Устройство для электроснабжения потребителей переменным током Советский патент 1979 года по МПК H02J3/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ

диоды - подключение их к шинам через обычные выключатели недопустимо.

Целью изобретения является создание системы электроснабжения, в которой бы осуществлялось надежное ограничение токов короткого замыкания как электропотребителей, так и на секциях сборных шин, быстрое отключение этих токов, а также обеспечивалась возможность подключения электроприемников непосредственно к сборным шинам через контактные выключатели.

Указанная цель достигается благодаря тому, что в устройстве для электроснабжения потребителей пере менным током, содержащем источник питания, подключенный к сборным шинам через сдвоенный реактор, и вентили, включенные разнонаправленно между потребителем и каждой из секци шин,указанные вентили выполнены упраляемыми, а между зажимами ветвей сдвоенного реактора включен дополнительный вентиль таким образом,что полярность его подключения согласна полярности вентиля потребителя, подключенного к той же секции шин, что и данная ветвь реактора.

Кроме того, между ветвями сдвоен- ного реактора и секциями сборных шин указанного устройства для электроснабжения могут быть включены дополнительные управляемые вентили с поляностью,согласной полярности включения вентилей в цепях потребителей.

Кроме того, между секциями сборны шин может быть включен дополнительный вентиль, например диод с полярностью, согласной полярности вентиле в цепях реактора.

На фиг.1,2 и 3 изображены принциг пиальные cxeNM (в однолинейном начертании) устройства для электроснабжения, где-. 1 - источник питания; 2. и 22- ветви сдвоенного реактора; 3 и 4 - секции сборных шин; 5 , 5,.. 5„ - управляемые вентили в цепях электроприемников; б , 6...6jj- вы ключатели в цепях нагрузки 7 - вентиль на зажимах ветвей сдвоенного реактора; 8 и 9 - управляемые вентили; 10 - вентиль, включенный между секциями сборных цепей; 11 - выключатели в фидерах нагрузки, присоедиуенных к одной из секций сборных цепей.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве по фиг.1 в цепях электропотребителей включены управляемые вентили 5 - 5„, например тиристоры, а между зажимами ветвей 2 и 2 сдвоенного реактора включен вентиль 7, который может быть как неуправляемьш (диодом), так и управляемым (тиристором). Кроме того, в изобретении могут быть исключены выключатели в цепи нагрузг5и - их функции будут выполнять управляемые вентили 5, - 5 Установку выключателей можно оправдать, например, в том случае, когда за вентильной группой 5 имеется, дополнительная секция сборных шин для подключения нескольких электропрйемников малой мощности с выключателями нагрузки. 5 В нормальном установившемся режиме включение электроприемников производится путем замыкания выключателей 6 и подачи на вевтили 5 отпирающих сигналов управле0 ния. Поскольку на каждой из ветвей 22реактора при указанном на фиг.1 соединении вентилей включены, посуществу, однополупериодные выпрямители, в контурах, образованных ветвями реактора и соответствующими парами вентилей 5, начинают развиваться постоянные токи. При невысокой добротности реактора величина постоянной составлякадей тока в каждой из

Q ветвей реактора становится близкой к половине амплитуды тока в цепи питания, в вентилях 5 создается такое постоянное по величине смещение тока, при котором в любой момент времени обеспечивается одновременная проводимость, по крайней мере, одной из пар вентилей 5. В результате достигаются эффекты выравнивания потенциалов секций сборных шин 3 и 4 и нормальной работы электроприемников при

0 равномерной загрузке переменный током ветвей сдвоенного реактора. Вносимое в цепь питания индуктивное сопротивление при этом равно Xpj ХрХ i «(1 - Kg): 2, где Хр- индуктивное со5 противление ветви реактора; if, - коэффициент электромагнитной связи между ветвями.

В нормальном режиме ток через вен0 тиль 7 не проходит, поскольку к этому вентилю не прикладывается напряжение с положительной полярностью.

При коротком замыкании на шинах электроприемника, например, за вентилями 5, в аварийном фидере быстро запирается один из вентилей (при положительной ЭДС источника питания вентиль, пригФокающий к ветви 2 реактора) . В цепь КЗ включается ветвь реактора 2, в результате чего ограничивается величина ударного тока кз. Если заблокировать подачу сигналов управления на вентили аварийного Фндера, то смена знака ЭДС питания не вызовет повторного включения ранее 55 отключившегося вентиля из группы 5. после приложения к нему прямого напряжения, в то же время в момент сМены ЭДС отвечающий моменту достижения током подпитки КЗ от источ60 ника питания максимального значения, откроется диод 7 и закоротит ветви сдвоенного реактора. Поскольку при соединении реактсчра. Поскольку при тивление резко уменьшается, ток кз 65 и равный ему ток в вентиле 5 начинает быстро уменьшаться и проходит через нуль. На этом процесс отключения тока кз заканчивается и система электроснабжения продолжает нормальную работу.

При отсутствии диода 7 ток кз в вентиле 5j вследствие присутствия в нем кроме апериодической составляющей, обусловленной внезапным измнением режима работы цепи, дополнительно постоянной составляющей тока реактора в исходном установившемся режиме, не проходит через нуль в течение нескольких периодов промышленной частоты - процесс отключения КЗ затягивается, вентили претерпевают значительную токовую перегрузку, у всех электроприемников на длительный промежуток времени понижается напряжение. Следовательно, диод 7 необходим для нормального функционирования устройства.

Устройство для электроснабжения по фиг. 1 не устраняет второй отмеченный выяе недостаток прототипа - отсутствие эффекта .ограничения тока при КЗ на секциях сборных цепи. Это недостаток устранен в устройстве по фиг.2. Здесь дополнительно между зажимами ветвей сдвоенного реактора и секциями сборных шин включены управляемые вентили 8 и 9.

В нормальном режиме на вентили 8 и 9 .подаются сигналы управления этот режим ничем не отличается от рассмотренного ранее.Так же протекает процесс отключения токов кз на зажимах электроприемников за вентипями 5 - 5 Сигналы управления с вентлей 8 и 9 при этом снимать не следует, а отключение аварийного фидера .будет осуществляться соответствующей группой управляелих вентилей 5.

При КЗ на секциях сборньгх шин, например секции 4, процесс протекает следующим образом. При положительной внутренней ЭДО двигательной нагрузки фидеров за вентилями 5 на первом полупериоде точки кз будет осуществляться подпитка от двигателей через проводящие вентили 5. После достижения током КЗ максимального (ограниченного реактором) значения и при условии блокирования сигналов управления всех вентилей на диоде 7 появляется положительное напряжение, через него шунтируются ветви реактора и обеспечивается быстрое отключение тока, протекающего от системы через вентиль 8. После пропуска одной полуволны тока кз отключаются и вентили 5 - авария на шинах ликвидирована. При КЗ той же секции 4, но при отрицательной величине ЭДС источника питания и внутренней ЭДС двигательной нагрузки величины ударных токов кз оказываются меньшими: вентили 5 будут запираться и подпитка точки кз будет осуществляться только через вентиль

9 и ветвь реактора 2j. Авария здесь также ликвидируется после пропуска одной полуволны тока кз.

Дополнительным эффектом устройства по фиг.2 является способность бесконтактной коммутации всей нагрузки со стороны источника питания в нормальных и аварийных режимах - нет необходимости применения в цепи питания выключателя.

Обеспечение в устройстве по фиг.2 защиты от токов кз на сборных шинах открывает возможность подключения к этим шинам через обычные вык.шочатели дополнительных электроприемников - см. фидеры нагрузки, присоединенные через выключатели 11.При кз за вык.пючателями 11 ограничение и отключение аварийного тока будет происходить так же,как и при кз на сборны шинах. Локализация аварии в данном случае будет производиться непосредсвенно выключателями 11 в условиях отсутствия подпитки токов КЗ от системы и от фидеров, присоединенных за вентилями 5, когда подпитка точки кз возможна только от элекгтроприемников подключенных параллельно через выключатели 11 к той же секции шин. При характерных ситуациях, когда величина токов КЗ от подобных электроприемников мала, допускается применение в фидерах 11 маломощных выключателей нагрузки.

Некоторым недостатком устройства электроснабжения по фиг.2 является дополнительная загрузка в нормальных режимах вентилей 5 вследствиепротекания по ним токов, выравнивающих нагрузки секций сборных шин 3 и 4 по фидерам 11. При малом числе фидеров, присоединенных через вентили 5, перегрузки указанных вентилей могутстать недопустимыми. Эти ж.ё вентили испытывают аварийные перегрузки при КЗ на секциях сборнык шин и на присоединениях 11.

Устройство электроснабжения по фиг.З не имеет таких недостатков. В нем между секциями сборных шин включен вентиль 10, например диод, полярность которого сЪгласна полярности включения вентилей 5. Через этот диод в нормальных режимах будут протекать все токи небаланса нагрузок секций шин, присоединенных через выключатели 11. В режимах кз на секциях шин и присоединениях 11 через диод 10, а не по вентилям 5, протекает ударный ток подпитки- кз от системы.

Кроме того, с целью исключения некоторых гармонических искажений в цепях устройства, обусловленных активными потерями в реакторах и вентилях, можно нскусственно уйеличить циркулирующую по ветвям сдвоенного реактора постоянную составляющую тока. Это обеспечивается последовательным включением в эти ветви дополнительньк маломощных выпрямителей, питающихся от шин постороннего источника, согласн с уже включенными в них вентилями. Целесообразно также применять сдвоенные реакторы с большим коэффициентом электромагнитной сЬязи, ч позволяет резко снизить степень реактирования цепи питания в нормал ных режимах. Итак, изобретение позволяет полу чить следующий положительньай эффек 1.Ограничивается и быстро отклю чается ток КЗ на зажимах электропри емников. 2.Ограничивается и отключается ток КЗ на секциях сборных шин. 3.Устройство обладает способностью бесконтактно коммутировать как цепи отдельных электроприемников, так и нагрузку в целом, 4.Имеется возможность подключе ния к секциям сборных шин электроприемников через выключатели конта ного типа в условиях ограничения токов КЗ, протекающего через эти выключатели. Таким образом,устройство электр снабжения переменным током обладает высоким уровнем ограничения т ков КЗ и может найти применение в сетях промьаиленных предприятий и в автономных системах электроснабжен (судовых, самолетных и т.п.). Его реализация не требует разработок нового оборудования. Формула изобретения 1. Устройство для электроснабже ния потребителей перепоенным током, содержащее источник питания, подкл ченный к сборным шинам через сдвое ный реактор, и вентили, включенные разнонаправленно между потребителем и каждой из секций шин, о т л и чающеес я тем, что, с целью . ограничения токов короткого замыкания и повышения быстродействия при отключении короткого замыкания у потребителей, указанные вентили выполнены управляемыми, а между зажимами ветвей сдвоенного реактора включен дополнительный вентиль таким образом, что полярность его подключения согласна полярности вентиля потребителя, подключенного к той же секции шин, что и данная ветвь реактора. 2.Устройство для электроснабжения ПОП.1, отличающеес я тем, что, с целью ограничения и быстрого отключения токов при коротких замыкрниях на секциях сборных шин, между ветвями сдвоенного реактора и секциями сборных шин включены дополнительные управляемые вентили с полярностью, сргласной полярности включения вентилей в цепях потребителей. 3.Устройство для электроснабжения по п.2, отличающеес я тем, что, с целью повьвления надежности, между секциями сборных шин включен дополнительный вентиль, например диод, с полярностью, согласной полярности вентилей в цепях реактора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе : 1. Л.А.Кучумов и Я.И.Утегулов. Применение в системах электроснабжения сдвоенных реакторов в сочетании с токоограничивающими устройствами - Электричество 12, 1976. 2. Авторское свидетельство СССР №453769, кл. Н 02 а 3/00, 1971.