CC BY
14
УДК 621.316.945
ЭФФЕКТИВНАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ НЕУПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Л Б.Б. Утегулов, В.П. Марковский, Л.М. Абдрахманова, Е.Т. Шахман, Н.А. Сыздыкова
Щ Павлодарский государственный университет ¡| | им. С. Торайгырова
MaeHummiK duodmapda айнымалы жэне ту ракеты токтардыц датчиктерт пайдатанумен жэне геркондык релгде диагностика блогымен Щ \ жабдьиупалган баекррылмашпьш туэепиишпиц дифференциалы*, кррганысыньи^ ЩШ жазылуы келт1р1.гген. Корганыс электр крндыргысыныц пайдалануыныц | i; Щ унемдийгi мен ceHLudLiiem арттыра отырып жартылай emxmnumi myiemximmi асцын жуктемелерден. iiuxi жэне сы[шкы кыскд туйык/палулар кездег1 4 кррганысты щ.мта.чаеыз emedi. Баскррьимайтын тузеткштщ эз1р.тгнген кррганыс жуйесшщ экономикалык, mui\idLtiei кэрсепйлген.
В работе представлена дифференциальная защита неуправляемого выпрямителя, выполненная с использованием датчиком переменного и постоянного токов на магнитодиодах и снабженная блоком диагностики на герконовом реле. Защита функционирует при перегрузках, внутренних и внешних коротки замыканиях полупроводникового выпря\ттеля, увеличивая экономичность и надежность эксплуатации электроустановки. Показана экономическая эффективность разработанной системы защиты неуправляемого выпрямителя.
The description of differential protection of the unguided rectifiers executed with use by the gauge of variable and constant currents on magnitodiods and supplied with the block of diagnostics on herkon the relay is given. The protection functions at overloads, internal and external are short circuits of the semi-conductor rectifier, increasing profitability and reliability of operation of electroinstallation. The economic efficiency of the developed system of protection of the unguided rectifier is shown.
В ряде электроприводов постоянного и переменного тока применяются неуправляемые выпрямители для питания различных нагрузок. К работе системы неуправляемый выпрямитель - нагрузка предъявляются высокие требования по надежности. Поэтому для защиты данной системы применяются быстродействующие предохранители и быстродействующие контактные и бескон-
№1, 2005 г.
87
тактные коммутационно-защитные аппараты и устройства, устанавливаемые на входе и выходе выпрямителя.
Одним из перспективных направлений в разработке и совершенствовании защиты неуправляемых выпрямителей является создание комплексной защиты. обеспечивающей защиту элементов выпрямителя и всей системы от возможных аварийных режимов. К данному направлению, можно отнести комплексную защиту; в основе которой лежит дифференциальная защита полупроводникового выпрямителя, учитывая, что наиболее опасными режимами являются тс. которые вызывают протекание сверхтоков.
Известна дифференциальная защита неуправляемого выпрямителя, особенностью которой является использование в качестве датчиков тока трансформаторов переменного и постоянного тока. При этом трансформатор постоянного тока выполняет функцию узла сравнения токов на входе и выходе неуправляемого выпрямителя косвенным путем. Она может послужить основой для комплексной защиты, однако на первом этапе необходимо улучшить ее технико-экономи-ческие показатели. Это относится к необходимости исключения трансформатора постоянного тока, не соответствующего в полной мере требованиям, предъявляемым к защите полупроводниковых приборов, а также требующим разрыва выходной цепи неуправляемого выпрямителя при осмотре, натадке и проверке трансформатора постоянного тока и узла сравнения. Кроме того, нелинейно возрастают массогабаритные показатели трансформатора постоянного тока при увеличении мощности системы неуправляемый выпрямитель - нагрузка.
Более экономичной является дифференциальная защита, в юторой функции трансформатора постоянного тока выполняет магнитодиод. расположенный вблизи выходной шины не\ттравляемого выпрямителя или внутри катушки, подключенной на выходе неуправляемого выпрямителя. Такое выполнение датчика постоянного тока и узла сравнения токов (магнитных потоков) в нормальном и аварийных режимах исключает отмеченные выше недостатки, что представлено на рис, 1.
Для совершенствования дифференциальной защиты и развития ее в комп-лекснуто защиту, необходимо вначале выполнить соответствующие расчеты электрических и магнитных цепей, составляющих основу системы неуправляемый выпрямитель - нагрузка и данной защиты, в нормальных и аварийных режимах. С этой целью разработаны две расчетные схемы (точные и у прощенные), соответственно для электрической и магнитной цепей. Они \"читываюг фазность и схемы выпрямления (нулевые и мостовые) выпрямителей. Точные расчетные схемы предусматривают максимально допустимый учет нелиней-ностей, присущих практически всем элементам дифференциальной защиты. Нелинейности учитываются в виде экспериментатьных кривых или достаточ-
но точной их аппроксимацией. Упрощенные расчетные схемы преду сматривают линеаризацию ряда элементов защиты и системы неуправляемый выпрямитель - нагрузка или пренебрежение некоторыми нелинейностями. если они незначительны. и предъявление их в виде постоянных величин.
Одним из путей решения поставленных задач является применение быстродействующих систем защит, в основе, которой лежит эффективная дифференциальная защита с датчиками переменного и постоянного токов с использованием магнитоу правляемых приборов.
При подключении полупроводникового выпрямителя 1, выполненному по мостовой схеме УЭ1 ё \Т)6. к сети переменного тока через блок коммутации ()Р и трансформатор ТУ к его выходу подключается нагрузка. На входе трансформатора установлены датчики переменного тока ТА1 ё ТАЗ, к выходу которых подключен неуправляемый выпрямитель \]22.
Выход неу правляемого выпрямителя через нелинейный элемент Я11, резистор Ш, управляющие обмотки магнитодиода УВ1, геркона КУ1, через логический элемент ИЛИ соединен с исполнительным органом. На выходе трансформатора установлен датчик скорости изменения тока на базе магнитодиодов УЭ7 ё У09. соединенный со вторым входом элемента ИЛИ через однопорого-вый компаратор с обратной связью (\Т)10, \Т>11) и конденсатор С1, сравнивающий скорость нарастания напряжения датчиков с опорным напряжением и . Выход элемента ИЛИ соединен через исполнительный орган с выходом блока ручного отключения и управляющим входом отключения блока коммутации. Магнитодиод УВ1 расположен в близи шины постоянного тока.
В нормальном режиме работы полупроводникового выпрямителя на выходе блока ручного включения имеется сигнал, обеспечивающий включение блока коммутации, и полупроводниковый выпрямитель оказывается, подключен к сети переменного тока через трансформатор ТУ и посредством шин постоянного тока к нагрузке. При этом по обмоткам управления магнитодиода УВ1 и геркона КУ1 протекает выпрямленный ток. пропорциональный току на входе полупроводникового выпрямителя. Магнитодиод УВ1 находится в закрытом состоянии. так как к нему прикладываются два магнитных поля - от управляющей обмотки и шины постоянного тока полупроводникового выпрямителя.
№1, 2005 г.
89
Рисунок 1
Дифференциальная защита полу проводникового выпрямителя на магнитодиодах
Магнитный поток обмотки у правления магнитодиода УВ1 регулируется изменением тока в этой обмотке с помощью резистора Я1. Магнитное поле, создаваемое шиной постоянного тока, регу лируется изменением расстояния между шиной и магнитодиодом или изменением утла между ними. Под действием магнитного потока у правляющей обмотки геркона КУ1 последний переключается (замыкается замыкающий контакт и размыкается размыкающий контакт), тем самым подготавливается к срабатыванию входная цепь ИО и размыкается входная цепь блока сигнализации БС. который сигнализиру ет о целостности цепи управления дифференциальной защиты.
Так как магнитодиод УВ1 заперт, на первом входе элемента ИЛИ сигнал отсутствует. Также отсутствует сигнал и на втором входе элемента ИЛИ поскольку компаратор не срабатывает до тех пор. пока полуттроводниковый выпрямитель работает в нормальном режиме и скорость изменения тока сИ/ск на его входе, и следовательно, на выходе датчика изменения скорости изменения тока, соответствует нормальном) режиму полупроводникового выпрямителя (<И/ <ИУс11 < сИ/^уст). Поэтому отсутствует сигнал на выходе элемента ИЛИ, на выходе ИО и блок коммутации остается во включенном состоянии.
При коротких замыканиях в полупроводниковом выпрямителе, на его входе или выходе, между шинами постоянного тока и в нагрузке возникает ток короткого замыкания в цепи между сетью и точкой короткого замыкания. При этом скорость тока короткого замыкания намного превышает скорости изменения тока в цепи переменного тока на полупроводниковый выпрямитель, которая контролируется датчиком скорости изменения тока. Поэтому сигнал на выходе датчика скорости изменения тока достаточен для срабатывания компаратора (<И/ск хШскусш) и на выходе последнего появляется сигнал, который поступает на второй вход элемента ИЛИ. На выходе элемента ИЛИ формируется сигнал, посту пающий на вход ИО. который запу скается и формирует сигнал, поступающий на отключающий управляющий вход блока коммутации, последний срабатывает и отключает цепь питания полупроводникового выпрямителя от сети переменного тока [1].
Следует отметить, что дифференциальная защита срабатывает также и при перегру зках. Токи на входе и выходе полупроводникового выпрямителя увеличиваются пропорционально. Однако магнитные потоки, действующие на магнитодиод УВ1, увеличиваются пропорционально только до тока срабатывания защиты, при котором всту пает в действие нелинейный элемент 1Ш. После чего нелинейный элемент Яи ограничивает напряжение на выходе неуправляемого выпрямителя и. следовательно, ограничивает ток и магнитный поток управляющей обмотки магнитодиода УВ1, он открывается, на первом входе элемента
№1, 2005 г.
91
ИЛИ появляется сигнал и на выходе последнего формируется сигнал, который запускает ИО. и блок коммутации отключает полупроводниковый выпрямитель от сети переменного тока.
Для ручного отключения полупроводникового выпрямителя формируется сигнал блоком ручного отключения, поступающий на управляющий вход отключения блока коммутации, который отключает полупроводниковый выпрямитель от сети переменного тока.
Применение дифференциальной защиты полутгроводниковых выпрямителей показало экономичность, надежность и долговечность разработанной системы, что позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы по ремонту и обслуживанию электрооборудования. Экономический эффект подтверждается заводами и предприятиями, на которых осуществлялось внедрение данной защиты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Копырин В.С., Марковский В.П. Защита преобразовательной установки. Инф. Листок. № 159 - 94. г. Павлодар. ЦНТК 1994. - 6 с.
