Устройство для компенсации ем-КОСТНОгО TOKA зАМыКАНия HA зЕМлю Советский патент 1981 года по МПК H02H3/16 H02H9/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

1

Изобретение относится к автоматическим системам компенсации емкостных токов замыкания в сетях трехфазного напряжения.

Известно устройство для автоматической настройки компенсирующей катушки в кабельных сетях 1 , содержащее генератор непромышленной частоты, подключенный через последовательно соединенные корректирующий астатический элемент и присоединительный фильтр к контуру нулевой последовательности сети. Корректирующий астатический элемент осуществляет подмагничивание сердечника компенсирующей катушки в ооответствии с величиной тока генератора, т. е. настройка индуктивности компенсирующей катушки происходит по разомкнутому контуру, что снижает точность компенсации, так как не учитывается нелинейность характеристики компенсирующей катушки.

Известно также устройство для автоматической настройки компенсирующих катушек с нелинейными вольт-амперными характеристиками 2, содержащее генератор колебаний непромышленной частоты, подключенный к компенсирующей катушке, фильтры амплитудных значений тока и иапряжения непромышленной частоты, подключенные к источникам напряжения и тока нулевой последовательности, блок деления, у которого вход делимого соединен с выходом фильтра амплитудных значений тока непромышленной частоты, вход делителя - с выходом фильтра амплитудных значений напряжения непромышленной частоты, а выход подключен к входу исполнительного блока компенсирующей .

Результатом деления является величина

o полной проводимости сети, которая приближается по величине к емкостной проводимости сети лишь тогда, когда активная проводимость сети стремится к нулю. Поэтому точность настройки компенсации может существенно снижаться. Особенно это про5является в сетях, емкостная проводимость которых соизмерима с активной. Точность настройки может снижаться еще н потому, что передача результата деления осуществляeJcя по разомкнутому контуру.

Целью изобретения являются повышение точности работы и расширение функциональных возможностей путем обеспечения компенсации в режиме однофазного замыкания на землю.

Это достигается тем, что известное устройство, содержащее генератор непромышленной частоты, подключенный к компенсирующей катушке, управляющий вход которой соединен с выходом исполнительного органа, и два полосовых фильтра непромышленной частоты, снабжено формирователем сигнала, пропорционального емкостному току сети, сумматором, двумя синхронными детекторами, двумя полосовыми фильтрами промышленной частоты и корректирующим астатическим элементом, причем вход формирователя сигнала, пропорционального емкостному току сети, подключен к датчику напряжения нулевой последовательности, а выход - к первому входу сумматора и через первый полосовой фильтр непромышленной частоты к первому входу первого синхронного детектора, второй вход которого подключен через второй фильтр непромышленной частоты к выходу сумматора, соединенного через первый полосовой фильтр промышленной частоты с первым входом второго синхронного детектора, второй вход которого через второй полосовой фильтр промышленной частоты подключен к датчику тока нулевой последовательности, соединенному с вторым входом сумматора, при этом выход первого синхронного детектора подключен через корректируюший астатический элемент к управляющему входу упомянутого формирователя, а выход второго синхронного детектора соединен с входом исполнительного органа.

Кроме того, формирователь сигнала, пропорционального емкостному току сети, выполнен на соединенных последовательно дифференциаторе и множительном звене.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 колебаний непромышленной частоты, подключенный к компенсирующей катушке 2, формирователь 3 сигнала, пропорционального емкостному току сети, состоящий из соединенных последовательно дифференциатора 4 и множительного звена 5, и сумматор 6, причем вход дифференциатора 4 подключен к источнику напряжения нулевой последовательности сети, первый вход сумматора 6 соединен с выходом формирователя 3, а второй вход сумматора подключен к источнику тока нулевой последовательности сети; синхронный детектор 7, у которого выход соединен через корректирующий астатический элемент 8 с вторым входом множительного звена 5, а входы подключены через полосовые фильтры 9 и 10 непромышленной частоты к выходам формирователя 3 и сумматора 6; синхронный детектор 11, у которого выход подключен на вход исполнительного органа 12, связанного с компенсирующей катушкой контура нулевой последовательности сети, а входы подключены через соответствующие полосовые фильтры 13 и 14

промышленной частоты к выходу сумматора 6 и к источнику тока нулевой последовательности сети.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства.

Генератор 1 возбужден в контуре нулевой

последовательности сети колебаний непромышленной частоты 0)0. В качестве генератора непромышленной частоты можно использовать, например генератор напряжения с частотой 0)0 или модулятор какоголибо параметра контура нулевой последовательности. Процесс модуляции с частотой Л выбранного параметра порождает в сети комбинационные колебания с частотой to -Si и to +Я (ы - промышленная частота), В последнем случае под непромышленной частотой подразумевается частота одной из боковых частот, т. е. соо w -f 52 или to U) -л.

С учетом колебаний частоты сао напряжение UHH (t) и ток I«n(t) нулевой последовательности сети можно представить в виде

и„п(1) U(to, t) + U(a)o, t);(1)

iHD(t) I(w, t) + 1(0)0, t),(2)

где U(to, t), I(u), t) и U(a)o,t), I(a)o, t) - составляющие напряжения и тока нулевой последовательности на частотах о и соо. Для сети справедливы соотношения 1(шо, t)-CpU(ao, t)-gU(o, t) р d/dt,(3)

и(ш, t) , t) +RI(o), t), (4) где С и g - суммарные емкость и активная проводимость сети на землю, L и R - индуктивность и активное сопротивление компенсирующего аппарата.

Если ток 1(ш, t) и напряжение U(u), t) положить равными

I (ш , t) lecoso) t(5)

U((jLio,t) Uo coscoet(6)

где f -амплитуда тока 1нп() на частоте 0), Uo - амплитуда напряжения, UHn(t) на частоте ш.о, то напряжение UHn(t) и ток 1цл() можно записать в виде

Нп (t) - to Uesinw t 4- w t -b

C7)

+ Uo COSW 0 t ,

lHf7(t) ) t + cooCUosintoot - gUo cosw 01 .(8)

Дифференциатор 4 осуществляет операцию взятия производной от напряжения ) по времени, а множительное звено 5 операцию умножения сигнала Ui«(t) с выхода дифференциатора 4 на коэффициент С, пропорциональный емкости сети. Так что сигнал 3i (t) на выходе сумматора 6 с учетом выражений (7) и (8) принимает вид

U (t) a;n(l-U)2L.C) COStot -

- RC sinit)t+ шо(С -C)Uesintoet - - gUo cosu) 0 t(9)

Отметим, что сигнал 3(1) на выходе сумматора 6 можно получить и путем умножения колебаний UHn(t) на коэффициент С с последующим дифференцированием результата произведения. Фильтры 9 к 10 выделяют из сигналов (t) и Ij (t) составляющие на частоте и Детектор 7 осуществляет перемножение этих сигналов и осреднение по времени результата произведения. При этом на выходе детектора 7 появляется сигнал (C -С)(10 ( коэффициент пропорциональности), в соответствии с которым исполнительный элемент 8 уменьщает значение коэффициента С при Uc О и увеличивает при , По окончании настройки коэффициент С будет равен емкости С сети. Предлагаемая обработка сигналов позволяет производить точную настройку коэффициента С независимо от величины g активной проводимости сети. Из уравнения (9) видно, что при С С амплитуда тока 1 (t) на частоте ш пропорциональна расстройке компенсации )2L (11) Зависимость (11) используется в дальнейщем для настройки компенсации на промыщленной частоте о Так как фильтры 13 н 14 выделяют из сигналов It(t) и 1нп() составляющие на частоте ш, то на выходе детектора 11 появляется сигнал Ujt, пропорциональный постоянной составляющей результата произведения указанных составляющих на частоте w : Ut Kt(l - )(12 (Kb- коэффициент пропорциональности). По сигналу U(, орган 12 изменяет индуктивность L компенсирующей катущки до получения точной компенсации. Таким образом, устройство позволяет производить точную самонастройку компенсации независимо от величины активной проводимости фаз сети относительно земли, что расширяет функциональные возможности системы компенсации, так как делает ее работоспособной и в режиме возникиовения однофазного замыкания сети на землю. Поддерживание точной компенсации емкостного тока снижает ток в месте замыкания до минимально возможного уровня, тем самым улучшая условия эксплуатации сети с точки зрения электробезопасности и надежности ее работы. Формула изобретения 1. Устройство для компенсации емкостного тока замыкания на землю, содержащее генератор непромышленной частоты, подключенный к компенсирующей катушке, управляющий вход которой соединен с выходом исполнительного органа, и два полосовых фильтра непромышленной частоты, отличаюи ееся тем, что, с целью повышения точности работы и расширения функциональных возможностей путем обеспечения компенсации в режиме однофазного замыкания на землю, оно снабжено формирователем сигнала, пропорционального емкостному току сети, сумматором, двумя синхронными детекторами, двумя полосовыми фильтрами промышленной частоты и корректирующим астатическим элементом, причем вход формирователя сигнала, пропорционального емкостному току сети, подключен к датчику напряжения нулевой последовательности, а выход - к первому входу сумматора и через первый полосовой фильтр непромышленной частоты к первому входу первого синхронного детектора, второй вход которого подключен через второй фильтр непромышленной частоты к выходу сумматора, соединенного через первый полосовой фильтр промышленной частоты с первым входом второго синхронного детектора, второй вход которого через второй полосовой фильтр промышленной частоты подключен к датчику тока нулевой последовательности, соединенному с вторым входом сумматора, при этом выход первого синхронного детектора подключен через корректирующий астатический элемент к управляющему входу упомянутого формирователя, а выход второго синхронного детектора соединен с входом исполнительного органа. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь сигнала, пропорционального емкостному току сети, выполнен в виде последовательно соединенных дифференциатора и множительного звена. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Горная электромеханика и автоматика. Вып. 4, 1966, с. 44-45. 2.Автоматизация энергосистем и энергостановок промышленных предприятий. Чеябинский политехнический институт, вым. 160, 1975, с. 27-28.