Способ отключения аварийного участка сети переменного тока Советский патент 1977 года по МПК H02H3/08 H03K17/56 

1

Изобретение относится к области аварийной защиты сетей переменного тока.

В технике аварийного отключения цепей известны устройства, которые в зависимости от чувствительности и быстродействия отключают аварийиый участок цепи за определенный промежуток времени (от единиц до нескольких десятков секунд) с начала возникновения аварийной ситуации. К таким устройствам относятся плавкие вставки (предохранители), теиловые, механические и электра магнитные устройства аварийного отключения цепей.

Эти устройства разрывают электрическую цепь при срабатывании в такие моменты времени, когда в сети иротекают токи значительных величин. Например, в сети переменного тока мгновенное значение тока определяется синусоидальным законом измерения напряжения, и размыкание цепи в подавляющем большинстве случаях происходит в неподходящие, с точки зрения минума коммутационных помех, моменты времени. Разрыв цепи «под током вызывает резкие броски тока в питающей сети и, как следствие, возникновение коммутационных перенапряжений. Единственная цель использования этих устройств- защита от перегрузок первичных силовых энергоагрегатов (электрогенераторов, трансформаторов и т. п.).

Более соверщенными устройствами отключения цепей переменного тока являются устройства, основание на использовании полупроводниковых вентилей с размыканием контактов, включенных последовательно с вентилями 1.

Известен способ отключения переменного тока, ио которому полупроводниковые вентили включают параллельно коммутируемому контакту 2. Полупроводниковые вентили в этих устройствах, применяются для того, чтобы обеспечить размыкание цепи при обесточенных контактах, что предотвращает возникновение электрической дуги и увеличивает долговечность контактов. Кроме того, поскольку размыкание контактов происходит в моменты времени, когда они обесточены, то броски тока при отключении уменьщаются и уровень коммутационных иеренапряжений значительно снижается. Устройства такого рода производят полное отключение аварийного участка цепи в течение нескольких полупериодов питающего наиряжения с момента возникновения аварийной ситуации.

Известно устройство для коммутации и регулирования переменного тока, в котором аварийный участок цепи отключается управляемыми вентилями (тиристорами), с которых предварительно снимают сигнал управления, при этом последовательно с аварийной

цепью включают ограничивающую баластную нагрузку (реактор) 3. Отключение цепи происходит в момент очередного изменения фазы питающего напряжения, когда ток через тиристоры снижается до нуля. В этом устройстве одновременно с аварийной защитой при перегрузке существенно снижаются коммутационные перенапряжения за счет ограничения реактором ударных токов короткого замыкания. Для полного отключения аварийной цепи достаточно одного проводящего полупериода питающего напряжения. Однако ограниченный до некоторой конечной величины ток до конца проводящего полупериода продолжает протекать через поврежденный участок цепи, что не исключает возможности выхода из строя токоведущнх частей. Разрыв цепи от разрущения токоведущих частей аварийного участка цепи совпадает, как правило, с амплитудным значением тока в цепи, сопровождается бросками тока и, как следствие, возникновением коммутационных перенапряжений.

По предлагаемому способу с целью исключения коммутационных перенапряжений, возникающих как вследствие срабатывания отключающих устройств защиты, так и в результате возмол ного разрущения токоведущих частей при коротком замыкании в начале проводящего полупериода, а отключает балластную нагрузку в момент очередного изменения фазы питающего напряжения, а с целью уменьшения искажений, относительно синусоидальной формы суммарного потребляемого от сети тока за полупериод использзют управляемую балластную нагрузку, сопротивление которой до момента возникновения аварийной ситуации непрерывно и синхронно изменяют пропорционально току отключаемой цепи.

На чертеже приведены диаграммы токов, где

1-диаграмма синусоидального предельнодопустимого тока в цепи полезной нагрузки в течение одного полупериода питающего напряжения;

2- то же, в цепи ограничивающей баластной нагрузки;

3- диаграмма тока короткого замыкания;

4- диаграмма суммарного тока, потребляемого от сети за проводящий полупериод при переключении;

5- уровень тока, при котором срабатывает токовая защита;

6- момент времени срабатывания токовой защиты (вырабатывается сигнал управления);

7- диаграмма тока включения ограничивающей балластной нагрузки;

8- диаграмма тока отключения аварийной цепи;

9- момент времени, когда напряжение сети переходит нулевой уровень, он же момент отключения ограничивающей балластной нагрузки;

10- амплитудное .значение предеЛьно-до-пустимого тока цепи полезной нагрузки;

11- амплитудное значение тока баластной нагрузки н суммарного тока, потребляемого от сети при переключении;

12- величина тока разрущения токоведущих частей аварийной цепи;

13- постоянная времени процесса загрузки питающей сети балластной нагрузки (загр.);

14- постоянная времени процесса отключения аварийной цепи (откл.)Предположим, что аварийная ситуация в цепи возникла в момент изменения фазы питающего напряжения или несколько раньше, в конце предыдущего полупериода, когда ток изменялся по спадающей ветви и любое мгновенное значение его не превыщало тока срабатывания защиты.

Пока ток в цепи полезной нагрузки не превыщает допустимого значения, ограниченного диаграммой 1, устройство защиты находится в дежурном состоянии и ограничивающая баластная нагрузка отключена от сети.

При возникновении аварийной ситуации (короткого замыкания) ток в цепи изменяется по диаграмме 3 и по достижении уровня тока 5 в момент времени 6 вырабатывается сигнал, который используется для приведения в: действие устройств переключения. С этого момента происходит отключение аварийной цепи и синхронное подключение балластной нагрузки к питающей сети. Переключение происходит за время меньщее, чем Т/4, при этом скорость загрузки (подключение балластной нагрузки) должна быть намного больше скорости отключения поврежденной цепи. На чертеже скорость загрузки - диаграмма 7 показывает изменение тока балластной нагрузки, а диаграмма 8 - изменение тока в аварийной цепи при отключении.

Выбор форм переходных процессов и постоянных времени переключений определяется формой суммарного потребляемого от сети тока при переключении, последний не должен иметь скачков и разрывов.

Формы и постоянные времени процессов переключения могут быть и иными, нежели представлены на чертеже, но время включения балластной нагрузки должно быть меньше времени отключения аварийной цепи. Это определяется следующими соображениями: если после момента времени 6 произойдет разрыв аварийной цепи, то бросок тока отключения должен быть как можно меньщим, а поскольку он определяется разницей мгновенных значений токов диаграмм 3 и 2, то всегда желательно иметь ток диаграммы 2 возможно большим;

значительно большая скорость включения балластной нагрузки относительно скорости отключения аварийной цепи позволяет получить более плавный переход диаграммы суммарного потребляемого от сети тока в точке

А, которая должна на участке от А до Б иметь вид монотонно-изменяющейся функции.

Скорость изменения тока на участке АБ, естественно, определяется абсолютными значениями токов в этих точках, и поскольку до момента времени Т/4 происходит рост напряжения питающей сети, то диаграмму токов балластной нагрузки выбирают выше предельно-допустимого тока полезной нагрузки. При этом чем больше амплитуда тока 11 в точке Б, тем меньше искажение формы питающего тока. Из чертежа видно, что при амплитуде тока балластной нагрузки в 2 раза больше предельно-допустимого тока полезной нагрузки, форма суммарного потребляемого от сети тока 4 (выделенная жирной линией) получается вполне удовлетворительной, при этом практически полностью исключается вероятность выхода из строя токоведущих частей аварийной цени, поскольку ток в ней не может достигать опасных значений, и возникновение коммутационных перенапряжений исключено.

Если аварийная ситуация произошла в момент времени между точкой 6 и Т/4, то первоначальный бросок тока с диаграммы 1 на диаграмму 3 ограничивается реактором, который включают последовательно с аварийной цепью, а затем происходит переключение на параллельную нагрузку по выше описанному способу.

Возможно также предварительное выравнивание сопротивлений переключаемых цепей, для чего в балластной цепи применяют управляемую нагрузку, величину которой изменяют непрерывно и синхронно с изменением мгновенных значений тока цепи нагрузки по синусоидальному закону до возникновения в ней аварийной ситуации, что обеспечивает равенство мгновенных значений токов переключаемых цепей и минимум искажений формы суммарного потребляемого от сети тока за полупериод.

В качестве управляемой балластной нагрузки могут быть использованы транзисторы, дроссели насыщения и магнитные Зсилители, которыми управляют через согласующий усилитель сигналом с резистора (датчика тока), включенного в аварийную цепь.

Во всех случаях отключение балластной нагрузки происходит в момент очередного изменения фазы питающего напряжения снятием управляющего сигнала.

6 Формула изобретения

1.Способ отключения аварийного участка сети переменного тока, основанный на ограничении аварийного тока подключением в цепь питания балластной нагрузки с последующим отключением аварийного участка, отличающийся тем, что, с целью исключения коммутационных перенапряжений, возникающих как вследствие срабатывания отключающих устройств защиты, так и в результате возможного разрушения токоведущих частей при коротком замыкании в начале проводящего полупериода, параллельно отключаемому аварийному участку подключают указанную балластную нагрузку с сопротивлением, обеспечивающим амплитуду тока в ней, значительно превышающему амплитуду тока отключаемой цепи в номинальном режиме, причем постоянные времени процессов перераспределения токов по цепям выбирают согласно следующему неравенству:

. 10 /загр.7/4,

где Т - период изменения питающего напряжения,

4ткл. - постоянная времени отключения аварийной цепи,

4агр. - постоянная времени загрузки питающей сети балластной нагрузкой, а отключают балластную нагрузку в момент очередного изменения фазы питающего напряжения.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьщения искажений, относительно синусоидальной формы суммарного потребляемого от сети тока за полупериод используют управляемую балластную нагрузку, сопротивление которой до момента возникновения аварийной ситуации непрерывно и синхронно изменяют пропорционально току отключаемой цепи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авт. св. № 357613, М. Кл. Н 01И 33/44, 1972.

2.Авт. св. 357700, М. Кл. Н 01Н 33/04 1973.

3.Авт. св. Afb 353349, М. Кл. Н ОЗК 17/56, 1972 (прототип).