Система электроснабжения с токоограничением

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ЦИАЛИСТИЧЕСНИ УБЛИН(57) Изобретение оэлектротехники. Цвышение быстродейсзамыкания. Система С ТОКОСНАБЖЕ бласти тноситель изо я ток держи коротко понизивЬ 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРУ 655019, кл. Н 02 Л 3/00, 1978.Авторское свидетельство СССРЯф 862310, кл, Н 02 Л 3/00, 1980. тельный тр-р 1 с двумя расщепленными обмотками, датчики 2,3 тока, датчики 4,5 напряжения первого и второго токопроводов, тиристорные коммутаторы 6,9 токоограничивающие сопротивлени 7,10. Органы управления 8 и 11 определяют углы между токами и напряжени ями, измеренными соответствующими да чиками. В нормальном режиме эти углы не превышают заданных. При КЗ например, в точке К фаза тока изменяется на обратную, угол между током.и напря жением превышает заданный и орган.уп равления 8 вырабатывает сигнал на включение тиристорного коммутатора 6 Ток КЗ ответвляется в токоограничива щее сопротивление 7. Быстродействие повьппается в результате постоянного отслеживания угла сдвига фаз. 3 ил.Изобретение относится к электроехнике и может быть использовано для граничения тока короткого замыкания (КЗ) в системах электроснабжения про - ььппленных предприятий,Целью изобретения является повышее быстродействия ограничения тока ороткого замьпсания.На фиг, 1 изображена схема системы 10 ектроснабжения с токоограничением;фиг. 2 - структурная схема органа равления тиристорного коммутатора,фиг. 3 представлены зависимости ивменения сигналов напряжения и тока. нормальном и аварийном. режимах з щищаемой сети,Система содержит понизительнь 1 й т ансформатор 1 с двумя расщепленными о мотками, датчик 2 тока первого то копровода, датчик 3 тока второго токопровода, датчик 4 напряжения первого токопровода, датчик 5 напряжения второго токопровода, тиристорный комтатор 6, заземленное токоограничи , ющее сопротивление 7 и орган Я упавления первого токопровода, тирисорный коммутатор 9, заземленное тооограничивающее сопротивление 1 Оорган 11 управления второго токо ровода, выключатели 12-15 потребитеей, потребители 16-19,Орган 8 упавления идентичен органу 11 управ- ения, Орган 8 содержит формирователь О угла тока, подключенный на выход атчика 3 тока, формирователь 21 уга напряжения, подключенный к выходу атчика 4 напряжения, блок 22 логики и сумматор,23, на выходе которого включен пороговый элемент 24. Формирователь угла тока содержит первый ифференцирующий блок 25 и блок 26 двойного дифференцирования, входы кот 1 орых объединены в общий вход Формифователя 20 угла тока, выход первого Дифференцирующего блока 25 через первый пропорциональный блок 27 и перь 1 ый блок 28 стробирования связан с первым входом первого блока 29 деления, а выход блока 26 двойного дифференцирования через второй пропорциональный блок 30 и второй блок 3 1 стробирования связан с вторым входом гервого блока 29 деления. Выход пер= ь 1 ого блока 29 деления соединен с пер-."5 дым блоком 32 аппроксимации арктангенса, который связан через инвертор 33 с сумматором 23. При этом выход инМертора подключен к псрвому входу сумматора и является одновременно выходом Формирователя угла тока, Формирователь 21 угла напряжения содержиттретий блок 34 стробирования и второйдифференцирующис блок 35, входы которых объединены в общий вход Формирователя 21 угла напряжения, причем выход второго дифференцирующего блокаодновременно является первым выходомФормирователя угла напряжения,и через третий пропорциональный блок 36 ичетвертый блок 37 стробирования связан с первым входом второго блока 38деления, выход которого присоединенк входу второго блока 39 аппроксимации арктангенса, Выход третьего блока34 стробирования связан с вторым входом второго блока 38 деления, а выход второго блока 39 аппроксимацииаркта.нгенса связан с вторым входомсумматора 23 и является вторым выхо-дом Формирователя 21 угла напряжения.Блок 22 логики содержит блок 40 несовпадения знаков сигналов тока и напряжения, первый вход которого связанс выходом датчика 4 напряжения, блок4 1 несовпадения знаков сигналов напряжения и его производной и блок 42совпадения знаков напряжения и егопроизводной, первый вход каждого изкоторых связан с выходом датчика напряжения, а второй вход - с первымвыходом Формирователя 21 угла напрякения, причем первый выход блока40 подключен на первый вход первой.логической схемы И 43, второй входкоторой связан с выходом блока 41.Второй выход блока 40 подключен напервый вход второй логической схемыИ 44, второй вход которой соединен свыходом блока 42. Последовательно сосхемой 44 включен блок 45 отрицательного смещения, выход которого подключен на третий вход сумматора 23. Последовательно со схемой 43 включен блокблок 46 положительного смещения, выход которого присоединен к четвертомувходу сумматора 23. Выход блоха 45образует первый выход блока 22 логики, а выход блока 46 - второй выходблока 22 логики. Датчик 4 напряжениясодержит трансформатор напряжения,выход которого связан с контуром памяти,Устройство работает следующим образом,С выхода датчика 3 тока втоопровода снимается сигнал контро 1410182лируемого тока д(С), который поступа - ет на первый вход органа 8 управления тиристорного коммутатора 6 первого токопровода и затем разветвляется в блок 22 логики и в формирователь 20 угла тока. На входе формирователя 20 угла тока сигнал х разветвляется в первый дифференцирующий блок 25 и в блок 26 двойного дифференцирования10 С выхода блока 25 сигнал 1(Т)р поступает на вход второгопропорционального блока 30,гдеумножается в Кзраз (р дифференциальный оператор, Кз = 1/ы, у - угловая частота сети, ю= 2 п; 15 Е - частота сети), С выхода блока 30 сигнал К 1(с)р поступает на вход второго блока 3 1 стробирования, где стробируется в заданный момент времени о, (1 = 1,2,8). С выхода блока 3 1 сигнал Кэ 1(й ; )р поступает на второй вход первого блока 29 деления. Сигнал, снимаемый с выхода блока 26, поступает на вход первого пропорционального блока 27, где умножается в К раз (К= 1/И 2), Затем сигнал К(й)р стробируется в первом, блоке 28 стробирования в момент времени й;, после чего сигнал К 1( 1)р поступает на первый вход блока 29, где он 30 делится на сигнал Кр(1,)р. Сигнал, полученный в результате деления указанных сигналов, с выхода блока 29 постуйает на вход первого блока 32 аппроксимации арктангенса, на выходе которого получается сигнал +Д( со 1 Дответствующий углу между значением сигнала тока в момент времени стробирования и ближайшим максимумом сигнала тока, имеющим тот же знак, что и 40 стробируемый сигнал . Сигнал Ф д Ц; поступает через инвертор 33 на вход сумматора 23. Сигнал напряжения Щ), снимаемый с выхода датчика 4 напряжений первого токопровода, разветвля ется в блок 40 несовпадения знаков сигйалов тока и напряжения, блок 41 .несовпадения знаков сигналов напряжения и его производной, блок 42 совпадения знаков .сигналов напряжения и 50 его производной и формирователь 21 угла напряжения, Выход датчика 4 напряжения является вторым входом органа 8 управпения, Сигнал Яй) на входе формирователя 21 угла напряжения раз ветвляется в третий блок 34 стробирования и во второй дифференцирующий блок 25. С выхода блока 34 сигнал У(1 ;) поступает на второй вход второго блока 38 деления, Сигнал 11(Т)р, снимаемый с выхода блока 35, поступает в третий пропорциональный блок 36, где изменяется в К 1 раз (КК = 1/ы ), Затем сигнал К,У(1)р стробируется в четвертом блоке 37 стробирования в момент времени С выхода блока 37 сигнал К,Б(о; )рпоступает на первый вход второго блока 38 деления. В блоке 38 сигнал К,Б(г.; ) делится па сигнал Б(й; ), результирующий сигнал поступает на вход второго блока 39 аппроксимации арктангенса, на выходе которого получается сигнал 1 д, соответствующнй углу между сигналом напряжения в момент стробирования и ближайшим максимумом сигнала напряжения, имеющим тот же знак, что и стробируемый сигнал. Сигнал + Щ поступает наИйвторой вход сумматора 23. В интервал времени несовпадения знаков сигналовтока и напряжения, а также несовпадения знаков сигналов напряжения и его производной первая логическая схема И 43 подает команду на включение блока 46 положительного смещения. С выхода блока 46 сигнал + Н, соответствующий углу величиной + И, поступает на четвертый вход сумматора 23. В,интервал времени несовпадения знаков сигналов напряжения и его производной вторая логическая схемаИ 44 подает команду на включение блока 45 отрицательного смещения. С выхода блока 45 сигнал - %, соответствующий углу величиной - Р, поступаетна третий вход сумматора 23, с выходакоторого сигнал, соответствующий углу между током и напряжением - Мной в нормальном режиме работы защищаемойсети ив аварийном режиме работы защищаемой сети, - поступает.на вход порогового элемента 24. При этом сигналы (р и ( 1 Отличны Один От другого (фиг. 3), Пороговый элемент 24 должен быть отрегулирован таким образом, чтобы срабатывать при сигнале ци не срабатывать при сигналеКЗ имеет место в момент временй 1 При появлении сигнала ф на выходе элемента 24 появляется управляющий сигнал Чу, запускакщий тиристорный коммутатор 6 первого токопро-,вода, который соединяет сеть с заземленным токоограничивающим сопротив(12) П(о )вП совсд йЯ Е о лением 7 первого токопровода. Процессы, протекающие в сети, иллюстрируются графиком фиг. 3, где 4 7 - графикзависимости тока в нормальном (домомента времени 1,г) и аварийном (с5момента времени Т),режимах, 48график .зависимости напряжения от угла49 - график апериодической слагающейтока короткого замыкания, 50 - график периодической слагающей тока короткого замыкания. Здесь принято чтов аварийном режиме работы защищаемойсети, вызванном коротким замыканиемв точке К (на вводе потребителя первого токопровода), ток изменяет уголна величину н, то есть находится стоком нормального режима в противофазе. Орган 11 управления тиристорногокоммутатора второго токопровода внормальном режиме работы и при коротком замыкании вблизи потребителейвторого токопровода функционируетаналогично органу 8 управления тирис,. торного коммутатора первого токопровода в указанных режимах - нормальном и при коротком замыкании вблизипотребителей первого токопровода. Орган 8 управления конструктивно полностью соответствует органу 11 управ- ЗОления. Таким образом, устройство реагирует на ток аварийного режима прикоротких замыканиях у потребителейпо величине сдвига фаэ между токоми напряжением, прогнозируя данныйсдвиг фаз, и позволяет существенноповысить надежность работы защищаемой сети.Процесс контроля сдвига фаз междутоком и напряжением математически спи сывается следующим образом,Пусть ток и напряжение токопровода описываются соотношениями45 1(й)1 фов(,ф- )+1 е (1) где 1, - амплитуда тока,50й - время,р - угол сдвига между током инапряжением (сдвиг фаз),Т- постоянная времени КЗ сети.В нормальном режиме работы состав-ляющая 1 е " к равна нулю.Продифференцировав уравнение (1)один и два раза, получим: 1826ФР г.ог-1 соз(сд - )й Знак приближенного равенства в уравнениях.(3) и (4) говорит о том, что компонентами 1/МТ и 1/ыгТг пренебрегли.Запишем уравнения (2) и (3) для произвольно выбранного момента времени С; (момента стробирования) в ви- де- -21 -= -1 вг.п(м- Ф.)и(,) Мо 1 ф Ц( .) = и вЬ(Ы )(6) Через интервал времени 1 1 после мо мента стробирования уравнения (5) и (6) примут вид;(14) 10 Для определения интервала времениот момента стробирования до ближайшего экстремума возьмем производные от функций (13), (14) и приравняем15 их к. нулю, Получим: 0 7 0 д ( О; ДЧ, О; -;,( О; Цр О;(21) 20Сдвиг фаз между током и напряжением в соответствии с выражением (21)имеет.вид+ Д( = и) д Сагсй -- (18)д(; )тъ1 м 1 ю Ю 7 )рфо 1 Знак + в выражениях (17) и (18) указывает на изменение знака угла в различных квадратных функциях арктангенса. Выражения (17) и (18) описывают действие блоков 32 и 39 соответствен-но (фиг, 2),Для иллюстрации работы предлагаемой системы в нормальном и аварийном режимах работы защищаемой сети рас-. смотрим ее действие в нормальном режиме работы и при КЗ в точке К (фиг.1,3) .Нормальный режим.Интервал времени (С , С ), момент стробирования Сугол в момент стробирования ц = ьд .50Дпя данного интервала из выражений (2), (11), (17) и (18) справедливы соотношения:(19) д(с +ь )о д(со 1 )р2 е- =- совыьТ +о 3Ю У(й, +бс) = У(й; )созидай + Сдвиг фаз между током и напряжением в соответствии с выражением (19) имеет вид д,(,+ЧКЧо 1 Ч 1 пфффАварийный режим рассмотрим на примере интервала времени (Сд, С) в момент стробирования йпри угле Цд = =ОС в момент стробирования,Для данного интервала из выраже-. ний (2), (11), (17) и (18) справедливы соотношения: Из анализа выражений (20) и (22), а также фиг, 3 очевидно, что сдвиг фаэ между током и напряжением в нормальном режиме работы отличен от сдвига фаз между током и напряжением в аварийном режиме работы (при коротком замыкании), для данногослучая справедливо соотношение ф(1 1)1 ф (1 ф "И ) В выражении (21) учитывается только периодическая составляющая тока . КЗ, поскольку апериодическая состав ляющая компенсируется в органе управления.Техническим преимуществом, предлагаемой системы по сравнению с прототипом является более высокое быстродействие, обусловленное конструкцией органа управления, позволяющего осуществлять прогнозирование сдвига фаэ между током и напряжением. формула и э о б р е т е н и я Система электроснабжения с токоограничением, содержащая пониэительный трансформатор с двумя расщепленными вторичными обмотками, к которым подключены индивидуальные токопроводы ипотребители, а также два тиристорньх коммутатора, каждый из которых имеет орган управления, связанный с датчиком тока, при этом вход тиристорного5 коммутатора подключен к соответствую - щему токопроводу, а выход подключен к заземленному токоограничивающему сопротивлению, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения бы стродействия ограничения тока короткого замыкания, она дополнительно содержит по одному датчику напряжения на вводе каждого токопровода, подключенному к органу управления тирис торного коммутатора своего токопровода, датчик тока одного токопровода подключен к органу управления другого токопровода, а орган управления включает формирователь угла тока, 20 подключенный на выход датчика тока, формирователь угла напряжения, подключенный к выходу датчика напряжения, блок логики и сумматор, на выходе которого включен пороговый элемент 25 таким образом, что последний своим выходом связан с тиристорным коммутатором, причем формирователь угла тока содержит первый дифференцирующий блок и блок двойного дифференцирования, 30 входы которых объединены в общий вход формирователя угла тока, выход первого дифференцирующего блока через первый пропорциональный блок и первый блок стробирования связан с первым входом первого блока деления, а выход блока двойного дифференцирования через второй пропорциональный блок и второй блок стробирования связан с вторым входом первого блока де ления, при этом выход первого блока деления соединен с первым блоком ап-. проксимации арктангенса, которыи связан через инвертор с первым входом сумматора, а выход инвертора является одновременно выходом формирователя угла тока, при этом формирователь угла напряжения содержит третий блок стробирования и второй дифференцирующий блок, входы которых объединены в общий, вход формирователя угла напряжения, причем выход второго дифференцирующего блока одновременно является первым выходом форьщрователя угла напряжения и через третий пропорциональный блок и четвертый блок стробирования связан с первым входом второго блока деления, выход третьего блока стробирования связан с первым входом второго блока деления, а выход четвертого блока строби рования связан с вторым входом второго блока деления таким образом, что выход второго блока деления соединен с вторым блоком аппроксимации арктангенса, выход которого связан с вторым входом сумматора и является вторым выходом формирователя угла напряжения, при этом блок логики содержит блок несовпадения знаков сигналов тока и напряжения, первый вход которого связан с выходом датчика тока, а второй вход - с выходом датчика напряжения, блок несовпадения знаков сигналов напряженйя и его производной, первый вход каждого иэ которых связан с выходом датчика напряжения, а второй вход с первым выходом формирователя угла напряжения, причем первый выход блока несовпадения знаков сигналов тока и напряжения подключен.на первый вход первой логической схемы И, второй вход которой связан с выходом блока несовпадения знаков сигналов напряжения и его производной, второй вход блока несовпадения знаков сигналов тока и напряжения подключен на первый вход второй логической схемы И, второй вход которой соединен с выходом блока совпадения знаков сигналов напряжения и его производной таким образом, что выход второй логической схемы И через блок отрицательного смещения связан с третьим входом сумматора, а выход первой логической схемы И через блок положительного смещения связан с четвертым входом сумматора, при этом выход блока отрицательного смещения образует первый вход блока логики, а выход блока положительного смещения образуе 1 второй вход блока логики, причем датчик напряжения содержит трансформатор напряжения, выход которого связан с контуром памяти..Фотинаюкова актор А.Мековская Заказ 349 омитета С арственного изобретений и открытиикая наб., д 113 Ж, Ра изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектн ТиражИИПИ Гос по дела 5, Москв Корректор М,ВасильеваПодписное