Устройство для защиты от тока короткого замыкания линии, питающей вентильный преобразователь Советский патент 1991 года по МПК H02H3/08 

СО

С

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите линии от короткого замыкания. Цель изобретения - повышение чувствительности при соизмеримости величины пускового тока и тока короткого замыкания. Цель достигается тем, что фиксируется величина отношения тока в линии к высшим гармоникам тока при коротком замыкании, которая многократно увеличивается по сравнению с нормальным режимом, что позволяет четко отличить начало процесса короткого замыкания от пускового режима работы вентильного преобразователя, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты как линий постоянного тока, так и для линий переменного тока, питающих вертикальные преобразователи, с малыми крат- ностями токов короткого замыкания по отношению к рабочему и токам, протекающим в линии в момент запуска электродвигателя, питающегося от преобразователя.

Цель изобретения - повышение чувствительности при соизмеримости величины пускового тока и Тока короткого замыкания.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для защиты от тока короткого замыкания линии, питающей вентильный преобразователь; на фиг.2 - графики токов в линии, а при нормальной работе однофазного мостового преобразоватепя и при коротком замыкании, б - при нормальной работе импульсного преобразователя постоянного тока и при кз.

Устройство содержит датчик тока 1, который включен в линию, питающую вентиль- ный преобразователь, нагруженный двигателем постоянного тока. В линиях постоянного тока в качестве датчика 1 тока используется калиброванный резистор (шунт), включенный непосредственно в линию. В линиях переменного тока, где требуется гальваническая развязка цепей, функцию датчика тока 1 выполняет трансформатор тока, вторичная обмотка которого нагружена резистором. К выходу датчика 1 тока подключены первый преобразователь 2 переменного тока в постоянный ток и фильтр 3 высших гармоник тока. Указанный преобразователь осуществляет аналоговое преобразование входного сигнала. Выход первого преобразователя 2 соединен с входом первого порогового блока 4 с элементом 5 задания установки срабатывания и с входом делимое блока 6 деления, вход

о о о о о

Делитель которого через второй преобразователь 7 переменного тока в постоянный соединен с выходом фильтра 3 высших гармоник тока. Выход блока деления 6 соединен с входом второго порогового блока 8 с элементом 9 задания уставки срабатывания. Выходы пороговых элементов 4 и 8 соединены соответственно с входами элемента И 10. Выход элемента И 10 подключен к входу выходного блока 11. На чертеже показаны вентильный преобразователь 12 и выключатель 13.

Устройство работает следующим образом.

Пойле включения выключателя 13 и вентильного преобразователя 12 в линии протекает ток, величина которого зависит от нагрузки двигателя. Преобразователи 2 и 7 выдают сигналы, пропорциональные текущим значениям измеряемых величин дейст- вующего значения TOKd в линии и действующего значения высших гармоник, выделенных фильтром 3. Сигнал, пропорциональный действующему значению тока в линии, поступает на вход первого порогового блока А, где сравнивается с уставкой, поступающей от элемента 5. Сигнал логической единицы на выходе первого порогового блока 4 появляется при превышении током заданного значения. Одновременно на входы блока деления 6 поступают сигналы от преобразователей 2 и 7. Блок деления 6 производит определение величины отношения действующего значения тока в линии к действующему значению тока высших гармоник. Полученный CHI нал с выхода блока деления 6 поступает на вход второго порогового блока 8, где сравнивается с величиной уставки, заданной элементом 9. При превышении сигналом с выхода блока деления 6 сигнала уставки второй пороговый блок 8 выдает сигнал логической единицы, который поступает на один из входов элемента И 10. При одновременном наличии на обоих входах элемента 11 10 сигналов логической единицы он вырабатывает выходной сигнал ло ическои единицы, которые через выходной блок 11 поступает на вход выключателя 13 Последний отключает линию.

В качестве примера рассмотрим выбор уставок защиты линии, питающей 1-фазный мостовой выпрямитель, нагруженный двигателем постоянною тока (см.фиг.2а). Величина уставки действующего значения тока в линии принимается равной

3 0.06ln-06{2 2,511н--(1.2 - 1.5)1Н. где In пусковой гок дрпгателя;

1Н иомпн. Tfк двигателя. Коэффициент - упогвигельности защиты

,, IminK 3 2 - 2,5 . „ . „

Kr J3 1.2-1.5 3 2- минимальный ток короткого замыкания.

5Величина действующего значения высших гармоник в этой же линии

вг ViT+iT+...iTT...

где Ik-действующее значение k-ой гармоники тока.

Для отдельных гармоник действующие значения равны

h ..4 ld 0.9ld. .3ld1 У2л-J

15 0,181,1:...Ik -Ј7

где Id - ток в цепи якоря двигателя. Действующее значение тока в линии

k-3

I d VO92 + 0,,182 + ... -Id Отношение величины тока в линии к величине высших гармоник тока

N W rd-VO,19 ЩШ

0

5

0

0

5

На основании приведенного расчета

принимается уставка величины отношения равной - 6.

Величина отношения значений токов при нормальной работе вентильного преобразователя не зависит от величины тока нагрузки, поскольку при изменении величины тока форма кривой тока в линии сохраняется неизменной (фиг.2а).

При возникновении внутренних коротких замыканий в преобразователях переменного тока, в том числе пробое вентиля в выпрямителе или инверторе, а также при замыкании между собой проводов питающей линии, ток в линии становится синусоидальным, т.е. остается только первая (основная) гармоника. При дуговых коротких замыканиях ток в питающей линии имеет кратковременные разрывы при переходе через нулевое значение, обусловленное процессами зажигания и погасания электрической дуги, и его форма близка к синусоиде. Поэтому присутствующие в составе тока высшие гермоники имеют более высокий порядок, чем гармоники в гоках нормального режима работы вентильного преобразователя, соответственно долевое значение высших гармоник в токе дугового кз незначительно. При этом величина отношения тока в линии к высшим гармоникам при коротком замыкании многократно уве

личивается по сравнению с нормальным режимом, что позволяет четко отличить начало процесса кз от пусковой перегрузки и нормального режима работы вентильного преобразователя.

Аналогично протекают процессы ,,ри работе вентильных преобразователей, питающихся от линий постоянного тока (контактная сеть электровозов постоянного тока). В линии постоянного тока, питающей импульсный преобразователь, который работает на активно-индуктивную нагрузку и противоЭДС (двигатель постоянного тока, заряд аккумуляторной батареи и т.д.), ток протекает в виде однополярных импульсов (см. фиг.26). В состав этого тока входит постоянная составляющая (среднее значение тока) и высшие гармоники тока.

При возникновении короткого замыкания (металлического или дугового) ток в ли- нии становится постоянным и не содержит высших гармоник, поэтому и здесь величина отношения тока в линии к высшим гармоникам многократно увеличивается.

Защита от короткого замыкания линий, питающих вентильные преобразователи других типов (1-фазные с нулевым вентилем, 3-фазные с нулевым вентилем, 3-фаз- ные мостовые и другие) осуществляется аналогично. При этом количество датчиков тока и других элеменов зависит от количества фаз и режима нейтрали трансформатора, питающих вентильные преобразователи. Определение величины уставок пороговых

«5

«с j

ГПгЛ

фиг.1

0

5

0

5

0

блоков производится с учетом схемы преобразователя и способа управления вентилями (симметричное или несимметричное управление).

Данное устройство позволяет получить чувствительность защиты линии, питающей вентильный преобразователь.

Формула изобретения Устройство для защиты от тока короткого замыкания линии, питающей вентильный преобразователь, содержащее датчик тока, выход которого соединен с входом фильтра высших гармоник тока, два пороговых блока с элементами задания уставки срабатывания, элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого порогового блока, а выход с входом выходного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности при соизмеримости величины пускового тока и тока ко- роткого замыкания, дополнительно введены два преобразователя переменного тока в постоянный ток и блок деления, при этом вход первого преобразователя переменного тока в постоянный ток подключен к выходу датчика тока, а его выход подключен к входу первого порогового блока и к входу делимое блока деления, вход Делитель которого через второй преобразователь переменного тока в постоянный ток подключен к выходу фильтра высших гармоник тока, выход блока деления через второй пороговый блок подключен к второму входу элемента И.

О

ТонtfapamHozi за ь/наиия

Тан дугового поротного замь/ммя

фие. 2