5.6. НЕКОТОРЫЕ СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

При выборе схем подключения ограничительных устройств ставится цель получения близких к оптимальным характеристик системы в целом и рационального использования отдельных элементов. Имеет значение не только выбор принципиальных схем, но и способ монтажа, поскольку индуктивности монтажных соединений могут играть существенную роль.

На рис. 5.49 приведена схема подключения устройств ограничения перенапряжений. Преобразовательная установка питается от сети переменного напряжения через реакторы Р, ограничивающие ток короткого замыкания, и выключатель . Для защиты от сетевых перенапряжений установлены варисторы (или разрядники), соединенные в звезду с заземленной нулевой точкой. Вентильный блок преобразовательной установки, содержащий тиристоры , присоединен к вторичной обмотке силового трансформатора СТ и через сглаживающий реактор RC и автоматический выключатель к стороне постоянного напряжения. Для ограничения сетевых и схемных перенапряжений служат конденсаторы , подключенные через резисторы к вторичной обмотке силового трансформатора СТ.

Рис. 5.49. Схема подключения ограничительных устройств

Для ограничения перенапряжений, поступающих со стороны постоянного напряжения и возникающих при срабатывании автоматического выключателя , установлен конденсатор С7, присоединенный через резистор к выходу вентильного блока и разряжающийся через резистор . Коммутационные перенапряжения, возникающие при работе тиристоров , ограничиваются контурами , подключаемыми параллельно каждому тиристору.

Как уже указывалось, расчет параметров ограничительных устройств начинается с определения значений RС-контуров, ограничивающих коммутационные перенапряжения. Если вместо тиристоров имеются группы СПП (диодов и тиристоров), производится расчет исходя из общих данных СПП всей группы, после чего полученные значения распределяются по отдельным СПП.

При непосредственном параллельном соединении СПП (рис. 5.50) допустимо использовать общую RС-цепь для всей группы. Следует иметь в виду, что из-за индуктивности токоподводов на СПП, удаленных от места подключения ограничительного контура, возникает дополнительное напряжение 100—300 В. Соответственно необходимо применить СПП более высокого класса по напряжению.

При использовании параллельного соединения СПП с индуктивными делителями тока (рис. 5.51) необходимо подключить отдельный -контур к каждому СПП.

Для ограничения начального скачка тока при включении тиристора, например при параллельном соединении тиристоров без делителей тока, применяют схемы контуров, показанные на рис. 5.52.

Рис. 5.50. Подключение RС-контуров к группе параллельно соединенных СПП

Рис. 5.51. Подключение индивидуальных RС-контуров к СПП, соединенным параллельно, через индуктивные делители тока

При схеме рис. 5.52, а, б ограничивается скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре, при схеме рис. 5.52, в — скорость нарастания прямого и обратного напряжений. В указанных схемах разрядный ток конденсатора С либо ограничивается сопротивлением R (рис. 5.52, а), либо проходит через шунтирующую цепь (рис. 5.52, б и в). В качестве диодов должны использоваться быстродействующие диоды типа ДЧ.

При последовательном соединении диодов параллельно каждому диоду подключают RС-контур и шунтирующее сопротивление , рассчитанные согласно (5.33), (5.36) и (5.37).

Рис. 5.52. Схемы выполнения RС-контуров с ограничением тока разряда конденсатора

Рис. 5.53. Схемы делителей напряжения для последовательно включенных СПП

Использование лавинных диодов позволяет исключить сопротивления , но в случае высоковольтных столбов необходимость в RC-контурах сохраняется.

Для деления напряжения в случае мощных диодов целесообразно применять отдельную цепь из лавинных диодов, разгруженную от силового тока. Для этой цели вводят дополнительные сопротивления . Такая система применима и для группового последовательно-параллельного соединения диодов с выравнивающими сопротивлениями (см. рис. 5.48, в).

В случае последовательного соединения тиристоров применима схема рис. 5.53, а, с простыми -контурами и -контурами по схемам рис. . Следует иметь в виду, что при опережающем отпирании одного из тиристоров образуется побочная цепь через демпфирующие контуры невключившихся тиристоров. Невключившийся тиристор шунтируется контуром (анод — — катод VS), вследствие чего всплеск тока силовой цепи через включившийся первым тиристор не ограничивается.

Схема рис. 5.53, в также может быть применена в случае тиристоров, соединенных последовательно, но здесь необходимо подключать симметричные лавинные стабилитроны или устанавливать на каждом месте два встречно-последовательно соединенных лавинных диода.

Необходимо отметить, что лавинные приборы способны рассеивать лишь ограниченную мощность при протекании обратного тока. Энергия, рассеиваемая при протекании единичного импульса обратного тока, не превышает 1 Дж.

Лавинные приборы не рассчитаны на ограничение схемных и сетевых перенапряжений, несущих значительную энергию.

Рис. 5.54. Схемы RС-контуров для ограничения сетевых и схемных перенапряжений

Рис. 5.55. Подключение к тиристорам регулятора переменного напряжения

Они способны только ограничивать коммутационные всплески напряжения, возникающие на СПП в последовательном соединении вследствие статистического разброса их характеристик. Поэтому суммарное напряжение лавинообразования СПП в ветви должно в раза превышать то напряжение, которое может периодически или эпизодически прикладываться к данной ветви.

Для ограничения перенапряжений с большой энергией используют варисторы, например на основе . Но при каждом пробое варистора имеет место необратимая деградация части структуры. Следовательно, варисторы можно использовать только для ограничения эпизодических перенапряжений. Если к ним будут приложены перенапряжения периодические, например с частотой 50 Гц, рабочий ресурс варисторов будет исчерпан в короткое время.

На схеме рис. 5.49 варисторы , соединенные в звезду с заземленной нулевой точкой, подключены параллельно первичной обмотке силового трансформатора СТ. Варистор может быть также включен на стороне постоянного напряжения параллельно контуру для уменьшения емкостей конденсаторов этого контура.

Контуры для ограничения схемных и сетевых перенапряжений, содержащие (см. рис. 5.49), предпочтительно выполнять по схеме звезды с заземленной или соединенной на массу нулевой точкой. Для уменьшения потерь энергии от протекания переменного тока сетевой частоты через конденсаторы и сопротивления эти контуры можно выполнять по схеме рис. 5.54.

Разрядное сопротивление должно обеспечивать достаточно быстрый разряд конденсатора после поглощения перенапряжения.

Схема подключения RС-контуров для тиристорного регулятора переменного напряжения показана на рис. 5.55.

В заключение отметим, что:

1) подключение -контуров позволяет ограничить заданным уровнем схемные и коммутационные перенапряжения, а также скорость нарастания восстанавливающегося напряжения;

2) поскольку силовые СПП могут быть выбраны на более высокое напряжение, но они могут быть повреждены при большой скорости нарастания восстанавливающегося напряжения, то для силовых СПП целесообразно применять колебательный режим демпфирования;

3) быстродействующие СПП имеют ограничение по значению запираемого напряжения, но они малочувствительны к скорости нарастания восстанавливающегося напряжения. Поэтому здесь можно использовать апериодические режимы демпфирования;

4) учет влияния спадающего обратного тока хотя и осложняет расчеты, но позволяет получить более близкие к реальным значения скорости нарастания восстанавливающегося обратного напряжения. Поэтому почти во всех случаях учет влияния спада обратного тока необходим;

5) в схемах преобразовательных установок существуют связи, обусловливающие взаимное влияние напряжений, возникающих на СПП при коммутациях. Это влияние максимально, например, при углах регулирования 90 и . град, что необходимо учитывать при расчетах;

6) при проектировании преобразовательных установок целесообразно рассматривать полную схему замещения, включающую частичные емкости и распределенные индуктивности элементов схемы и монтажа. Эго позволяет получить эффективное ограничение воздействий, особенно в диапазоне высокочастотных гармоник, за счет выбора схемы демпфирования и рационального размещения СПП;

7) уровень потерь, выделяющихся в структуре СПП при выключении, может быть снижен за счет отведения части энергии в демпфирующие контуры. Но при этом в случае простой схемы возрастут потери включения тиристора и общие потери в вентильном блоке. Поэтому в ряде случаев целесообразно применять более сложные схемы демпфирования с ограничением тока включения тиристора и с рекуперацией энергии, когда такие усложнения дают практический эффект;

8) равномерное распределение тока по параллельно работающим СПП достигается применением индуктивных делителей тока или подбором прямых ВАХ, а также использованием быстродействующих предохранителей с калиброванными по сопротивлению вставками;

9) при последовательном соединении СПП используют индивидуальные RC-контуры с определенным образом рассчитанными параметрами вместе с линейными реакторами, вводимыми в цепь тока ветви СПП. При этом учитывают статический и квазистатический режимы, динамический режим включения и динамический режим выключения СПП;

10) схему группового соединения СПП выбирают с учетом конкретных требований и условий работы преобразовательной установки. При параллельно-последовательном соединении каждая сборка может иметь однопотенциальный теплоотвод и общий для сборки демпфирующий контур. При последовательно-параллельном соединении требуются изолированные теплоотводы и индивидуальные демпфирующие контуры, но не требуется подбор СПП по прямым ВАХ и надежность выше. При последовательно-параллельном соединении отпадает необходимость в индивидуальных демпфирующих контурах, но снижается надежность;

11) схемы подключения демпфирующих контуров изменяются в зависимости от схем соединения СПП. Целесообразно разделение демпфирующих контуров, ограничивающих перенапряжения, возникающие при коммутации СПП (вместе с лавинными СПП), и демпфирующих контуров, ограничивающих сетевые перенапряжения (вместе с варисторами и разрядниками). Для защиты СПП в преобразовательной установке от перенапряжений относительно земли целесообразно соединять RC-контуры в звезду с заземленной нейтралью. В целях уменьшения потерь энергии можно использовать схему с подключением к сети переменного напряжения R С-контура через диодный выпрямитель (резисторы R должны быть безындуктивными);

12) для обеспечения надежной работы выбранных по техническим требованиям СПП необходимо ограничивать дополнительные воздействия. Как было показано, проведение мероприятий по ограничению какого-либо одного вида воздействия может вследствие изменения других факторов неблагоприятно отразиться на условиях работы СПП и характеристиках преобразовательной установки. В большинстве случаев здесь необходимо искать компромиссное решение, при этом полезно разделение функций ограничительных устройств, например применять одни отдельные ограничительные устройства для снижения сетевых перенапряжений и другие для защиты СПП. Необходимо также учитывать динамические характеристики коммутационной аппаратуры.

При групповом соединении СПП для нормализации воздействий применяют наряду с соответствующими устройствами подбор СПП по характеристикам согласно приведенным рекомендациям.