Устройство для коммутации трехфазного тока Советский патент 1982 года по МПК H02H3/34 H02H7/26 

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может найти применение, например, при построении быстродействующих защит . высоковольтных электропередач (от единиц до десятков киловольт) трехфазного тока, а также в высоковольтных регулирующих аппаратах.

По основному авт.св. № 613438 известно устройство для коммутации трехфазного тока, которое содержит соединенные в треугольник управляемые вентили с одинаковой полярностью их включения по обходу треугольника и снабжено вспомогательными выпрямителями, входами, подключенными через трансформаторы к выводам источника переменного напряжения, а также реакторам с тремя электромагнитно связанными обмотками, причем каждая из этих обмоток совместно и пос- . ледовательно соединенным с ней выходом одного из вспрмйгательных выпрямителей включена в рассечку одной из сторон треугольника последовательно с одним из управляемых вентилей, обмотки реактора включены согласно по направлению обхода треугольника, а полярность включения выходов выпрямителей сбвпадает с

полярностью включения соответствующих управляемых вентилей 1.

Недостатком известного устройства является необходимость существенного увеличения установленной мощности управляемых вентилей при установке данного устройства в индуктивные цепи трехфазного тока, например в цепи статорных обмоток мощ10ных синхронных двигателей. Добротность контура статорных обмоток мощных синхронных электродвигателей составляет, как правило, величину q Х/Р 100 и более, -что обуслав15ливает слабозатухающий характер апериодических токов при к.з. на зажимах двигателя. Величина апериодической слагающей тока к.з. .в статорных цепях синхронного двигате20ля, в зависимости ОТ начальной фазы возникновения к.з., может достигать величины равной амплитуде периодической слагающей тока к.з. зу,1гимр

где 1у,огр действующее значение периодической слагающей тока к.з. с учетом токоограничивающего- действия известного устройства. Токи к.з. имеющие место в статорных цепях синхронного двигателя, протекают

.и по соединяюгцим статорпые обмотки

звезду управляемым вентилям

в

известного устройства. Однако наличие рабочего постоянного .смещения по току в контуре треугольника управляемых вентилей, обусловленного действием вспомогательных выпрямителей и .равного амплитуде переменного тока, протексшэщего в нормальном режиме по вентилям, приводит к тому, что при наличии значительных по величине и слабозатухаюищх во времени апериодических слагающих токов к.3. процесс полного отключения к.з. с помощью известног устройства имеет длительность не менее 2-3 периодов промышленной частоты (ut, 40-60 мс), так как аварийный ток в оставшемся в. работе одном из трех управляемых вентилей в течение указанного отрезка времен не проходит через нулевое значение.

величина тепловой постоянной креневой структуры управляемых вентилей весьма мала и поэтому заводскими нормами регламентируется не только величина амплитуды тока .аварий-ной перегрузки, но и длительность ее воздействия .на тиристор. Так, для тиристоров гкпа Т-320 при увеличении длительности тока к.з. до величины, равной 40-60 мс амплитуда допустимой токовой перегрузки снижается до величины 2200 А, против величины 3100 А (длительность не более 20 мс) . Указанное,обстоятельство требует увеличения установленной мощности каждого из трех управляемых вентилей известного устройства (так как приложение токовой перегрузки равновероятно для любого из трех вентилей) не менее чем на 30-40% для обеспечения их термо-стойкости в режиме отключения индуктивных токов к.з. Кроме того, из-, вестное устройство при его установке в индуктивные цепи трехфазного тока практически утрачивает одно из своих преимуществ перед контактной аппаратурой - быстродействие отключения токов к.з.

Целью изобретения является снижение установленной мощности основных управляемых вентилей при установке устройств-а в индуктивные цепи трехфазного тока.

, Поставленная цель достигается йем, что в устрюйстве для коммутаци эехфазного тока реактор снабжен дополнительной обмоткой, вспомогательным управляемым вентилем и резистором, при этом дополнительная обмотка связана электромагнитно с. фазными обмотками реактора -и замкну та на вспомогательный управляемый вентиль и последовательно включенный с ним резистор.

На фиг.1 изображены принципиальные схемы предлагаемого устройства;

на фиг. 2 - схема замещения при включении данного устройства в цепь статорны.х обмоток синхронной машины со стороны их соединения в звезду; на фиг.3 - процесс отключения токов трехфазного к.з. с помощью данного устройства.

Устройство (фиг.1) содержит управляемые вентили 1-3, вспомогательные выпрямители 4-6, входами подключенные через трансформатор 7-9 к, источнику переменного напря;кения,. реактор с злектромагнитно связанными обмотками фаз 10-12, а также выключатель 13 (фиг.З) для имитации трехфазного к.з., кроме того, реактор содержит дополнительную обмотку 14л связанную электромагнитно с фазными обмотками реактора и замкнутую на вспомогательный управляемый вентиль .15 и включенный последовательно с НИМрезистор 16. На фиг.1приняты следующие обозначения: Lpg /

.- собственные индукLpti

р-(4

Jpc г

тивности обмоток 10, 11, 12 и 14 реактора; Мои,, Mt,c, MCC и М. t. М коэффициенты взаимоиндукции; между фазными обмотками 10-12 и фазными и дополнительной 14 обмотками реактора; i , i, i.j, i - токи соответственно в основных 1-3 и вспомогательном 15 вентилях; IQ,

- линейные токи.

и 1 , 3-2.,

статора синхронного двигателя и токи, протекающие по фазам треуг.ольника управляемых вентилей; е , е. есс фазные ЭДС питающей системы; Xjjar Хдь- с1с переходные сопротивления фаз синхронного двигателя; RM. 0,01 X - активное сопротивлеСО

ние фаз цепи синхронного двигателя, и цепи ротора,.приведенное к статору; EQ, Е, Е{. - фазные ЭДС синхронного двигателя; XCQ , Х., , сопротивления питающей сети (эквивалентного генератора системы); t t,, О - текущее время и начальна фаза возникновения к,з,; з углы коммутации основных управляемых вентилей 2 и 3 в режиме к.з.; R - сопротивление резистора 16,включенного последовательно со вспомогательным вентилем 15; дtpp(д (Р 0,2 Xf() - длительность полного отключения токов трехфазного к.з. с помощью предлагаемого устройства при величине сопротивления резистора 16, равной R 0,2Хр; ut(5TK/i (R 0,5Хр) - то же, но при величин сопротивления резистора 16, равной R 0,5Хр; i (R 0,2Хр) и i,(R 0,5Хр) -ток вспомогательного вентиля при величинах сопротивления резистора, включенного последовательно с ним, соответственно, равны R 0,2Хр и R 0,5 Хр.

Рассмот рим нормальный режим работы данного устройства.

При отсутствии управляюЕоих импульсов на вспомогательном вентиле 15 нормальный режим предлагаемого у;стройства полностью совпадает с аналогичным режимом известного устройства. После подачи импульсов управления на основные управляемые вентили 1-3 в трехфазной цепи с предлагаемым устройством под действием внешних ЭДС (геометрической разности напряжения питающей сети и внутренней ЭДС синхронного двигателя) и покрытия активных потерь в вентилях и фазных обмотках реактора от постороннего источника пере.менной ЭДС посредством подключенных к этому источнику вспомогательных выпрямителей 4 устанавливается такой режим, когда основные вентили предлагаемого устройства находятся в непрерывно проводящем (в течение всего периода промышленной частоты) состоянии, что обеспечивает замыкание статорных обмоток синхронной машины по схеме звезда ., При это по ocHOBHfcJM вентилям 1-3 устройства протекают токи i, ii и i-, содержащие постоянную составляющую ip I ;j/-fJ, обусловленную действием в контуре треугольника основных управляемых вентилей 1-3 и фазных обмоток Lpg, Lp, Lpj- выпрямленной ЭДС вспомогательных выпрямителей 4-6, и синусоидальную составляющую .s±n((j)t +V), где 1 -амплитуда линейного тока трехфазной цепи статора синхронного двигателя (-j А,В,С) . Устройство включено. Величина индуктивности рассеяния LGj, вносимой реактором в цепь каждой из фаз синхронного двигателя, при протекании по обмоткам трехфазного реактора одинаковых по модулю и сдвинутых на 120 эл. град синусоидальных токов вследствие наличия между обмотками реактора тесной К - 1 электромагнитной связи составляет величину, равнуюЬс- - - l-p/-(I-KC) , где К,. коэффициент электромагнитной связи между обмотками реактора. При реальной величине К 0,8-0,9 значение индуктивности L oTj весьма мало и устройство практически не оказывает влияние на нормальный режим работы трехфазной цепи статора синхронного двигателя.

В нормальном режиме импульсы управления на вспомогательный управляемый вентиль 15 не подаются и дополнительная обмо- ка Lpy,4 реактора разомкнута. При этом к вспомогательному вентилю 15 за счет наличия электромагнитной связи между дополнительной обмоткой и фазными обмотками реактор а прикладывается ЭДС, индуктируемая потоками рассеяния, величина которой весьма мала.

При возникновении трехфазного к.з. на зажимах синхронного двигателя под действием сверхпереходной ЭДС двигателя и резкого уменьшения индуктивного сопротивления синхрон-, ной машины от величины до величины, равной Х в начальный момент возникновения к.з., токи во всех Фазах цепи статора двигателя- нарас- тают по косинусоиде к.з., амплиту0да которой в начальный момент времени t О ограничивается суммой сопротивлений Х + , где Xg-jiiXp (1-Kj) - сопротивление рассеяния j-той обмотки реактора. За время не более ft.t 30 эл.град

5 отключается один из,основных управляемых вентилей (в данном случае вентиль 2),так как в трехфазной цепи на интервале повторяемости 60 эл.град один из токов находится

0 на нисходящей ветви ампер-секундной . характеристики и при к.з. быстро проходит через нулевое значение. На интервале времени s з в две из трех фаз цепи статора синх5ронного двигателя вводятся эквивалентные сопротивления двух обмото $ реактора (с учетом размагничивающего действия за счет наличия тесной электромагнитной связи между данны0ми обмотками при протекании по ним . сдвинутых под углом друг к другу токов соответствующих фаз), что обуславливает определенное токоогранргчивающее действие,- по сравнению

5 с амплитудами токов в фазах статора двигателя на первом после возникновения к.з. интервале времени При этом за счет изменения величины периодических слагающих TOKOS к.з.

0 процейс- отключения вентиля 3 затягивается, так как ток данного вентиля 3 (ток в фазе С) проходит через нулевое значение в момент времени уч, , т.е. через 120125 -эл. град после возникновения

5 к.з. (tx.9, 0) . После отключения вентиля 3 трехфазное к.з. переходит в двухфазное (отключена фаза .С в статорной цепи синхронного двигателя)/ и в цепь переменного тока через

0 оставшийся в работе вентиль 1 вводится полное сопротивление одной из обмоток Хр реактора (прочие обмотки реактора отключены), что обеспечивает требуемое ограничение

5 тока к.з. по условиям термостойкости вентиля в режимах однократной токовой перегрузки (величина сопротивления Хр по условиям термостойкости выбирается на уровне Хр

0 20-30%). После достижения током к.з. своего максимального значения (производная тока изменяет свой

) подаются

на

знак с

импульсы управления на вспомогатель65ный вентиль 15, отпираниб которого

приводит к закорачиванию.дополнительной обмотки реактора 14 (фиг.1) на резистор 16. Указанное приводит к резкому. снижению резуль.тирующего сопротивления обмотки реактора, включенной в цепь к.в., и как следствие этого резко возрастает крутизна спада тока к.3., что обеспечивает его надежное прохождение через нулевое значение и отключение вентиля 1 и цепи к.з. Выбором величины сопротивления резистора 16 моуно добиться, требуемой до условиям надежного отключения цепи к.з. крутизны спада тока к.з. Как показывают выполненные на ЦВМ расчеты, величина сопротивления резистора 16 должна лежать в пределах 0,2XpSR 40,5Хр.При этом обеспечивается надежное отключение цепи к.з, с поМО&1ЫО предлагаемого устройства и быстрое затухание тока в крроткозамкнутой обмотке 14 реактора до величины тока удержания ,5

Как показывают выполненные расчета тепловыделений во вспомогательном управляемом вентиле 15 при температуре окружающей среды , его устан6вленна:я мощность по условиям термостойкости при известной форме перегрузочного тока (фиг.3) не превнвиает 15-20% от установленной мощности основного управляемого вентил а при исчислении от установленной

суммарной мощности основных управляемых вентилей указанная величина не превышает 5%. Следовательно, установленная мощность дорог остоящей вентильной части в предлагаемом устройстве может быть снижена на 25-35%, по сравнению с известным при обеспечении быстрогои надежног отключения токов к.з. в индуктивных цепях трехфазного тока.

Формула изобретения

Устройство для коммутации трехфазного тока по авт.св. № 613438, о т л и ч а ю щ е е с я .тем, что, с целью снижения установленной мощности основных управляемых вентилей при установке устройства в индуктив2Q ные цепи тр ехфазного тока, реактор снабжен дополнительной обмоткой, вспомогательным управляемым вентилем и резистором, при этом дополнительная обмотка связана электромагнитно 25 с фазными обмотками реактора и замкнута на управляемый вентиль и последовательно включенный с ним резистрр.

Источники инф.орма1ии, 30 принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР № 613438, кл. Н 02 Н 3/34, 1977.