УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ОБОРВАННОЙ ФАЗЕ КАБЕЛЯ
DEVICE FOR RECOVERY OF VOLTAGE IN BROKEN PHASE OF CABLE

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителей автономных объектов при обрыве фазы кабеля.
Известно устройство для восстановления напряжения в оборванной фазе кабеля, содержащее три реле минимального напряжения с замыкающими и размыкающими контактами, компенсирующие конденсаторы, фазосдвигающие дроссели и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, при этом указанные реле включены между соответствующими фазами кабеля, компенсирующие конденсаторы включены между соседними фазами последовательно с размыкающими контактами реле отстающих фаз, фазосдвигающие дроссели включены между фазами кабеля и одноименными клеммами для подключения трехфазной нагрузки и шунтированы замыкающими контактами реле отстающих фаз [1]. Данное устройство обеспечивает восстановления напряжения при обрыве любой одной фазы кабеля, отличается простотой схемного решения, сравнительно высокой надежностью и низкой стоимостью. Однако ему свойственны и недостатки, среди которых основными являются: ограниченная мощность устройства и значительное время восстановления напряжения.
Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства при восстановлении напряжения оборванной фазы кабеля.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройство для восстановления напряжения в оборванной фазе кабеля, содержащее клеммы кабеля A, B, C, первое, второе и третье реле контроля напряжения, каждое из которых содержит первый контакт, второй контакт и третий контакт, причем первый контакт выполнен размыкающим, второй и третий контакты выполнены замыкающими, первый, второй и третий фазовосстанавливающие конденсаторы, первый, второй и третий фазокорректирующие дроссели и выходные первую, вторую и третью клеммы, при этом первое реле контроля напряжения включено между клеммами кабеля A и B, второе реле контроля напряжения включено между клеммами кабеля B и C, третье реле контроля напряжения включено между клеммами кабеля C и A, первый фазокорректирующий дроссель включен между клеммой кабеля A и первой выходной клеммой, второй фазокорректирующий дроссель включен между клеммой кабеля В и второй выходной клеммой, третий фазокорректирующий дроссель включен между клеммой кабеля C и третьей выходной клеммой, введены первый, второй и третий тиристорные ключи, выполненные по идентичным схемам, каждый из которых содержит три параллельные цепи, первая из которых образована тиристором прямого включения, вторая цепь образована последовательно соединенными диодом прямого включения, вторым контактом реле отстающей фазы, первым контактом реле собственной фазы, резистором, диодом обратного включения, третья цепь образована тиристором обратного включения, причем управляющий электрод тиристора первой цепи соединен с катодом диода обратного включения второй цепи, а управляющий электрод тиристора третьей цепи соединен с катодом диода прямого включения второй цепи, при этом первый тиристорный ключ включен последовательно с первым фазовосстанавливающим конденсатором между клеммами кабеля A и B, второй тиристорный ключ включен последовательно с вторым фазовосстанавливающим конденсатором между клеммами кабеля B и C, третий тиристорный ключ включен последовательно с третьим фазовосстанавливающим конденсатором между клеммами кабеля C и A; кроме того, введены первый, второй и третий шунтирующие тиристорные ключи, каждый из которых включен параллельно соответствующему фазокорректирующему дросселю, при этом каждый из шунтирующих тиристорных ключей содержит пару встречно-параллельно включенных тиристоров, управляющий переход каждого из тиристоров пары зашунтирован во встречном направлении соответствующим диодом, а между управляющими электродами тиристоров каждой пары включена цепь из последовательно соединенных резистора и замыкающего контакта реле отстающей фазы.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.
Устройство для восстановления напряжения в оборванной фазе кабеля содержит клеммы кабеля A, B, C, первое 1, второе 2 и третье 3 реле контроля напряжения, каждое из которых содержит первый размыкающий контакт: реле 1 - контакт 1-1, реле 2 - контакт 2-1, реле 3 - контакт 3-1, второй и третий контакты замыкающие: реле 1 - контакты 1-2 и 1-3, реле 2 - контакты 2-2 и 2-3, реле 3 - контакты 3-2 и 3-3, первый 7, второй 8 и третий 9 фазовосстанавливающие конденсаторы, первый 10, второй 11 и третий 12 фазокорректирующие дроссели, первую 16, вторую 17 и третью 18 выходные клеммы; первый 4, второй 5 и третий 6 тиристорные ключи, выполненные по идентичным схемам, первый 13, второй 14 и третий 15 шунтирующие тиристорные ключи, выполненные по идентичным схемам, причем первое реле контроля напряжения 1 включено между клеммами кабеля A и B, второе реле контроля напряжения 2 включено между клеммами кабеля B и C, третье реле контроля напряжения 3 включено между клеммами кабеля C и A, первый тиристорный ключ 4 включен последовательно с первым фазовосстанавливающим конденсатором 7 между клеммами кабеля A и B, второй тиристорный ключ 5 включен последовательно с вторым фазовосстанавливающим конденсатором 8 между клеммами кабеля B и C, третий тиристорный ключ 6 включен последовательно с третьим фазовосстанавливающим конденсатором 9 между клеммами кабеля C и A; первый фазокорректирующий дроссель 10 включен между клеммой кабеля A и первой выходной клеммой 16, второй фазокорректирующий дроссель 11 включен между клеммой кабеля B и второй выходной клеммой 17, третий фазокорректирующий дроссель 12 включен между клеммой кабеля C и третьей выходной клеммой 18; первый шунтирующий тиристорный ключ 13 включен параллельно первому фазокорректирующему дросселю 10, второй шунтирующий тиристорный ключ 14 включен параллельно второму фазокорректирующему дросселю 11, третий шунтирующий тиристорный ключ 15 включен параллельно третьему фазокорректирующему дросселю 12; каждый из тиристорных ключей 4…6 содержит три параллельные цепи, первая из которых образована тиристором прямого включения, вторая цепь образована последовательно соединенными диодом прямого включения, вторым контактом реле отстающей фазы, первым контактом реле собственной фазы, резистором, диодом обратного включения, третья цепь образована тиристором обратного включения, так применительно к ключу 4: первая цепь - вход ключа 4-1, тиристор прямого включения 4-2, выход ключа 4-7; вторая цепь - вход ключа 4-1, диод прямого включения 4-3, замыкающий контакт 2-2, размыкающий контакт 1-1, резистор 4-4, диод обратного включения 4-5, выход ключа 4-7, третья цепь - вход ключа 4-1, тиристор обратного включения 4-6, выход ключа 4-7, причем управляющий электрод тиристора 4-2 соединен с катодом диода 4-5, а управляющий электрод тиристора 4-6 соединен с катодом диода 4-3; каждый из шунтирующих ключей 13…15 содержит пару встречно-параллельно включенных тиристоров, управляющий переход каждого из тиристоров пары зашунтирован во встречном направлении соответствующим диодом, а между управляющими электродами тиристоров каждой пары включена цепь из последовательно соединенных резистора и замыкающего контакта реле отстающей фазы, например, для первого шунтирующего тиристорного ключа 13: пара встречно-параллельно включенных тиристоров: тиристор 13-2 и тиристор 13-6, управляющий электрод тиристора прямого включения 13-2 зашунтирован диодом 13-5, управляющий электрод тиристора обратного включения 13-6 зашунтирован диодом 13-3, а между управляющими электродами тиристоров 13-6 и 13-2 включена цепь из резистора 13-4 и замыкающего контакта 2-3 реле отстающей фазы, при этом вход ключа 13-1, а выход - 13-7; размыкающий контакт 1-1 реле контроля напряжения 1 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 4, размыкающий контакт 2-1 реле контроля напряжения 2 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 5, размыкающий контакт 3-1 реле контроля напряжения 3 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 6; первый замыкающий контакт 1-2 реле контроля напряжения 1 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 6, первый замыкающий контакт 2-2 реле контроля напряжения 2 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 4, первый замыкающий контакт 3-2 реле контроля напряжения 3 управляет работой тиристоров тиристорного ключа 5; второй замыкающий контакт 1-3 реле контроля напряжения 1 управляет работой тиристоров шунтирующего тиристорного ключа 14, второй замыкающий контакт 2-3 реле контроля напряжения 2 управляет работой тиристоров шунтирующего тиристорного ключа 13, второй замыкающий контакт 3-3 реле контроля напряжения 3 управляет работой тиристоров шунтирующего тиристорного ключа 15.
Все элементы устройства серийно выпускаются отечественной промышленностью.
Устройство работает следующим образом. При наличии напряжения во всех фазах кабеля на его клеммах A, B, C появится напряжение заданной величины, при этом сработают реле минимального напряжения 1…3, что приведет к замыканию контактов 1-2, 2-2, 3-2 и контактов 1-3, 2-3, 3-3 и размыканию контактов 1-1, 2-1 и 3-1, в результате тиристорные ключи 4…6 будут выключены, так как их вторые цепи разомкнуты, при этом фазовосстанавливающие конденсаторы 7…9 разряжены, а шунтирующие тиристорные ключи 13…15 включены и фазокорректирующие дроссели 10…12 зашунтированы этими ключами, при этом токи с клемм кабеля A, B, C будут протекать по проводам к выходным клеммам 16…18, что обеспечит рабочий режим трехфазных потребителей (не показаны). При обрыве любой фазы кабеля (например, фазы A) напряжение на клемме кабеля A будет отсутствовать, соответственно отсутствует напряжение на реле 1, 3, поэтому сработает только реле контроля напряжения 2, при этом изменяют первоначальное состояние только контакты второго реле: 2-1, 2-2 и 2-3. При замыкании контакта 2-2 через открытый тиристорный ключ 4 образуется цепь заряда фазовосстанавливающего конденсатора 7, и ток в фазе А будет протекать по цепи: клемма кабеля B, фазовосстанавливающий конденсатор 7, выход 4-7, тиристоры 4-6 (4-2), вход 4-1 тиристорного ключа 4, провод, соединяющий клемму кабеля A с выходной клеммой 16 (не обозначен), шунтирующий тиристорный ключ 13 и выходная клемма 16, при этом ток через фазокорректирующий дроссель 10 не проходит; ток в фазе B будет протекать по цепи: клемма кабеля B, фазокорректирующий дроссель 11, выходная клемма 17; ток в фазе C будет протекать по цепи: клемма кабеля C, фазокорректирующий дроссель 12, выходная клемма 18, причем при замкнутых вторых цепях тиристорного ключа 4 и шунтирующего тиристорного ключа 13 тиристоры первых и третьих цепей будут поочередно включаться и выключаться, обеспечивая прохождение тока от источника к нагрузке, поскольку управления данными тиристорами формируются из анодных напряжений тиристоров. В результате фаза A кабеля восстанавливается из фазы B, образуя угол между прежним положением вектора фазы B равный 90°. Чтобы вновь сделать систему напряжений с новым вектором фазы A симметричной прежнее направление векторов фаз B и C сдвигается против часовой стрелки на угол 30° за счет индуктивностей обмоток фазокорректирующих дросселей 11 и 12.
Механизм формирования симметричной системы напряжений при обрыве любой другой фазы остается прежним.
Таким образом введение параллельных и последовательных тиристорных ключей позволило значительно повысить быстродействие устройства, поскольку время включения и выключения силовых тиристоров составляет единицы мкс при любой мощности, так как прямые токи силовых тиристоров превышают 1000 А.
Источник
[1]. Авторское свидетельство РФ №2006135, кл. H02J 9/06, H02M 5/14, 1994.