Меню

Фильтр токов прямой последовательности

ФИЛЬТРЫ СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКОВ

а) Общие сведения

Наряду с защитами, реагирующими на полный ток фазы, при­меняются устройства релейной защиты, реагирующие на симметрич­ные составляющие прямой I1, обратной I2 и нулевой I0 последо­вательностей.

Для осуществления таких устройств необходимы фильтры, выделяющие симметричные составляющие из токов трехфазной сети [Л. 23, 98].

Фильтры токов симметричных составляющих представляют собой (рис. 3-20, а) специальные схемы, на выходе которых (зажимы mn) получается ток Iф, пропорциональный со­ответствующей симметрич­ной составляющей токов трехфазной сети, питаю­щих фильтр Ф. К выход­ным зажимам фильтра подключается реле Р, реа­гирующее на полученную составляющую.

В зависимости от ис­пользуемых элементов фильтры делятся на ак­тивно-индуктивные, ак­тивно-емкостные, транс­форматорные.

Имеются фильтры про­стые, выделяющие только одну последовательность (прямую, обратную или нулевую), и комбинированные, ток на выходе которых пропорцио­нален двум или всем трем симметричным составляющим токов сети. В общем случае ток на выходе комбинированного фильтра

где k1, k2 и k3 — постоянные коэффициенты фильтра.

В этом параграфе рассматриваются фильтры токов обратной и прямой последовательностей. Комбинированные фильтры и фильтры нулевой последовательности разбираются при описании защит, в которых они используются.

б) Фильтры токов обратной последовательности

Допустим, что фильтр Ф на рис. 3-20, а — есть фильтр обрат­ной последовательности, тогда ток Iф == кI2.

Токи прямой и нулевой последовательностей через такой фильтр не проходят. Это означает, что при подводе токов I1 и I0 к фильтру I2 его выходной ток Iф = 0.

где zф — сопротивление фильтра, измеренное со стороны выход­ных зажимов mn при разомкнутой цепи на входе фильтра; zР — сопротивление реле.

Реле, питающиеся через фильтр обратной последовательности (фильтр-реле), действуют только при несимметричных к. з., когда токи к. з. содержат составляющую обратной последовательности и не реагируют на симметричную нагрузку и трехфазные к. з., поскольку в этих случаях I2 = 0.

Ток небаланса. За счет неточного подбора сопротивле­ний фильтра может появиться ток небаланса Iнб при отсутствии тока I2, который ограничивает чувствительность фильтр-реле. Поэтому Iнб должен сводиться к минимальному значению регу­лировкой сопротивлений. Баланс сопротивлений может нару­шиться при изменении частоты в сети, питающей фильтр, из-за того, что реактивные сопротивления xL, хс зависят от частоты. Это свойство фильтров является их недостатком.

Чувствительность ф и л ь т р а-р е л е зависит от чув­ствительности реле и мощности, отдаваемой фильтром. Каждый источник питания отдает наибольшую мощность приемнику в случае равенства по величине их полных сопротивлений, т. е. при zр = zф. Абсолютный мак­симум отдаваемой мощности имеет место, если при равенстве полных сопро­тивлений источника и приемника их реактивные сопротивления также равны, но имеют противоположные знаки [Л. 23]. Следовательно, для обеспечения максимальной отдачи мощности фильтром необходимо выполнить условие

В качестве реле, питающихся от фильтра, обычно применяются чув­ствительные электромагнитные токовые реле или поляризованные реле по­стоянного тока, которые подключаются к фильтру через выпрямитель.

в) Фильтры токов прямой последовательности

Учитывая, что токи прямой последовательности отличаются от обратной только чередованием фаз, любой фильтр обратной последовательности можно превратить в фильтр прямой последо­вательности, изменив на его зажимах последовательность подво­димых фаз.

Например, если на фильтре, изображенном на рис. 3-21, а, поменять местами фазы В и С, т. е. подключить фазу С к зажиму 2, а фазу В — к зажиму 3, то на выходных зажимах фильтра по­явится напряжение Umn, пропорциональное токам прямой последовательности, а токи обратной последователь­ности не будут давать напряжения на выходе фильтра.

Фильтры токов прямой последовательности в чистом виде используются редко и применяются как правило, в комбинации с другими составляющими ( 1 + k 2, 1 + k 0).

МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА

Источник

ФИЛЬТРЫ СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКОВ

Наряду с РЗ, реагирующими на полный ток фазы, применяются устройства РЗ, реагирующие на симметричные составляющие прямой I1; обратной I2и нулевой I0последовательностей. Для осуществления таких устройств необходимы фильтры, выделяющие симметричные составляющие из токов трехфазной сети.


Фильтры токов симметричных составляющих (рис.3.22, а) представляют собой специальные схемы, на выходе которых (зажимы т п) получается ток Iф, пропорциональный соответствующей симметричной составляющей токов трехфазной сети, питающих фильтр ZI2. К выходным зажимам фильтра подключается реле КА [18].

Имеются фильтры простые, выделяющие только одну последовательность (прямую, обратную или нулевую), и комбинированные, ток на выходе которых пропорционален двум или всем трем симметричным составляющим токов сети. В общем случае ток на выходе комбинированного фильтра

(3.19)

где k1, k2и k3 постоянные коэффициенты фильтра.

Фильтры токов обратной последовательности. Допустим, что фильтр ZI2на рис.3.22, а – фильтр ОП, Iф = kI2. Токи прямой и нулевой последовательностей через такой фильтр не проходят, при подводе токов I1и I0к фильтру I2его выходной ток Iф = 0. Питание фильтра тока ОП может производиться фазными токами (рис.3.22, а) или их разностью: IA IB, IB IC, IC IA(рис. 3.22, б). Разность токов двух фаз не содержит составляющей НП I0, так как при вычитании одного фазного тока из другого нулевые составляющие взаимно компенсируются. Поэтому при питании фильтра I2разностью фазных токов он должен запирать только токи прямой последовательности.

Читайте также:  Нагрев медного проводника током

Рассмотрим трансформаторный фильтр тока ОП (рис.3.23, а). По этой схеме ЧЭАЗ выполняется фильтр типа РТ-2. Фильтр состоит из трансреактора TAV, резистора R и двухобмоточного трансформатора Тo.

Трансреактор TAV имеет две первичные и одну вторичную обмотки. Первичные обмотки включены на ток фаз А и В разноименной полярностью; создаваемый ими магнитный поток пропорционален разности токов IAIB. Он индуцирует во вторичной обмотке трансформатора, включенного на ток фазы А ЭДС, отстающую от потока Фт и тока IAIB на 90° (рис.3.23, б): Ет = ––M (IА – IВ), где М – реактивное сопротивление, обусловленное взаимоиндукцией обмоток
трансреактора, т.е.

(3.20)

Наличие воздушного зазора в магнитопроводе трансреактора обеспечивает линейную зависимость ЭДС от тока IAIB. Значение Хтподбирается равным R/ . По активному сопротивлению R проходит ток IС, создающий напряжение

(3.21)

Выходной контур фильтра т п образуется вторичной обмоткой трансреактора и сопротивлением R. Напряжение на разомкнутых зажимах

.

Выразив URи ЕTчерез токи с помощью (3.20) и (3.21), получим

(3.22)

Чтобы установить влияние каждой последовательности на Umn,определим его значение, пользуясь выражением (3.22) при поочередном питании фильтра токами разных последовательностей.

Токи нулевой последовательности (IАо= IВо = ICо). В фазах А и В IАои IBoвзаимно уничтожаются. Ток ICо, проходящий по R, компенсируется с помощью трансформатора Тo, первичная обмотка которого включена в нулевой провод звезды. Коэффициент трансформации Тo принят равным 1/3, поэтому вторичный ток IТ2 = 1/3IT1 = I0. Как видно из рис.3.23, а, ток IТ2 направлен навстречу току IC,в результате чего IоCкомпенсируется током IТ2. Следовательно, токи НП взаимно компенсируются и не создают напряжения на выходе фильтра.

Токи прямой последовательности (IА1= IВ1 = IC1)создают напряжения Eт и UR, образующие Umnна выходе фильтра по выражению (3.22). Построив на векторной диаграмме (рис.3.23, в) вектор (IAlIb1) и отстающий от него на 90° вектор , получим

Подставив полученное значение в (3.21), найдем

Это означает, что токи прямой последовательности не создают напряжения на выходе фильтра.

Токи обратной последовательности (IА2= IВ2 = IC2).Из диаграммы на рис.3.23, г следует, что вектор совпадает по фазе с вектором IC2 и больше его в раз. С учетом этого . Напряжение UR = IC2R совпадает по фазе с Eт и с ним суммируется. Подставляя полученное значение в (3.22), находим

Поскольку токи прямой и нулевой последовательностей не создают напряжения на выходе фильтра, результирующее напряжение

(3.23)

Для рассмотренного фильтра с учетом (3.23)

(3.24)

где Zф – сопротивление фильтра, измеренное со стороны выходных зажимов т п при разомкнутой цепи на входе фильтра; Z – сопротивление реле. Реле, питающиеся через фильтр ОП (фильтр-реле), действуют только при несимметричных КЗ и не реагируют на симметричную нагрузку и трехфазные КЗ, когда I2= 0.

Ток небаланса. За счет неточного подбора сопротивлений фильтра при отсутствии тока I2 может появиться ток небаланса Iнб, который ограничивает чувствительность фильтра-реле. Поэтому Iнб должен сводиться к минимальному значению регулированием сопротивлений. Баланс сопротивлений может нарушиться при изменении частоты в сети, питающей фильтр, из-за того, что реактивные сопротивления XL, XCзависят от частоты. Это свойство фильтров является их недостатком.

Чувствительность фильтра зависит от чувствительности реле и мощности, отдаваемой фильтром. Каждый источник питания отдает наибольшую мощность приемнику в случае равенства значений их полных сопротивлений, т.е. при Zp = Zф. Следовательно, для обеспечения максимальной отдачи мощности фильтром необходимо выполнить условие

(3.25)

В фильтрах обычно используются чувствительные электромагнитные или поляризованные реле, которые подключаются к фильтру через выпрямитель.

Фильтры токов прямой последовательности. Учитывая, что токи прямой последовательности отличаются от обратной только чередованием фаз, любой фильтр ОП можно превратить в фильтр прямой последовательности, изменив на его зажимах последовательность подводимых фаз. Например, если на фильтре, изображенном на рис.3.22, а, поменять местами фазы В и С, то на выходных зажимах фильтра появится напряжение Umn, пропорциональное токам прямой последовательности, а токи ОП не будут давать напряжения на выходе фильтра. Наряду с фильтрами токов прямой и обратной последовательностей, применяются также комбинированные фильтры

Источник

№45 Фильтры симметричных составляющих.

Фильтрами симметричных составляющих называются технические устройства или схемы, служащие для выделения соответствующих составляющих токов или напряжений из несимметричной трёхфазной системы векторов.

Читайте также:  Техническое средство от поражения электрическим током зануление

Напряжения и токи, выделяемые фильтрами симметричных составляющих, используются на практике в качестве входных величин для релейной защиты энергетических установок (генераторов, трансформаторов, линий электропередачи) от несимметричных режимов, возникающих в результате коротких замыканий, или для соответствующей сигнализации о несимметричном режиме.

На рис. 45.1 представлена схема фильтра напряжения нулевой последовательности. Схема фильтра состоит из 3-х одинаковых трансформаторов с коэффициентом трансформации k=w1/w2. Первичные обмотки трансформаторов включены на фазные напряжения UA, UB, UC по схеме звезды с нулевой точкой, а вторичные – в открытый треугольник.

Напряжение на выходе фильтра равно векторной сумме вторичных напряжений трансформаторов:

Учитывая, что UA0=1/3(UA+UB+UC) получим:

Фильтр напряжений обратной последовательности реализуется схемой рис. 45.2 при следующих соотношениях между параметрами элементов:

Напряжение на отдельных участках схемы с учетом заданных соотношений между параметрами элементов:

Выходное напряжение фильтра:

Преобразуем формулу для напряжения обратной последовательности путем добавления и вычитания члена aUB:

Сравнивая полученное уравнениие с предыдущим, найдем:

Векторная диаграмма напряжений фильтра показана на рис. 45.3а – для симметричной системы напряжений обратной последовательности, и на рис. 45.3б – для симметричной системы напряжений прямой последовательности.

Так как системы прямой и обратной последовательностей отличаются только порядком следования фаз, то из этого следует, что фильтр, выделяющий напряжение одной из этих последовательностей превращается в аналогичный фильтр для выделения напряжений другой последовательности путем перестановки любых двух фаз местами.

Источник



Фильтр тока прямой последовательности на основе однофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем

Фильтр тока прямой последовательности на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем относится к измерительной технике, а точнее к устройствам, предназначенным для выделения симметричных составляющих электрического сигнала, и может быть использовано в составе устройств измерения, защиты и сигнализации трехфазных систем переменного тока. Полезная модель включает в себя три тороидальных сердечника, на которых для каждой из трех фаз расположены четыре первичные обмотки, балластные резистор и индуктивность, причем начало первой обмотки соединено с концом второй обмотки, образуя при этом первый вход устройства, конец первой обмотки с концом третьей обмотки, начало второй обмотки с началом четвертой обмотки, начало третьей обмотки — с балластной индуктивностью, а конец четвертой обмотки — с балластным резистором, другие концы которых образуют при соединении второй вход устройства, а для получения вращающегося магнитного поля в каждой фазе первая, вторая, третья и четвертая первичные обмотки расположены друг относительно друга на тороидальном магнитном сердечнике со сдвигом на 90°, при этом количество витков первой и четвертой обмоток больше в два раза, чем второй и третьей, многофазные вторичные обмотки, для каждой из трех фаз выполненные в виде двух систем обмоток, каждая из которых содержит по три обмотки, расположенные друг относительно друга под углом 120°, а между собой эти системы обмоток геометрически сдвинуты на угол 30° относительно друг друга, причем начало обмотки 15 соединено последовательно с концом обмотки 23, а начало последней соединено с концом обмотки 31 затем аналогично соединенные обмотки каждой из двух систем обмоток объединены в «звезду», а ее концы подключены к входу многофазного выпрямителя, выход которого образует выпрямленный сигнал, пропорциональный току прямой последовательности.

Предполагаемая полезная модель позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении точности работы фильтра за счет применения многофазных вторичных обмоток, а также повысить надежность системы электроснабжения.

Однозвенная формула изобретения, 1 чертежа.

Полезная модель относится к измерительной технике, а точнее к устройствам, предназначенным для выделения симметричных составляющих электрического сигнала, и может быть использовано в составе устройств измерения, защиты и сигнализации трехфазных систем переменного тока.

Известен фильтр симметричных составляющих электрического сигнала (патент 2209441 по кл. МПК G01R 29/16), наиболее близкий к заявляемой полезной модели по своему назначению и достигаемому результату, в котором зажим фазы А контролируемого сигнала подключен к первому входу первого сумматора, зажим фазы В связан через инвертирующий вход первого блока дифференцирования со вторым входом первого сумматора, а через инвертирующий вход первого пропорционального блока — с третьим входом первого сумматора, зажим фазы С связан через неинвертирующий вход второго блока дифференцирования с четвертым входом первого сумматора, а через инвертирующий вход второго пропорционального блока — с пятым входом первого сумматора, выход которого через неинвертирующий вход третьего пропорционального блока связан с первым выходом устройства, дополнительно содержит третий и четвертый блоки дифференцирования, второй и третий сумматоры и четвертый и пятый пропорциональные блоки, причем зажим фазы А дополнительно подключен к первому входу второго сумматора и к первому входу третьего сумматора, зажим фазы В дополнительно подключен ко второму входу второго сумматора, со вторым входом третьего сумматора соединен через неинвертирующий вход третьего блока дифференцирования, а с третьим входом третьего сумматора — через инвертирующий вход первого пропорционального блока, причем выход второго сумматора через неинвертирующий вход четвертого пропорционального блока связан со вторым выходом устройства, зажим фазы С дополнительно подключен к третьему входу второго сумматора, с четвертым входом третьего сумматора соединен через инвертирующий вход четвертого блока дифференцирования, а с пятым входом третьего сумматора — через инвертирующий вход второго пропорционального блока, причем выход третьего сумматора через неинвертирующий вход пятого пропорционального блока связан с третьим выходом устройства.

Читайте также:  Смертельный исход от удара током

Данный фильтр симметричных составляющих электрического сигнала обеспечивает достаточно высокую точность работы, а также быстродействие и выделение полного спектра симметричных составляющих электрического сигнала, являясь близким устройством к предлагаемому фильтру тока прямой последовательности по своему назначению, но сильно отличается по конструктивному исполнению. При этом фильтр симметричных составляющих электрического сигнала построен на основе полупроводниковых элементов, поэтому является более дорогим и менее надежным устройством.

Также известен однофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем (ОТВП) (патент 2333562, по кл. МПК Н01F 30/14), который взят за основу фильтра тока прямой последовательности, содержит четыре первичные обмотки, расположенные на тороидальном сердечнике, балластные резистор и индуктивность, многофазные вторичные обмотки, причем начало первой обмотки соединено с концом второй обмотки, образуя при этом первый вход устройства, конец первой обмотки с концом третьей обмотки, конец второй обмотки с концом четвертой обмотки, конец третьей обмотки — с балластной индуктивностью, а начало четвертой обмотки — с балластным резистором, другие концы которых образуют при соединении второй вход устройства, а для получения вращающегося магнитного поля первая, вторая, третья и четвертая обмотки расположены друг относительно друга на тороидальном магнитном сердечнике со сдвигом на 90° при этом количество витков первой и четвертой обмоток больше в два раза, чем второй и третьей.

ОТВП близок к заявляемому фильтру тока прямой последовательности по наибольшему количеству конструктивных признаков, но не может быть использован в качестве фильтра симметричных составляющих.

Задачей полезной модели является повышение надежности системы электроснабжения.

Указанная задача решается таким образом, что фильтр тока прямой последовательности на основе ОТВП содержит три тороидальных сердечника, на которых для каждой из трех фаз расположены четыре первичные обмотки, балластные резистор и индуктивность, причем начало первой обмотки соединено с концом второй обмотки, образуя при этом первый вход устройства, конец первой обмотки с концом третьей обмотки, конец второй обмотки с концом четвертой обмотки, конец третьей обмотки — с балластной индуктивностью, а начало четвертой обмотки — с балластным резистором, другие концы которых образуют при соединении второй вход устройства, а для получения вращающегося магнитного поля в каждой фазе первая, вторая, третья и четвертая первичные обмотки расположены друг относительно друга на тороидальном магнитном сердечнике со сдвигом на 90°, при этом количество витков первой и четвертой обмоток больше в два раза, чем второй и третьей, многофазные вторичные обмотки, для каждой из трех фаз выполненные в виде двух систем обмоток, каждая из которых содержит по три обмотки, расположенные друг относительно друга под углом 120°, а между собой эти системы обмоток геометрически сдвинуты на угол 30° относительно друг друга, причем начало обмотки 15 соединено последовательно с концом обмотки 23, а начало последней соединено с концом обмотки 31, затем аналогично соединенные обмотки каждой из двух систем обмоток объединены в «звезду», а ее концы подключены к входу многофазного выпрямителя, выход которого образует выпрямленный сигнал, пропорциональный току прямой последовательности.

Техническим результатом является повышение точности срабатывания релейной защиты и противоаварийной автоматики в несимметричных аварийных режимах за счет упрощения конструкции фильтра и применения многофазных вторичных обмоток.

Действие устройства основано на использовании метода симметричных составляющих. Пусть на вход фильтра подается система токов обратной последовательности, которая первичными обмотками каждого ОТВП формирует соответствующие магнитодвижущие силы (МДС), образующие вращающиеся магнитные поля:

где Fm — амплитудное значения МДС фаз А, В, С;

— угловая частота сигнала, =2 f;

f — частота сигнала.

Во вторичных обмотках каждого ОТВП, исходя из их пространственного расположения, наводятся соответствующие напряжения, имеющие следующие фазовые сдвиги:

Источник

Adblock
detector