Способ искробезопасного дистанционного питания и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК E21F9/00 

Изобретениеотносится к безопасной передаче электрической энергии от источника питания к нагрузке по длинным линиям и может быть использовано во взрьшоопасной атмосфере угольных шахт и нефтехимической промьшшенности

Целью изобретения является увеличение передаваемой искробезопасной мощности в системах электропитания с длинными линиями электропередачи.

Сущность способа заключается в том, что в момент возникновения дугового разряда замыкания заряженной связи линии, поврежденную линию раз-- ряжают на источник электрических зарядов, например конденсатор, полярность зарядов которого противополок- на полярности линии связи, при этом источник электрических зарядов пред- варительно заряжается напряжением, величина которого больше величины напряжения распределенной емкости линии связи, причем источник электрических зарядов шунтируют в режиме короткого замыкания источника ЭДС.

На чертеже изображена функциональная схема устройства, реализующего данный способ.

Устройство содержит источник 1 питания, кабельную линию 2, нагрузку 3, причем источник питания, в свою очередь, содержит источник 4 ЭДС, блок 5 искрозащиты, датчик 6 начала /коммутации, конденсатор 7 с поляр- ностью, противоположной полярности линии связи, быстродействующий ключ (тиристор ) 8, диод 9, дополнительней источник 10 ЭДС, два дополнительных датчика в виде резисторов П, 12 на- чала коммутации, два шунтирующих ключа-тиристора 13, 14, резистор 15.

Первый дополнительный шунтирующий ключ 13 вьтолнен в виде запираемого тиристора, второй - в виде скмметрич ного тиристора, при этом положительный полюс основного источшика 4 ЭДС через блок 5 искрозащиты соединен с отрицательным вьшодом конденсатора 7 и одним из входов линии 2 связи, пол жительный вьшод конденсатора 7 соединен с входом блока 5 искрозащиты, положительным вьшодом дополнительног источника 10 ЭДС, анодом тиристора быстродействующего ключа 8 и анодом

запираемого тиристора первого .шунтирующего ключа 13. Отрицательный вывод дополнительного источника 10 ЭДС соединен с катодом запираемого

Q

5 „

5

тиристора первого шунтирующего ключа 13j катодом диода 9 и первым вьгоодом второго датчика 11 начала коммутации, второй вьшод которого подключен к отрицательному выводу основного источника 4 ЭДС, управляющему вьшоду запираемого тиристора первого шунтирующего ключа 13, катоду тиристора 8 быстродействующего ключа, первому вьшоду первого датчика 6 начала коммутации, второй вывод которого соединен с управляющим электродом тиристора быстродействующего ключа 8, управляющим электродом симметричного тиристора второго шунтирующего ключа 14 и первым выводом третьего датчика 12 начала коммутации, второй вывод которого подключен к одному из вьшодов симметричного ти- Iристора второго шунтирующего ключа 14 и к второму входу кабельной линии 2, к первому входу которой подключен другой вывод симметричного тиристора второго шунтирующего ключа 14, а анод диода 9 через резистор 15 сое- Iдинен с отрицательным вьтодом конденсатора 7.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии блок 5 искрозащиты находится в открытом состоянии и ток от источника 4 ЭДС через кабельную линию 2 связи поступает в нагрузку 3, заряжая распределенную емкость линии 2 связи. Тиристор 8 и дополнительные шунтирующие ключи 13 и J4 находятся в закрытом состоянии. Конденсатор 7 заряжен до величины напряжения дополнительного источника 10 ЭДС. ,

Из трех датчиков начала коммута- ции наиболее чувствительным к изменению тока является датчик 6, так как он выполнен на дросселе и реагирует на первую производную изменения тока, в отличие от двух других датчиков, реагирующих на абсолютное изменение тока. Поэтому в момент возникновения короткого замыкания именно на нем возникает напряжение, положительный полюс которого прилагается к управляющему электроду быстродействующего ключа 8, последний открывается, вызьшая закрьгаание транзистора блока 5 искрозащиты.

Этим предотвращается разряд конденсатора 7 на источник 4 ЭДС, так как возникает энергетическая развязка между источником 4 ЭДС и конден- сатором 7, а.также между источником А ЗДС и кабельной линией 2, Открыв- шийся тиристор 8 создает цепь разряда для конденсатора 7 по цепи: поло- .жительная обкладка конденсатора 7, открытый переход анод - катод т ирис- тора 8, датчик 6 начала коммутации, датчик 12 коммутации, разрядный промежуток, отрицательная обкладка конденсатора 7.

Величина падения напряжения на активном сопротивлении датчика 12 начала коммутации является достаточной для открьшания шунтирующего ключа 14, что приводит к шунтированию тока разряда конденсатора 7 и емкостного тока разряда линии 2 связи.

Для предотвращения попадания напряжения от источника 10 ЭДС, имеющего напряжение в 3-5 раз превышаю- , щее напряжение источника 4 ЭДС в

10

15

20

к управляющему электроду тиристора 13, вызывая запирание его и повтор ный заряд конденсатора 7 до величи напряжения источника 10 ЭДС по цеп положительный полюс источника 10 Э конденсатор 7, резистор 15, диод 9, отрицательный полюс источника 1 ЭДС. Схема возвращена в исходное с тояние.

При отключенной нагрузке 3 вели чина напряжения зарядов распределе ной емкости кабельной линии 2 буде равномерно распределяться по всей длине: линии и равна величине напря жения источника 4 ЭДС. В этом случ величина энергии дугового разряда на дальних участках линии (у нагру ки З) будет так же опасна, как и начале линии. При возникновении ду гового разряда на дальних участках кабельной линии 2 .ток разряда конд сатора 7 протекает по резистору 12

30

35

40

разрядный промежуток по цепи: положи- 25 и по участку кабельной линии 2 до тельный полюс источника 10 ЭДС открытый тиристор 8, датчики 6, 12 начала коммутации, разрядный промежуток К.З., резистор 15, диод 9 - отрицательный полюс источника 10 ЭДС, ток, протекающий по первому датчику 11 начала коммутации по цепи: положительный полюс источника 10 ЭДС, открытый переход анод - катод тиристора 8, резистор 11, отрицательный полюс источника 10 ЭДС, создает падение напряжения на резисторе 11, положительный полюс которого приложен к управляющему электроду тиристора 13, который открывается, производя шунтирование источника 10 ЭДС.

Диод 9 препятствует разряду конденсатора 7 по цепи: положительная обкладка конденсатора 7, открытый переход анод - катод тиристрра 8, резистор 11, переход катод - анод диода 9, резистор 15, отрицательная обкладка конденсатора 7.

При токе разряда конденсатора 7, меньшем тока удержания тиристора 8 и ключа 14, в открытом состоянии тиристор 8 и ключ 14 запираются. На базе транзистора йск-розащитного блока 5 возникает положительное смещение и последний открьтается, пропуская ток через резистор 15, диод 9, резистор 1. При этом на резисторе 11 возникает падение напряжения, отрицательный полюс которого приложен

45

50

55

места дуги. В этом случае величина падения напряжения на резисторе 12 будет уже недостаточной для вклю- чания тиристора 14, поскольку сопр тивление резистора 12 суммируется сопротивлением участка кабельной линии 2 и ток через резистор 12 протекает меньший, чем при коротко замыкании источника 1 питания. Тир тор 14 в этом случае остается в за крытом состоянии и величина напряжения на ковденсаторе 7 от источн 10 ЭДС, превосходящая величину нап жения истопника 4 ЭДС и кабельной линии 2 в 3-5 раз прикладывается к началу линии 2. Так как полярность заряда конденсатора 7 противополо на полярности зарядов распределенн емкости линии 2, а величина напряж ния на конденсаторе 7 больше, чем величина напряжения емкости линии то величина напряжения на конденса торе 7 оказывается достаточной дл эффективного гашения дугового разряда замыкания с вычетом потерь на линии 2.

Данное устройство позволяет уве личить искробезопасную мощность ди станционного питания при той же дл не линии или повысить выходное нап жение источника питания нагрузки и тем самым увеличить длину линии связи.

0

5

к управляющему электроду тиристора 13, вызывая запирание его и повторный заряд конденсатора 7 до величины напряжения источника 10 ЭДС по цепи: положительный полюс источника 10 ЭДС, конденсатор 7, резистор 15, диод 9, отрицательный полюс источника 10 ЭДС. Схема возвращена в исходное состояние.

При отключенной нагрузке 3 величина напряжения зарядов распределенной емкости кабельной линии 2 будет равномерно распределяться по всей длине: линии и равна величине напряжения источника 4 ЭДС. В этом случае величина энергии дугового разряда на дальних участках линии (у нагрузки З) будет так же опасна, как и в начале линии. При возникновении дугового разряда на дальних участках кабельной линии 2 .ток разряда конденсатора 7 протекает по резистору 12

0

5

0

5 и по участку кабельной линии 2 до

5

0

5

места дуги. В этом случае величина / падения напряжения на резисторе 12 будет уже недостаточной для вклю- чания тиристора 14, поскольку сопротивление резистора 12 суммируется с сопротивлением участка кабельной линии 2 и ток через резистор 12 протекает меньший, чем при коротком замыкании источника 1 питания. Тиристор 14 в этом случае остается в закрытом состоянии и величина напряжения на ковденсаторе 7 от источника 10 ЭДС, превосходящая величину напряжения истопника 4 ЭДС и кабельной линии 2 в 3-5 раз прикладывается к началу линии 2. Так как полярность заряда конденсатора 7 противоположна полярности зарядов распределенной емкости линии 2, а величина напряжения на конденсаторе 7 больше, чем величина напряжения емкости линии 2, то величина напряжения на конденсаторе 7 оказывается достаточной для эффективного гашения дугового разряда замыкания с вычетом потерь на линии 2.

Данное устройство позволяет увеличить искробезопасную мощность дистанционного питания при той же длине линии или повысить выходное напряжение источника питания нагрузки и тем самым увеличить длину линии связи.

ормула

51437509

изобретения

ти пр не ро эт ис за во ли де ис до ан кл пе те ни пи ще вь му кл но вь ти пе ко со ти уп ти и на ко во го вх ко ме ру ре вы

1, Способ искробезбпасного дистанционного питания, основанный на изо- ляции поврежденной линии электропередачи от источника питания в момент I возникновения дугового разряда замыкания и разряде на линию электропередачи предварительно заряженного источника электрических зарядов в полярности, противоположной поляр- : ности линии, отличающийся { тем, что, с целью увеличения переда- I Баемой искробезопасной мощности, в ; системах электропитания с длинными : линиями электропередачи, величину I напряжения источника электрических : зарядов выбирают в 3-5 раз большей I величины напряжения линии электро- : передачи, при этом источник электри- : ческих зарядов шунтируют в случае . : возникновения дугового разряда замыкания в начале линии.

2о Устройство для искробезопасно- го дистанционного питания, содержаще основной источник питания, подклю- : ченный к нагрузке с помощью линии связи через первый датчик начала коммутации, блок искрозащиты, конденса-тор, подключенньш к линии связи через быстродействующий ключ, причем полярность заряда конденсатора противоположна полярности линии связи, :отличающееся тем, что, i с целью увеличения передаваемой искр безопасной мощности в системах электропитания с длинными линиями электропередачи, оно содержит дополнительный источник питания с напряжением в 3-5 раз больше напряжения основного источника питания, второй и третий датчики начала коммутации, два шун

6

тирующих ключа, диод и резистор, причем первый шунтирующий ключ вьтол- нен на запираемом тиристоре, а второй - на симметричном тиристоре, при этом положительный полюс основного источника питания через блок искрозащиты соединен с отрицательным выводом конд,енсатора - и одним из входов линии связи, положительный вьшод конденсатора соединен с входом блока искрозащиты, положительным выводом дополнительного источника питания, анодом тиристора быстродействующего ключа и анодом запираемого тиристора первого шунтирующего ключа, отрица- тельньй вьюод дополнительного источника питания соединен с катодом запираемого тиристора первого шунтирующего ключа, катодом диода и первым вьтодом второго датчика начала коммутации, второй вывод которого подключен к отрицательному выводу основного источника питания, управляющему вьшоду запираемого тиристора, катоду тиристора быстродействующего ключа, первому вьшоду первого датчика начала коммутации, второй вывод которого соединен с управляющим электродом тиристора быстродействующего ключа, управляющим электродом симметричного тиристора второго шунтирующего ключа и первым Вьшодом третьего датчика начала коммутации, второй вьшод которого подключен к одному из выводов симметричного тиристора второго шунтирующего ключа и к второму входу линии связи, к первому входу которой подключен другой вьшод симметричного тиристора второго шунтирующего КЛЮЧ4, а анод диода через резистор соединен с отрицательным выводом конденсатора.

Изобретение относится к безопасной передаче электрической энергии от источника питания к нагрузке по длинным линиям связи (ЛС) и м.б. использовано для работы во взрывоопасной атмосфере угольных шахт и нефтехимической пром-ти. Целью изобретения является увеличение передаваемой йскробезопасной мощности в системах электропитания с длинными линиями электропередачи. В момент возникновения дугового разряда замыкания в ЛС последнюю разряжают на источник электрических зарядов (конденсатор) , полярность зарядов которого противоположна полярности ЛС. Источник электрических зарядов предварительно заряжается напряжением, величина которого больше величины напряжения распределенной емкости ЛС. Источник электрических зарядов шунтируют в случае короткого замыкания в начале ЛС. Устр-во, реализующее способ, содержит источник питания, кабельную ЛС, нагрузку, блок искро- защиты (ВИЗ), датчик.начала коммутации, конденсатор (К), быстродействующий ключ (тиристор), диод, два дополнительных датчика (резистора) начала коммутации, два шунтирующих ключа, резистор и дополнительный источник ЭДС. В исходном состоянии БИЗ пропускает ток от источника питания через кабельную ЛС в нагрузку, заряжая распределенную емкость ЛС. Быстродействующий и шунтирующие клю- . чи закрыты, а К заряжен до напряжения дополнительного источника ЭДС. При возникновении коммутации в ЛС по сигналу от датчика начала коммутации открьшается бвстродействующий ключ, вызывая закрывание БИЗ. Этот ключ также создает цепь для разряда К в противоположной полярности через разрядный промежуток. Одновременно первым шунтирующим ключом шунтируется дополнительный источник ЭДС, чтобы избежать попадания его напряжения в ЛС, Второй шунтирующий ключ Шунтирует выход уст-ва. 2 с.п. ф-лы,. 4 ил. (Л с 00 СП о со