Управляемое токоограничивающее устройство Советский патент 1976 года по МПК H01H9/02 

(54) УПРАВЛЯЕМОЕ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

1

Управляемое токоограничивающее устройство относится к области энергетики, предназначено для ограничения токов короткого замыкания и может служить потребителем реактивной мощности.

К токоограничивающим устройствам предъявляются следующие требования: при различных эксплуатационных режимах, устройство должно обладать минимальным сопротивлением; ограничение токов короткого замыкания должно происходить автоматически в течение полупериода нарастания тока короткого замыкания; ограничивающее действие устройства не должно зависеть от момента возникновения нарущения нормального режима и сопровождаться появлением недопустимых перенапряжений; переход от режима короткого замыкания к нормальному режиму должен быть достаточно быстрым и не сопровождаться недопустимыми перенапряжениями.

К управляемым токоограпичивающим устройствам предъявляется также требование быстрого изменения сопротивления под действием управляющего сигнала.

В настоящее время для ограничения токов короткого замыкания применяются сухие реакторы (простые и сдвоенные), ограничители тока, масляные реакторы, управляемые реакторы с подмагничиванием (стержневые и с вращающимся магнитным полем).

Однако сухие и масляные реакторы имеют больщие потери напряжения и энергии в нормальном режиме работы, что налагает ограничение на величину индуктивного сопротивления.

Ограничители тока работают на принципе гашения дуги вставки взрывающимся пиропатроном. В них потери напряжения и энергии сведены до минимума, однако, они имеют сложное запальное устройство, большую стоимость, после отключения короткого замыкания требуют смены вставки. Ограничители тока применяются в установках до 35 кв.

В зказанных токоограничивающих устройствах отсутствует регулирование индуктивного сопротивления в нормальном режиме работы.

Управляемый реактор с подмагничиванием отвечает требованиям, предъявляемым к управляемым токоограничивающим устройствам. Он состоит из реактора с расщепленными стержнями магнитопровода. На каждом расщепленном стерлсне намотана обмотка управления. Силовая обмотка реактора обхватывает весь стержень магнитопровода. По силовой обмотке проходит переменный ток нагрузки. К обмоткам управления подводится постоянный ток от специального источника постоянного тока. Обмотки управления включены между собой встречно, чтобы избежать появления наведенного переменного тока в цепи подмагничивания. Электрическая связь между обмотками управления и обмоткой реактора отсутствует.

Известно, что индуктивное сопротивление реактора со стальным сердечником и содержание высших гармоник в токе нагрузки зависит от степени подмагничивания постоянным током. Увеличение постоянного тока подмагничивания уменьшает магнитную проницаемость стали реактора и, следовательно, индуктивное сопротивление реактора. Но высокая степень подмагничивания требует увеличения мош,ности источника постоянного тока и, таким образом, стоимости всего реактора. Кроме того, управляемый реактор с подмагничиванием слабо ограничивает ударный ток короткого замыкания.

Цель изобретения - создание управляемого токоограничиваюш,его устройства без специального источника постоянного тока, с меньшими потерями напряжения и энергии в нормальном режиме работы и с большей эффективностью ограничения ударного тока короткого замыкания.

Это достигается благодаря тому, что обмотки управления каждой фазы соединены согласно-параллельно с соответствующей силовой обмоткой реактора и подсоединены к питающей сети посредством управляемых вентилей через блок управлеиия и трансформатор напряжения. Вентили снабжены запирающим блоком, содержащим измерительный элемент, анализатор направления тока и накопитель электрической энергии. Вход измерительного элемента подключен к питающей сети через трансформатор тока, выходы- к блоку управления и. входу анализатора направления тока, выход анализатора - к входу накопителя электрической энергии, второй вход которого подсоединен к трансформатору напряжения, а выходы соединены с выводами обмоток управления.

На фиг. 1 показана схема трехфазного реактора.

Реактор содержит магнитопровод 1 и обмотку 2. Каждая фаза реактора имеет расщепленные стержни, на которых находятся обмотки 3 и 4 подмагничивания. Обмотки подмагничивания через управляемые вентили 5, 6 включены согласно-параллельно с обмоткой 2 реактора. Управление тиристорами осуществляется от блока 7 управления, который питается от трансформатора 8 напряжения. Быстродействующее запирающее устройство 9 включает: трансформатор 10 тока, измерительный элемент 11, анализатор 12 направления тока и накопитель электрической энергии - конденсатор 13.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема запирающего устройства.

Запирающее устройство состоит из трансформатора с двумя обмотками (10, 10), которые подключаются к первичным обмоткам импульсных датчиков 14 и 15 тока (каждый совмещает элементы 11, 12). Обмотки подмагничивания датчиков 14, 15 через дроссель 16 соединены с источником 17 постоянного тока. Уставка тока срабатывания датчиков регулируется подмагничивающими ампер-витками. Выходные обмотки импульсных датчиков тока через вентили 18, 19 подключаются к цепям управления тиристоров 20, 21. Конденсатор 13 заряжается от источника 17 постоянного тока через сопротивление 22. Разряд конденсатора

13 происходит при отпертом тиристоре 20 или 21 через импульсный трансформатор 23, вентили 24 или 25, конденсаторы 26 или 27 на вентили 5 или 6, в зависимости от направления тока короткого замыкания.

Для понижения напряжения, прикладываемого к вентилям 5, 6 в режиме короткого замыкания, и, следовательно, для уменьшения числа последовательно соединенных управляемых вентилей, обмотки подмагннчивания 3, 4

и реактора 2 соединены согласно.

В нормальном режиме работы установки на управляемые вентили 5, 6 подаются импульсы управления от блока 7. Управляемые вентили открываются и пропускают полуволны тока

нагрузки. По обмоткам подмагничивания протекает выпрямленный ток нагрузки, который создает подмагничивание стали магнитопровода. Индуктивное сопротивление токоограничивающего устройства уменьшается. Изменяя

угол открытия управляемых вентилей, можно изменять индуктивное сопротивление.

В режиме короткого замыкания ток в трансформаторе 10 увеличивается до тока уставки, срабатывает измерительный элемент 11 и запускает анализатор 12 направления тока, а также снимает импульсы управления с управляемых вентилей 5, 6. Анализатор направления тока управляет полярностью разряда накопителя электроэнергии (конденсатора).

В результате разряда к тиристору, находящемуся в данный момент в открытом состоянии, прикладывается мощный импульс обратной полярности. Проводящий управляемый вентиль запирается раньше, чем ток короткого

замыкания достигнет максимального значения. Ток короткого замыкания протекает только через обмотки 2 реактора и ограничивается.

Соответственно, на принципиальной схеме запирающего устройства при превышении током короткого замыкания в обмотках 10, 10 трансформатора тока уставки срабатывают датчики 14 или 15, в зависимости от направления тока короткого замыкания. Величина тока уставки регулируется подмагннчивающими ампер-витками, подключенными через дроссель 16 к источнику 17 постоянного тока. С выходных обмоток датчиков тока импульсы тока через вентили 18 или 19 подаются па тиристоры 20 или 21. При открытии тиристора 20 или

21 происходит разряд заряженной от источника постоянного тока конденсаторной батареи, через импульсный трансформатор 23, вентили 24 или 25, конденсаторы 26 или 27 на силовые управляемые вентили 5 или 6. К управляемому вентилю, находящемуся в данный момент в открытом состоянии, прикладывается мощный импульс обратной полярности. Управляемый вентиль запирается, и ток короткого замыкания проходит только по обмотке 2 реактора.

Управляемое реакторное устройство может найти применение на электростанциях для ограничения токов короткого замыкания и регулирования напряжения.

Формула изобретения

Управляемое токоограничивающее устройство, содержащее реактор с расщепленным магнитопроводом с обмотками пра15ле11ия на каждом стержне магнитопровода, отличающееся тем, что, с целью уменьшени5; потерь напряжения и энергии в нормальном режиме работы и увеличения эффективности ограничения токов короткого замыкания, обмотки управления каждой фазы соединены согласнопараллельно с соответствующей силовой обмоткой реактора и подсоединены к питающей сети носредством управляемых вентилей через блок управления и трансформатор напряжения, указанные вентили снабжены запирающим блоком, содержащим измерительный элемент, анализатор направления тока и накопитель электрической энергии, причем вход измерительного элемента нодсоединен к питающей сети через трансформатор тока, выходы подсоединены к блоку управления п входу анализатора направления тока, выход которого подсоединен к входу накопителя электрической энергии, второй вхоп, котпрого подсоеданен к трансформспору напряжения, а выходы подсоединены к выводам обмоток унравленпя.