Устройство для защиты установки поперечной емкостной компенсации Советский патент 1982 года по МПК H02H7/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ УСТАНОВКИ ПОПЕРЕЧНОЙ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защитного отключения установок поперечной емкостной компенсации в электрических сетях промышленных предприятий и электрифицированного транспорта.

Известны устройства для зашиты конденсаторных установок, содержащие выключатель и реактор, включенные последовательно с конденсаторной установкой, измерительный орган с двумя выходами, к первому выходу которого подключен фильтр основной гармоники, а к второму фильтр высших гармоник, два квадратируюших блока и суммирующий блок, к выходу которого подключен исполнительный орган 2.

Такие устройства осуществляют отключение конденсаторной установки при перегрузках, обусловленных как повышением напряжения, так и высшими гармониками. Однако при этом не учитываются температурная зависимость предельно допустимых .тока и напряжения, и зависимость

тангенса угла потерь trt S от частоты. Из опыта эксплуатации конденсаторных батарей известно, что одной из основных причин выхода из строя конденсаторных батарей является повышение температуры внутри конденсатора при перегрузках по току, обусловленных перенапряжениями и высшими гармониками и окружак шей среды. Основное количество аварий конденсаторов (до 7О%) зарегистрирова10но в весенне-летний период .

Недостаток известных устройств - невысокая надежность при несинусоидальных питаюших напряжениях и изменениях температуры окружающей среды.

15

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее выключатель, дат чик тока и реактор, включенные последо20вательно с конденсаторной установкой, второй выключатель, соединенный параллельно с реактором, последовательно соединенные первый преобразователь дей- ствующих значений к первый блок теку щего усреднения, включенные между выходом датчика тока и входом первого порогового элемента, ЯЗ-триггер, / элемент НЕ и последовательно соединенные дифференцирующий блок, вход которо го подключен к выходу датчика напр;;ж ння сети, второй преобразователь действ ющих значени1й, второй блок текущего усреднения и второй пороговый элемент, выход которого соединен с управляющим входом второго выключателя и через элемент НЕ с R -входом R 5 -триггера, S -вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, а подключен к управляюшалу входу пер рого выключателя. Такое устройство осуществляет автоматический контроль за состоянием конденсаторной установки,и уровнем высших гармоник в спектре питающего напряжения ij4. В случае превышения уровня высших гармоник последовательно с конденсаторной установкой включается реактор, который уменьшает ток конденсаторов. Есл включение реактора не обеспечивает снижения тока ниже допустимого то установка отключается вообще. При снижении уровня гармоник до допустимого конденсаторная установка автоматически включается в сеть. При этом пороговые элементы имеют постоянную настройку, не зависящую от температуры окружающей среды. Кроме того, в известном техническом решении не учитывается зависимость тепловыделения в конденсаторах от спектрального состава питающего напряжения. Недостаток известного устройства - недостаточная надежность при несинусоидальном питающем напряжении и изменениях температуры окружающей среды. Цель изобретения - повышение надежности защиты установки поперечной емко стной компенсации при несинусоидальном питающем напряжении и изменениях температуры окружающей среды. Поставленная цель достигается тем, что в известноеустройство для защиты установки поперечной емкостной ксмпе сации, содержащее выключатель, соедине ный последовательно с конденсаторной установкой, датчик напряжения сети, ;к выходу которого подключены последовательно соединенные первый квадратнрук щий блок и первый блок текущего усреднения и последовательно соединенные блок дифференцирования, второй квадратирующий блок и второй блок текущего усреднения, первый и второй пороговые элементы связаны с исполнительным элементом, дополнительно введены четыре сумматора, третий блок текущего усреднения, делители напряжения, преобразователь температуры окружающей среды в напряжение, при этом входы перв(го сумматора через первый и второй делители подсоединены к выходам первого и второго квадратирующих блоков соответственно, и в ход ко входу третьего блока текущего усреднения, первые входы второго, третьего и четвертого сумматора подключены к выходам первого, второго и третьего блоков текущего усреднения соответственно, а вторые входы через первый, третий, четвертый и пятый делители соответственно соединены с выходом преобразователя .температуры окружающей среды в напряжение. Выходы указанных сумматоров соответственно подключены ко входам первого, второго и третьего пороговых элементов, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с исполнительным элементом. На чертеже приведена схема устройства для защиты установки поперечной емкостной компенсации. Устройство содержит блок 3 дифференцирования, первый 4 и второй 5 квадратирующие блоки, первый & и второй 7 делители, первый сумматор 8, первый 9, . второй 10 и третий 11 блоки текущего усреднения, второй 12, третий 13 и четвертый 14 сумматоры, первый 15, второй 16 и третий 17 пороговые элементы, третий 18, четвертый 19 и пятый 20 делители, элемент ИЛИ 21, выключатель 22, исполнительный элемент 23 прео&разователь 24 температур окружающей среды и напряжения, установка 25 поперечной емкостной компенсации. Преобразователь 24 температуры окружающей среды в напряжение разм&щен вблизи с конденсаторной батареей 25 И измеряет температуру окружающей среды, под которой понимается температура, измеренная в ее самой горячей точке в середине между двумя конденсаторами. В случае одиночного конденсатора под температурой окружающей среды понимается температура, измеренная на расстоянии 30 см от его корпуса и на 2/3 высоты, считая от основания. Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы выключатель 22 замкнут, на выходе 1 датчика 52 напряжения сети .формируетця напряжение 2 . пропорциональное питающе му напряжению U , В общем случае оно не С1гаусоидально и может быть пре ставлено в виде бесконечного гармонического ряда: ), где и , С|)у - действующее значение и фаза V -ой гармоники, и меняющиеся во времени случайным образсм СОд - частота основной гармоники. Блок 3 дифференцирования вычисляет производную питающего напряжения . 3 Yи, COS(.ср,) где Кд - коэффициент передачи блока дифференцирования. Сигнал U пропорционален току коденсаторной установки и используется для его косвенной, опенки. , Потери мощности в конденсаторах определяются по известной, формуле ., by - тангенс угла потерь конденсаторов на V -ой гармонике;С - емкость конденсаторной батареи. С учетом частотной зависимости , определяемой выражением tgS,.VCO,Cr. где Р - сопротивление, эквивалентное потерям в проводящих металлических частях, R - сопротивление, эквивалентное потерям в диэлектрике, потери в конденсаторах равны: ,.2, 2 ,.2 V R Y На выходах первого 4 и второго 5 квадратирующих блоков формируются си налы, средние значения которых npono циональны квадратам действующих значений напряжения питающей сети и ток конденсаторной установки соответствен -ОО л 4 Ч,,-. .2 .2..2 IJs-Ks v co U,, где К4 и Kg - коэффициенты пропорцио нальности. На выходе сумматора 8 д ствует 1 шпряжение, среднее значение 9 оторого пропорционально потерям мот ности в конденсаторах 2 e-/6 4|Uv T 4|,v4u; где оС,оС-7- коэффициенты передачи первого и второго делителей, зависящие от параметров конденсаторной батареи г и R . Первый 9, второй 10 и третий 11 блоки текущего усреднетш выделяют средние значения за определенный промежуток времени С- квадратов действутощих напряжений и тока и потерь мощнооти в конденсаторной установке. Преобразователь температуры окружающей среды в напряже гае формирует сигнал, пропорциональный температуре окружающего воздуха . и2ц где К лi - коэффициент пропорциональб - температура. Согласно ГОСТ 1282-68 силовые электрические конденсаторы допускают работу при длительном повышении действующ о значения тока до 130% нотминального как за счет повышения напряжения, так и уровня высших гармошгк и действующего значения нaпpяжe raя до 110% номинального. При этом потери мощности в конденсаторах не должны превышать допустимь1х. Перегрузочная способность конденсаторов зависит от температуры окружающей среды: при снижении температуры улучшается теплорассеяние конденсатора, следовательно, уветгчиваются значешш предельно допустимых тока, напряжения и потерь активной мощности и наоборот. Для коррекции уставок защиты по току, напряжению и потерям активной мощности в предлагаемом устройстве выходные сигналы блоков 9-11 текущего усреднения - суммируются с выходным сигналом преобразователя 24 температуры окружающей среды в напряжение с помои1ью второго 12, третьего 13 и че1 вертого 14 сумматоров. Третий 18, чет вертый 19 и пятый 2О делители опред&ляют уставки температурной коррекции по напряжению, току и мощности соответственно. При необходимости регулирования конденсаторной установки по напряжению коэффициент передачи третьего делителя может быть установлен равным О. Первый 15, второй 16 и третий 17 пороговые элементы фгасс фуют превыщ&ние усредненными за время -t значениями действующих напряжений, тока и активной мощности допустимых значений с учетом температурной коррекции. При нормальной температуре окружающей ср&ды переключение пороговых элементов 15-17 происходит при значениях напряжения, тока и мощности, соответствующих номинальным предельно допустимым. При повышении температуры увеличива-i ются сигналы на вторых входах, а следовательно и выходах, сумматоров 12 14, поэтому переключение пороговых элементов происходит при значекиях напряжения, тока и мощности ниже номинальных предельно допустимых, и наоборот. Переключение любого порогового элемента изменяет состояние элемента ИЛИ 21, который через исполнительный элемент производит отключение выкпкучателя 22.

При снижении питающего напряжения, уровни высших гармоник или температуры окружающей среды до значений, соотвеч ствующих уровням переключения noport вых элементов, последние изменяют свое состояние и конденсаторная установка вновь включается в сеть.

Таким ооразом, устройство осуществи ляет автоматический контроль за параметрами питающего напряжения, оценивает ток конденсаторной установки и потери активной мощности с учетом частотной зависимости тангенса угла потерь и отключает установку при отключении указанных параметров До допустимых с коррекцией по температуре окружающей среды. При изменении питающего напряжения и .уровня высших гармоник до . допустимых уровней или снижения температуры окружающей среды установка автоматически включается в сеть. Учет параметров питающего напряжения и темп&ратуры окружающей среды существенно повышает надежность и эффективность защиты конденсаторных установок.

Использование предлагаемого технического рещения в электрических сетях промышленных предприятий и электрифицированного транспорта позволит снизить аварийность конденсаторных батарей и увеличить их срок службы.

Формула изобретения

Устройство для защиты установки поперечной емкостной компенсации, содержащее выключатель, последовательно соединенный с конденсаторной установкой, датчик напряже1гая сети, к выходу которого подключены последовательно ct единенные первый квадратирующий блок: и первый блок текущего усреднения и последовательно соединенные блок дифференцирования, второй квадратирующий блок и второй блок текущего усреднения, первый и второй пороговые элементы связаны с исполнительным элементом, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности при несинусоидальном питающем напряжении и изменениях температуры окружающей среды, в него дополнительно введены четыре

сумматора, третий блок текущего усреднения, делитель напряжения, преобразователь температуры окружающей среды в напряжение, при этом входы первого сумматора через первый и второй делители напряжения подсоединены соответственно к выходам первого и второго квадратируюших блоков, а выход - к входу треть его блока текущего усреднения, первые входы второго, третьего и четвертого сумматоров подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего блоков текущего усредненгш, а вторые входы через третий, четвертый и пятый делители напряжения соединены с выходом

преобразователя температуры окружающей среды в напряже ние, выходы указанных сумматоров соответственно подключены к входам первого, второго и третьего пороговых элементов, выходы которых

0 через элемент ИЛИ соединены с исполнительным элементом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

4. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2839013/24-О7, кл. 7/16, 1979.