Устройство для моделирования перемежающихся дуговых замыканий Советский патент 1981 года по МПК H02H3/16 G06G7/63 

Изобретение относится к устройст вам электрического моделирования. В настоящее время разработано несколько вариантов токовых защит от замыканий на землю для высоковольтных сетей, но сравнить их между собой и проверить работоспособность трудно, особенно в режиме дуговых замыканий на землю. Причина кроется в сложности этого явления, отсутс;тви единства точек зрения на процессы, происходящие в дуге, вследствие чего разрабатываемые устройства испытываются только в высоковольтных сетях или высоковольтных моделях. В связи с тем, что параметры элементов таких моделей не поддаются регулировке в ширрком диапазоне, устройства защиты зачастую оказываются проверенными только в узком диапазоне возможных режимов, в результате чего существу опасность освоения в серийном произч водстве не доведенных дО совершенст ва устройств, недостатки которых могут быть обнаружены только в эксплуатации, что наносит материальный ущерб народному хозяйству страны. Поэтому крайне необходимы модели высоковольтных сетей, параметры которых поддавались бы регулировке. и устройства для моделирования перемежающихся дуговых замыканий. Кроме того, значительный практический интерес представляют и возможные уровни перенапряжений при различных условиях горения перемежающихся- заземляющих дуг. Поэтому физическое моделирование таких процессов, максимально приближенных к реальным условиям в значительной степени упростит их исследование. Известно устройство для моделирования перемежающихся дуговых замыканий, в котором дуга искусственно .возбуждается на высоковольтном макете сети посредством воды, заливаемой в дырку, пробитую сквозь броню и изоляцию кабеля гвоздем или другим подобным предметом до токоведущей жилы tl JПреимуществом данного устройства является то, что оно максимально приближает условия эксперимента к реальным.. Недостатком являются значительные материальные затраты, вызванные расходом кабеля вследствие частой замены каб,ельных .вставок, так как дырка, сделанная в броне кабеля, после нескольких зажиганий прогорает и становится проводником,и необходимостью подготовки новых кабельных вставок и заменой ими старых. Кроме того, подобные эксперименты на высоковольтном макете связаны с повышенной опасностью для персонала.

Известно также устройство для моделировсшия перемежающихся дуговых зги ыканий, которое содержит транзистор и двунаправленный электрический вентиль, включенный между фазой сети и землей, ко входу транзистора подключен источник опорного напряжения через элемент сравнения. Включая и запирая указанный Двунаправленный прибор, имитируют нелинейное сопротивление дуги. Благодаря этому значительно упрощается процесс исследования явлений, имеющих место в электрических сетях при. перемежающихся дуговых зёи«1ыканиях 2 .

Однако функциональные возможности этого устройства ограничены, так как С его помощью представляется возможным воспроизвести процесс горения дуги, зажигаемой регулярно каждый период промышленной частоты сети. Что же касается воспроизведения дуговых замыканий, зажигаеголх регулярно каждый полупериод промышленной частоты, то с помощью этого устройства осуществить нельзя. Объясняется это тем, что светодирд и транзистор, которые управляют двунаправленным прибором, выполненн1 в виде полупроводникового симистора, пропускают ток лишь в одном направлении, в результате чего управляющий импульс поступает на симистор не два.раза за пер.иод, а только .один раз.

Кроме того, наличие в данном устройстве делителя напряжения, собранного на резисторах, включенного между поврежденной фазой и землей, в значительной степени искажает картину переходных:процессов, особенно имитацию погасания дуги, когда проИсходит восстановление электрической прочности двунаправленного прибора. Происходит это потому, что вместо бесконечности сопротивление фазы сети относительно земли оказывается равным нескольким килоомам (сопротивление делителя).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышения точности работы устройства моделирования.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для моделирования перемежатоихся дуговых замыканий г содержащем транзистор, вход которого соединенс источником опорн го напряжения через блок сравиёиия, а выход связан с двунапрешлеиным электрическим вентилем, включенным между поврежденной фазой модели сеs и землей, двунапргшлеиный электр ческий вентиль в шолнен в виде двухполупериодного выпрямителя и подключенного к его постоянной стороне, управляемого тиристора с подключенным к управляющему электроду посредством резистора источником постоянного напряжения, между одним полюсом кот«Урого и анодом тиристора встречно указанному двухполупериодномувыпрямителю диод, а между .катодом тиристора и другим полюсом - резистор и. соединенный последовательно с ним выход указанного транзистора.

На чертеже приведена схема устройства для моделирования перемежающихс дуговых замыканий в электрических сетях.

Устройство ;остоит из двухполупериодного выпрямителя 1, включенного между фазой модели сети и землей, управляемого тиристора 2, подключенного к его постоянной стороне, диода 3, включенного встречно указанному двухполупериодному выпрямителю, резистора 4, подключенного к управляющему электроду Тиристора2, резистора 5, включенного последовательно с выходом транзистора б, вход которого подключен к- блоку 7 сравнения выпрямленного напряжения с регулируемым опорным, и источника 8 постоянного напряжения.

Управляемай тиристор 2 через двух полупериодный выпрямитель 1 включен между одной из фаз низковольтного источника и землей, а плюс источника т1остоянного напряжения 8 подключен к аноду и к управляющему электроду тиристора 2 соответственно через диод 3 и резистор 4. Минус источника 8 постоянного напряжения соединен с катодом тиристора 2 через выход транзистора 6 и резистора 5.

Устройство работает следующим образом.

При величине опорного напряжения, преобладающего над амплитудой выпрямленного, транзистор 6 закрыт обратным напряжением, постоянный ток через управляющий электрод тиристора 2 ие течет, вследствие чего последний закрыт замыкание фазы на землю отсутствует.

Выбрав тиристор 2 на напряжение, большее линейного напряжения сети, добиваются того, что тиристор 2 остается закрытьм и при подаче напряжения на сеть, так как замыканию цепи через управляющий элект1род тиристора 2 препятствует диод 3, вклю чеииый встречно двухполупериодному йыпрямител 1.

Когда возникает необходимость в имитации перемежающегося дугового зги«лкання фазы на землю, опорное напряжение шпшашт до уровня, меньшего гшплитуды выпрямленного, в результате этого в течение определенного промежутка времени разность напряжеНИИ меняет знак, вследствие чего меняется знак проводимого ко входу транзистора 6 .сигнала, который открывает последний, в цепи от полюса источника 8 постояннного напряжения через резистор 4, управляющий электрод тиристора 2, резистор 5, выход транзистора 6 и минус источника 8 появляется ток, который открывает тиристор 2, благодаря чему фаза сети через двухполупериодный выпрямитель 1 и тиристор 2 замыкается на землю. При этом через тиристор 2 помимо тока замыкания фазы на землю через диод 3, анод и катод тиристора 2, резистор 5 и выход транзистора б замыкается постоянный ток Iот источника постоянн&го напряжения 8.

Выбрав величину тока через транзистор 6, большей тока удержания тиристора 2, добиваются того, что тиристор 2 открывается и остается открытым при достаточно малой величине мгновенного напряжения, приложенного между фазой источника и землей.

.Когда на входе блока 7 мгновенное значение выпрямленного напряжения окаикется меньше опорного, транзистор запирается, протекание постоянного тока от источника 8, через тиристор прекрсццается.

Как известно, сразу после замыкания фазы на землю возникает переходной процесс, представ.лякядий собой ток высокой частоты, затухающий в течение времени, определяемого параметрами сети. Поэтому, после исчезновения постоянного.тока через транзистор 6, тиристор 2 остается открытым до того момента/ псжа мгновенное значение свободной составляющей тока замыкания на землю не снизится практически до нуля. Изменяя фазу выпрямленного тока на входе блока 7 срав нения добивсоотся того, что момент открывания тиристора 2 и, следова тельно, напряжение пробоя изоляции меняется.

Изменяя величину опорного напряжения, изменяют ширину импульса, выдаваемого блоком 7 сравнения на вход транзистора 6. в результате длительность открытого состояния транзистора 6, а следовательно, и тиристора 2 меняется..

Подключив ко входу блока 7 сравнения двухполупериодный выпрямитель, добиваются пробоя и восстановления изоляции фазы, к которой подключен тиристор 2 в течение каждого полупериода. Выбрав при этом достаточно узкой ширину импульса, поступающего на вход транзистора б, добиваются того, что гашение дуги происходит по окончании первого полупериода тока высокой частоты. Увеличив ширину импульса до величины, большей длительности затухания свободной составляющей, но такой, чтобы выходной

импульс с блока 7 сравнения закончился раньше, чем достигнет нуля установившийся ток замыкания на землю, добивеиотся гашения дуги по окончании последующих полупериодов тока высокой частоты.

Подключив ко входу блока 7 сравнения вместо двухполупериодного однополупериодный выпрямитель и одновременно увеличив длительность импульса еще больше, т.е. до величины, при

0 которой ток рабочей частоты 50 Гц снизится до нуля раньше, чем закончится импульс на входе тиристора 2, добиваются гашения дуги каждый полупериод тока промышленной частоты,

5 что может быть зарегистрировано осци.плографом, если его вход подключить к резистору величиной в несколько Ом, включенному между землей и двухполупериодным выпрямителем 1.

0

Таким образом, предлагаемое устройство моделирования существенно отличается от известных устройств и имеет преимущество,, заключающееся в более, широких функциональных возможностях моделирования и в более

5 точном воспроизведении моделируемых процессов.

Формула изобретения

Устройство для моделирования перемежающихся дуговых замыканий, содержащее транзистор, вход которого соединен с источником опорного напряжения через блок сравнения, а выход связан с двунаправленным электрическим вентилем, включенным между поврежденной фазой модели сети и землей, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности работы, двунаправленный электрический вентиль выполнен в виде двухполупериодного выпрямителя и подключенного к его постоянной стороне управляемого тиристора с подключенным к управляющему электроду посредством резистора источником постоянного напряжения, между одним полюсом которого и анодом тиристора встречно указанному двухполупериодному выпрямителю включен диод, а между катодом тиристора и другим ПО.ПЮСОМ - резистор и соединенный последовательно с ним выход указанного транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Дударев Л.Е. Модель кабельной сети для исследования дуговых замыканий между жилой и оболочкой .-Сб. Автоматизация и оптимизация режимов электрических систем и приводов, Донецк, изд.-во ДЛИ, 1971. ,

2.Авт:орское свидетельство СССР № 656144, кл. Н 02 Н 3/16, 1975.