Изобретение относится к области электротехники и элйктроэнергетики и может найти применение, например, при построении быстродействующих устройств защиты высоковольтных линий электропередач (от единиц до десятков кВ) трехфазного тока, а также в высоковольтной регулирующей алпаратуре.
Известны коммутационные и регулирующие устройства, выполненные на тиристорах и использующие принципы их естественной (мутации 1, 2.
Достоинством коммутирующего устройства 2 наряду со свойствами бесконтактности и быстродействия является также свойство ограничения величины аварийных токов. В-месте с тем оно характеризуется больщим числом вентильных блоков, что является его недостатком.
Наиболее простое устройство для коммутации трехфазного тока содержит соединенные в треугольник управляемые вентили с одинаковой -полярностью их включения по направлению обхода треугольника 1.
Недостатком этого устройства является необходимость значительного увеличения установленной ;мощности управляемых вентилей по условиям режима короткого замыкания. Ввиду малой величины тепловой .постоянной кремниевой структуры управляемых вентилей, а следовательно, и малой их перегрузочной
способности по току велич1;на установленной мощности тиристоров устройства находится в прямой зависи1мости от величины ударного значения тока к. з. По заводским нормам кратность амплитуды ударной полуволны тока к. 3., пропускаемой тиристором без разрушения, к номинальному току тиристора составляет, например, для серийных тиристоров Т-160Куд 22, а для более мощных тиристоров, например Т-320, Кгд 14.
При использовании устройств в относительно маломощных цепях с кратностью тока
AM
К. 3. К 30-100 К„
и бол-ее следует
значительно увеличивать мощность вентилей, что, в свою очередь, ведет к существенному удорожанию устройства.
Другим недостатком является внесение этими устройствами в цепь переменного тока
гармонических искажений, что обусловлено .неидеальностью (наличие у вентилей противо-ЭДС и динамического сопротивления) управляемых вентилей. Это может привести к ухудщению качества электроэнергни (из-за дополнительных дотерь от высших гармонических в конденсаторах).
Предложенное устройство отличается от известного тем, что оно снабжено тремя вспомогательными выпрямителями, входами подключенными через трансформаторы к источпику переменного напряжения, а также реактором с тремя электро,магнитно связанными обмотками, -причем каждая из этих обМОток совместно с 1последовательно соединенным с ней выходам одного из вспомогательных выпрямителей включена в рассеч,ку одной из сторон упомянутого треугольника последовательно с одним на управляемых вентилей, обмотки реактора включены согласно но иалравлекию обхода треугольника, а полярность включения выходов выпрямителей совпадает с полярнсстью включения соответствующих управляемых вентилей. Это ноз воляет уменьшить установленную мощность вентилей устройства и искажения тока и напряжения.
На фиг. 1 дана принципиальная электрическаЯ схема предлагаемого устройства; на фиг. 2,а - схема за мещения для случая включения устройства в цепь нагрузки; на фиг. 2,6 - лроцесс отключения токов к.з. с помощью нредлагаемого устройства.
Устройство содержит управляе мые вентили /-3, вспомогательные выпряглители 4--6, зхадаа и подключенные через трансформаторы 7-9 ,к источнику переменного напряжения, реактор с электромагнитно связанными обМ011ка:ми 10-12, а также выключатель 13 для имитации трехфазного к. з. На фиг. 1, 2 приняты следующие обозначения:
/,р„, Lpu, - собственные индуктивности обмоток W--12 реактора;
yV/ftfr, /V/i,c, - коэффициенты взаимной индукции между обмотками реактора;
гь iz, k - токи в .вентилях /-3;
ac - линейные и
Ib,
фазные то-ки, протекающие .по соответствующим элбмента.м трехфазной цепи (линиям и фазам треугольника);
а ь, е, ваь - фазные и линейные ЭДС питающей цепи;
X-sa, X.f, JCff,j, Xnb, -ЛГцс И , -
индуктивные и активные сопротивления соответственно питающего трансфор(Матора и нагрузки;
1кз- ток к. 3. Б трехфазной цепи без ограничения его величины;
т. То - текущее время и момент возник: Овения .к. 3.;
Ткз- угол коммутации вентилей з ре.жиЛ1е к. 3.
Рассмотрим нормальный режим работы устройства лри отсутствии активных потерь в элементах трехфазной цеци и идеальных вентилях устройства (чисто индуктивная цепь и М1гновенная ком-мутация вентилей). При подаче импульсов управления на вентили 1, 2, 3 (фиг. 2,а) в моменты появления на них .положительного напряжения (диодный режиим) под действием внещних линейных ЭДС трехфазной це.пи и выпрямления переменного тока с помощью однонолупернодного выпрямителя в треугольнике, образованном управляемььми вентилями 1, 2, 3 и включенными последовательно с ними в рассечки данного треугольника обмотками трехфазного реактора начинает циркулировать однонаправленный ТО:К /о- Обмотки фаз рег.ктора связаны между собой электро.магнитно и имеют согласное для данного тока г.э включение, что обуславливает наличие в контуре протекания однонаправленного тока значительной величины индуктивиости. При тесной электромагнитной связи между фазами реактора величина его индуктивности для данного тока равна /.pv п 3 L,,/, где Lp - илдуктивность одной из обмоток трехфазного реактора пр.и прочих разомкнутых (/ А, В, С). Это, в свою очередь, способствует смаживанию 5 пульСа.ций в токе /о, и, следовательно, ток io является практически постоянным. Ток го ПРИ этом равен по величине амплитуды фазных токов iaj, г/,,: 1 ,;,,., протекающих по сторонам треугольника, т. е. рапеи амплитуде .перемен0 ной составляющей токов в вентилях 1, 2, 3. Следовательно, под действием внещних ЭДС трехфазной цепи и однополярного напряжения, действующего в контуре треугольника управляемых вентилей и обмоток трех.фазного 5 реактора, зстанавливается такой режим (см. фИГ. 2,6) работы устройства, когда вентили /, 2, 3 находятся в проводящем состоянии в течение всего периода промышленной частоты, а по ним и обмоткам трехфазно о реакто0 ра протекает постоянная составляющая, равная /о /ту/УЗ, и переменная составляющая i--, равная/„г/, i/ 3-sin, где /,;./-амплитуда линейного тока трехфазной цепи (/ А, В, С). При этом фазы А, В, С цепп пе ременного тока имеют соединение «звезда. Устройство включено.
В действительности, за счет наличия а.ктивных потерь в вентилях и реакторе устройства имеют место моменты поочередного по гасания вентилей 1, 2, 3 на время, равное нескольким электрическим градусам. При этом в соответствующие фазы цепи переменного тока через оставшиеся в работе вентили в.ключаются две из трех обмоток реактора, что приводит к появлению гармонических искажений токов трехфазной цепи. Для исключения этого нежелательного явления в рассечки треугольника последовательно и согласно с полярностью управляемых вентилей 1, 2, 3 могут быть включены три вспомогательных маломощных выпрямителя 4-6, служащие для покрытия активных потерь в реакторе и вентилях устройства. Это обеспечивает принудительиое горение вентилей 1, 2, 3 устройства в течение всего периода промыщленной частоты и отсутствие гармонических искажений, вносимых устройством в цепь переменного то.ка. Импульсы управления с вентилей /, 2, 3 .при этО|М могут быть сняты. Установка трех 6 выпрямителей обусловлена необходимостью равномерного деления переменного тока по обмоткам трехфазного реактора. Выпрямленное напряжение выбирается (регулируется) такой величины, чтобы обеспечить протекание 5 в контуре треугольника управляемых вентилей /. 2, 3 устройства постоянного тока Io, величина Которого равна или больше (па
фиг. 2, б, принято /о /от;/3) амплитуды переменкой составляющей то-ков J3eim. i-o - т. ИЗ. Очевидно, что мощность выпрямителей соизмерима с мощностью активных потерь и Бгнтилях и реакторе устройства, т. е. весьма невелика.
При к. 3. и включении устройств в сеть с изолирозакной нейтралью (фиг. 2,aj под действие.м внешних ЭДС и наличия тесиой электромагнитной связи между обмотками трехфазного реактора ток в одной из фаз устройства и в соответствующем упра1вляемом вентиле (на фиг. 2,6 - ТОК в вентиле 3) быстро на косинусоиде к. з. проходит через нулевое значение и лри блокировании имнульсоз управления (а при установке выпря:мителей 4-6 они снимаются уже в нормальном режиме) данный вентиль отключается, обесточивая тем самым соответствующую обмотку трехфазного реактора. Трехфазное к. з. при этом переходит в двухфазное, а в цепь переменного тока через оставшиеся в работе вентили устройства включается последовательно и согласно две обмотки трехфазного реактора. Результирующее индуктивное сопротивление обмоток реактора за счет тесной электромагиитной связи между ними при этом несравненно больше их результирующей индуктивности в нормальном симметрично.м режиме, что и ограничивает величину ударного тока к. з. в трехфазной цепи. Выбором соответствующей величины индуктивности фазных обмоток реактора можно ограничить то.к к. з. до любого желаемого уровня. После .прохода ограниченной по величине полуволны к. з. через нулевое значение оба оставшиеся в работе вентиля отключаются, обесточиваются, обесточивая тем caiMbiM цепь к. з.
jy
Г
г .
i 1 SМn 1/.Д - / i,f
i / . 1 /
Ьыполнениые расчеты показали полную рорлизуемость реаКторов с единой трехфазной обмоткой и достижение коэффициента элсхтоомагнитной связи между фазами реак5 т.,за /{, - 0.9-.0,95.
Ф о р 1М у л а изобретения
Устройство для коммутации трехфазного тока, содержащее соединенные в треугольник управляемые вентили с одинаковой полярностью их Включения по направлению обхода треугольника, отличающееся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности путем ограничения величины аварийных токов и уменьшения искажений тока и напряжения, оно снабжено тремя всномогательны.ми выпрямителя.ми, входами подключеннЫМи через трансформаторы к выводам для источника переменного напряжения, а также реактором с тремя электромагнптно связанными обмотками, причем каждая из этих обмоток совместно с последовательно соединенным с ней выходом одного из всиомогательных выпрямителей включена в рассечку одной из сторон треугольника пocлeдoвaтevlьнo с одним из управляемых вентилей, обмотки реактора ВКлючены согласно по направлению обхода треугольника, а полярность включения выходов выпрямителей созладасг с полярностью включения соответствующих управляемых вентилей.
Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе;
1.БруфМан С. С., Трофимов Н. А. Тиристорные иереключатели переменного тока. М., «Энергия, 1969, с. 23.
2.Авторское свидетельство СССР 353349, кл. НОЗК 17/56, 1970.
еа ra
ic
Л
Фаг.2
