо0 дит при о на ьыхоле ренерсивного счетчика 19. При этом происходит переключение триггера 22 в нулевое состояние отрицательным фронтом логического сигнала, по с: т у лающего с выхо да элемента 2И 23. Блок 12.1 выбора режима управления ключом возвращается в исходное положение„ При ближайшем переходе тока черся н.ул.ь тиристор закрывается. При появлении на выходе счетчика 15 схема управления первым тиристором работает аналогично ,

При достижении резонанса исчезает сигнал расстройки на выгодах автоматического регулятора Ш. Реверсивный счетчик находится в устойчивом (.- ,:.стояни На выходах фиксируется код, соотретс гвуюш,гй моменту исчезнс- нения сигнала рпсстоо: ;кн компенсации. В соответстг ии с кодом включен набор секп.ий конденслтороя диодно-тиристорнъ ги ключами., которьк- управляются короткими прямоугольны- ми импульсами тока. Тпк как длительность существова гшп расстройки компенсации емкостного замьгкания на землю мала, то р.чсхоп энергии на управление тяри топлм ключей 7,1 - 7.П в предлагяемоп устройстве иезна И ГРЛТ.НЫЙ.

обратом, применение в пред- (1..аемом устройстве двух режимов /ППП.НЛРНИЯ тиристорор - импульсного и постоянным напряжени.гм - обеспечи- и.-.рт существенное снижен1 е потребления электроэнергии iTPii i n управления. За счет вве.д| н;чч в устройство дипг.но - тиристорньгх достигает71

ся значительное упрощение блока запрета противовключения конденсаторов

Формула изобретения Устройство для компенсации емкостного тока замыкания на землю в сетях переменного тока, содержащее включен ный между нулевой точкой сети и землей дроссель, параллельно которому через понижающий трансформатор с помощью ключей присоединены конденсаторы, блок кодирования команд управления, входами подключенный к управляющим выходам автоматического регулятора настройки компенсации, блоки управления ключами, выходы которых присоединены к управляющим входам одноименных ключей, блок запрета прО тивовключения конденсаторов, вход которого подключен на напряжение нейтрали сети, отличающееся тем, что, с целью снижения энергопотребления, в него введены логический элемент 2РЫИ и блоки выбора режима управления ключами, первые входы которых подключены к выходу блока запрета противовключения конденсаторов, вторые входы - к выходу логического элемента 2ИЛИ и третьи входы к одноименным выходам блока кодирования команд управления, причем входы логического элемента 2ИЛИ соединены с выходаг-ш регулятора автоматической настройки компенсации, выходы блоков

70700И

выбора режима управления ключами включены к входам блоков управления

ключами, каждый из которых состоит g из встречно-параллельно соединенных диода и тиристора, а блок запрета противовключения конденсаторов содержит последовательно соединенные фильтры нижних частот и экстрематор,

10 у которого вход фильтра нижних частот является входом блока, а выход экстрематора - выходом блока запрета противовключения конденсаторов, причем блок выбора режима управления

15 ключами вьтолнен в виде RS-триггера, логического элемента 2ИЛИ, двух логических элементов 2И, логического элемента ЗИ, входы которого являются входами блока, причем его первый вход

20 присоединен к одноименному входу логического элемента 2ИЛИ, второй вход- к первому входу первого логического элемента 2И, третий вход - к вторым входам первого и второго логических

25 элементов 2И, а выходы первого логического элемента 2И и логического элемента ЗИ, подключены соответственно к динамическому R-и S-входам RS- триггера, выход которого соединен с

30 вторым входом логического элемента 21-ШИ, выходом присоединенного к первому входу второго логического элемента 2И, выход которого является выходом блока выбора режима управле35 ™я.

нормальный pe/Hif/

апыкание на землю

Резонанс

«

8

П f

п п

п а

2Q

-JL2J -- .г-,

22

--.Г,

t

м...

J

п п п п п п п п J

пt

-ClUi

Г- t

Фие 2