Устройство для защиты конденсаторных батарей с внешними предохранителями

Н 02 ЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП И 4 ОПИСАНИЕ ИЗ ОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(72) Ю.И. Кедяров и А.С. Таршис (71) Горьковское отделение Ордена Октябрьской Революции всесоюзного государственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института энергетических систем и электрических сетей фЭиергосеть-.проектф(56) 1. Марченко Е.А. Перенапряжение в установках продольной.компенсации.- Электричествофф. 1953, 9 19, с. 0-13.2. Авторское свидетельство СССР В 902147, кл. Н 02 Н 7/1 б, 1980.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТИ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ С ВНЕШНИИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ и реактором, содержащее трансформатор напряжения, выключатель, блок управления и сигнализации выключателя, конденсатор, один из выводов которого заземлен, последовательно соединенные выпрямитель, элемент выдержки времени, реагирующий и исполнительные элементы,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него дополнительно введены сигнальный элемент, резистор, одновнбратор, второй элемент выдержки времени и вторые реагирующий и исполнительный элементы, при этом начало первичной обмотки трансформатора напряжения подключено к средней точке защищаемой конденсаторной батареи, конец обмотки объединен с входом выпрямителя и вторым выводом упомянутого конденсатора, вторичная обмотка трансформатора подсоедкнена к резистору, а к выводу выпрямителя подключены две параллельные цепочки, каждая из которых со- Я держит последовательно соединенные реагирующий элемент, элемент выдержки времени и исполнительный элемент, причем выход исполнительного элемента первой цепочки подключен к цепи отключения выключателя, выход испол- Я нительного элемента второй цепочки -)- к сигнальному элементу, вход одиовибратора соединен с блоком управления и сигнализации выключателя, а его выход - с элементами выдержки времени.Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике релейной защиты конденсаторных батарей,Конденсаторные батареи являютсясоставной частью фильтров высшихгармоник (фВГ), устанавлинаемых для 5повышения качества электроэнергии.Конденсаторная батарея подразделяетсяна последовательные ряды, а каждыйряд, н свою очередь, содержит понесколько параллельно соединенных 10конденааторон. Общее количество конденсаторон в батарее может достигатьнесколько сотен и зависит от напряже-:.ния сети. Каждый конденсатор защищается индивидуальным внешним предохранителем, имеющим механический указа-.тель срабатывания (,1 ),Характерным повреждением конденсаторной батарейки является пробойконденсатора, сопровождающийся корот ким замыканием (к.з) ряда и последующим перегоранием предохранителя. После сгорания предохранителя поврежденный конденсатор выделяется из ряда иустанавливается новый режим работыбатареи. Параметры этого режима отличаются от исходного н заметной степени только для ряда с анарийно-отключенным конденсатором и выражаютсяв повышении напряжения на оставшихсяисправных конденсаторах ряда. Еслидлительная перегрузка конденсаторовв новом режиме батареи не превышаетдопустимую по ГОСТ 1282-79 Е величину (1,1 Оном ), то батарея может оставаться н работе как угодно долгодо момента повреждения на аварийномряду второго конденсатора, приводящего к дальнейшему увеличению напряжения на исправных конденсаторах.При этом время, н течение которого 40батарея может оставаться н работе,ограничено, Повреждение следующего,например третьего конденсатора рядаприведет к недопустимым перенапряжениям на ряду, при которых эксплуатация батареи недопустима. В этом случаефВГ должны отключаться от сети. Отключение поврежденного конденсаторапредохранителем происходит вблизиперехода сопровождающего тока черезнуль. Это вызывает появление накаждом ряду конденсаторной батареиапериодических составляющих напряжений.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ, обнаруживающий повреждениеконденсатора н батарее по возникновению апериодической составляющейнапряжения и реализующее его устрой"ство, содержащее конденсаторную бОбатарею с реактором, трансформатор.напряжения, выключатель, блок управления и сигнализации выключателя,конденсатор, один из выводов которого заземлен, выпрямитель, элемент 65 выдержки времени реагирующий и исполнительный элементы 2 1,Недостатками указанного устройства, являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся н том,что устройство не определяет количество вышедших из строя конденсаторон н,одном ряду батареи и не отключает ее, когда напряжение на ряду становится выше допустимого, что в своюочередь приводит к лавинообразному;процессу выхода из строя конденсаторон, а также сложность ныполнения,обусловленная необходимостью установки двух высоковольтных аппаратов;трансформатора напряжения и активногоделителя. Причем активный делительнаружной установки на номинальноенапряжение 220 кВ электротехническоййромышленностью не выпускается." Цель изобретения - расширениеФункциональных возможностей путемопределения предельного числа вышедших из строя конденсаторов.Указанная цель достигается тем,что устройство для защиты конденсаторных батарей с внешними предохранителями и реактором, содержащеетрансформатор напряжения, выключатель,блок управления и сигнализации вык"лючателя, конденсатор, один из выводов которого заземлен, последовательно соединенные выпрямитель, элементвыдержки времени, реагирующий и исполнительные элементы, дополнительновведены сигнальный элемент, резистор,одновибратор, второй элемент выдержки времени и вторые реагирующий иисполнительный элементы,при этомначало первичной обмотки трансформатора подключено к средней точке защищаемой конденсаторной батареи,конец обмотки обьединен с входомвыпрямителя и вторым нйводом упомянутого конденсатора, вторичная обмотка трансформатора подсоединена крезистору, а к выходу выпрямителяподключены дне параллельные цепочки,каждая из которых содержит последовательно соединенные реагирующий элемент, элемент выдержки времени и исполнительный элемент, причем выходисполнительного элемента первой цепочки подключен к цепи отключениявыключателя, выход исполнительногоэлемента второй цепочки - к сигнальному элементу, вход одновибраторасоединен с блоком управления и сигнализации выключателя, а его выход -с элементами вйдержки времени.На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-4графики поведения устройства защиты,Устройство содержит конденсаторнуюбатарею 1, реактор 2, выключатель 3,блок 4 упранления и сигнализации вык,лючателя, трансформатор 5 напряжения,конденсатор б, выпрямитель 7, реаги 1032520рующие элементы 8 и 9, элементы 10 и 11 выдержки времени, исполнительные элементы 12 и 13, сигнальный элемент 14, одновибратор 15, резистор 16. Кроме того, на чертежах обозначены; сигнал 17 на входе выпрямителя 7, 5 пороги 18 и 19 срабатывания (уставки) соответственно реагирующих элементов 8 и 9, сигнал 20 на выходе реагирую 1 аих элементов 8 и 9, выходные сигналы 21 и 22 соответственно реагирую- ).О щих элементов 8 и 9, сигналы 23 и 24 на выходе элементов 10 и 11 выдержки времени, сигналы 25 и 26 на выходе исполнительных элементов 12 и 13. )5Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии на конденсаторе 6 имеется переменное напряжение с частотой сети 50 Гц. Амплитуда этого напряжения зависит от выбранно",. го соотношения полного сопротивления нервичной обмотки трансформатора 5 напряжения и сопротивления конденсатора 6 и составляет десятые доли вольта. По отношению к апериодической составляющей, появляющейся на конденсаторе 6 при повреждении конденсатора батареи, амплитуда переменного напряжения не превышает 5-8. Чтобы полярность сигнала на входе реагирующих элементов 8 и 9 не зависела от полярности апериодической составляющей напряжения на конденсаторе 6, в схеме предусмотрен выпрямитель 7. В нормальном режиме работы батареи на выходе выпрямителя 7 всегда имеется сигнал, обусловленный переменной составляющей напряжения на конденса торе 6. Обозначим этот сигнал напряжением режима нагрузки. К выходу 40 выпрямителя 7 подключены реагирующие элементы 8 и 9, выполненные, например, по схеме компаратора. Этими элементами осуществляется сравнение с уставками 18 и 19 сигналов, посту пающих с выпрямителя 7.Численное значение уставок 18 и 19 зависит от напряжения батареи 1 и количества рядов конденсаторов в ней, Уставка 19 элемента 9 выполняется равной двум амплитудам напряжения режима нагрузки. Напряжение уставки 18 элемента 8 в несколько раз превы шает уставку 19 и выбирается исходя из условия, что сигнал на его выходе появится после очередного пробоя конденсатора, когда напряжение на ряду с поврежденными конденсаторамивозрастет до предельно допустимого, т. е. когда требуется немедленное отключение батареи. 60В установившихся режимах высоковольтной сети напряжения уставок прЕ- вышают уровень сигналов с выхода вып." рямителя 7 и элементы 8 и 9 не работают. 65 Элемент 11 выдержки времени предназначен для отстройки исполнительного органа 13 от режима включения батареи и режимов внешних коротких замыканий. Исполнительный орган 12 от указанных режимов отстроен по напряжению уставки 18, поэтому элемент 10 выдержки времени необходим только для повышения помехоустойчивости.Исполнение элементов 10 и 11 времени должно допускать их блокирование путем подачи положительного или отрицательного импульса. Для формирования такого импульса времени применен одновибратор 15, запускаемый контактами блока управления и сигнализации.На фиг. 2 показан график поведения устройства защиты в режиме включения конденсаторной батареи. В момент включения на конденсаторе 6возникают свободные затухающие. колебания напряжения сигнала 17, определяемые параметрами трансформатора 5. Период этих колебаний может составлять несколько секунд. Поскольку выдержка времени элемента 11 берется большей полупериода укаэанных колебаний, то срабатывания устройства защиты не произойдет.В режиме пробоя (фиг. 3) одного из конденсаторов любого ряда батареи, в момент перегорания предохранителя на средней точке батареи имеет место апериодическая слагающая напряжения. Через сопротивление первичной обмотки трансформатора 5 напряжения эта апвриодическая заряжает конденсатор 6 практически до амплитуды, поскольку постоянная времени затухания апериодической составляет около 20 с для конденсаторов типа КСША,3"50).Максимальное значение апериодической может быть подсчитано по ФормулеепЧ.2с) 2 (п)(п)где Чб,й(, - мгновенное значение принужденной составляющей напряжения на батарее в момент отключения предохра нителем поврежденного конденсаторамиж - число параллельно включенных конденсаторов в ряду;Ь в . число последовательных рядов в батарее.Сигнал 20 .на выходе выпрямителя 7 в этом случае превышает напряжение уставки 19 и длительность за держки элемента 11 времени.Происходит срабатывание исполнительного 13 и сигнального 14 элементовПри этом обслуживающим персоналом должно быть зафиксировано, что в оп. ределенной фазе батареи произошел пробой конденсатора, а сигнальный элемент возвращен в исходное состо 1032520яние. Аналогично цепочка иэ реагирующего элемента 9, элементов 11 - 14 буцет фиксировать и все последующие пробои конденсаторов батареи,Если пробои конденсатора происходят на ряду, на котором имеются5 отключенные предохранителями поврежденные конденсаторы, то амплитуда апериодической составляющей возрастет по сравнению с той, что имеет место при пробое первого конденсато ра, Численное значение амплитуды апериодической составляющей при пробое К конденсаторов в одном ряду определяется по выражениюдпБ пр15(т-Ф) 2 п) .В случаях, когда пробой конденсатора приводит к росту напряжения на аварийном ряду до предельного допустимого, амплитуда сигнала 20 с выхода выпрямителя 7 превышает напряжение 1 уставки 18 и вызывает срабатывание реагируюшего элемента 10 и исполнительного элемента 12, При этом длительность импульса с выхода элемента 12 достаточна для отключения выклю-,чателя 3,В режиме отключения батареи оТсети на ее конденсаторах возможнопоявление апериодических составляющих,подобных тем, что имеют место припробое, Однако в этом случае импульсом с одновибратора 15 блокируютсяэлементы 10 и 11 времени и срабатывание исполнительных элементов 12 и 13не произойдет,Таким образом, путем исключения лвысоковольтного делителя и одновременно подключением трансформаторанапряжения к средней точке защищаемойконденсаторной батареи, что снижаеткласс изоляции последнего, достигнутоупрощение устройства для защиты кон-. -денсаторной батареи., введением доползнительных реагирующего, исполнительного и сигнального элементов, а также элемента выдержки времени .достигнумто расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся вфиксировании предельно допустимогоколичества поврежденных конденсаторов в одном ряду батареи.1032520 Составитель В, Эимаковктор Ю. Середа Техред М,коштура - Корректор В. Гирняк 4/5 ктная, 4 каэ 5414/56 Тираж 617ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откры113035, Москва, 3-35, Раушска Филиал ППП Патент, г. Ужгород,ПодписноеаСССРинаб д