Занятие № 2 “защита энергосистем постоянного тока от перенапряжения”

Содержание:

1. Автоматы защиты одиночно работающих генераторов

2. Автоматы защиты параллельно работающих генераторов

Литература:

1. А.А. Лебедев “Автоматическое и электрическое оборудование летательных аппаратов”, стр. 155-159.

2. М.М. Красношапка “Электроснабжение летательных аппаратов”, стр, 227-253.

1. Автоматы защиты одиночно работающих генераторов

При обрыве цепи основной обмотки электромагнита или спекании шайб угольного столба регулятора напряжения возникает режим перевозбуждения генератора, который в общем случае ведет к повышению напряжения /перевозбуждению/ на клеммах генератора и в сети.

Перенапряжением принято называть увеличение напряжения, превышающие допустимое значение. Состоянию перенапряжения соответствует соотношение: U=U_г -U_н

U - допустимое отклонение напряжения от номинального значения в сторону увеличения.

В современных системах постоянного тока U(0.02-0.1)U_н

В случаях перевозбуждения напряжение генератора может достигать (2-3)U_н, что является опасным как для самого генератора, так и для потребителей электрической энергии.

В связи с этим генераторы должны быть оборудованны специальной защитой от перевозбуждения /перенапряжения/. В настоящее время широкое применение находят АЗП следующих типов: АЗП-1М, АЗП-1МА, АЗПС-1, АЗП-8М, АЗП-4А.

Автоматы защиты АЗП-1М, АЗП-1МА, АЗПС-1 используются с одиночно работающими стартергенераторами.

Автоматы защиты АЗП-8М и АЗП-4А предназначены для защиты сети в системе параллельной работы генераторов. При этом каждый генератор работает совместно с регулятором напряжения, ДМР и АЗП.

A. Основные элементы и принцип работы автоматов защиты типа АЗП-1 и его модификацией рассмотрим на примере АЗП-1МА.

Принцип работы автомата основан на измерении напряжения на обмотке возбуждения генератора. При повышении напряжения выше заданной величины (U_овг25.5-28.5 В; U_г32 В) подается сигнал на отключение генератора от нагрузки и его развозбуждение.

Основными элементами схемы АЗП-1МА являются:

Р₁- реле напряжения с выдержкой времени типа РЗД-М (воздушный демпфер);

К- контактор типа КНК-М - исполнительный элемент. Он управляет цепями обмотки возбуждения генератора, сигнализации работы защиты и включения генератора в сеть через ДМР.

Р₃- промежуточное реле служит для более четкой работы защиты.

Р₂- защитное реле исключает срабатывание АЗП-1МА во время запуска АД по системе 24.4 В

- резистора R₅ - исключает возможность перемагничивания генератора при размыкании контактов КНК-М в цепи обмотки возбуждения генератора.

Резисторы R₂,R₁ служат для настройки напряжения срабатывания реле РЗД-1М.

Резисторы R₃,R₄ исключают перегорание сигнальной лампы при возникновении перенапряжения.

Защита от перенапряжения действует следующим образом:

если генератор работает нормально, контакты контактора в цепи обмотки возбуждения и обмотки включающего реле в ДМР, замкнуты, а в цепи лампы сигнализации разомкнуты. При перевозбуждении генератора срабатывает РЗД-М и своими контактами подаст питание на обмотку промежуточного реле, которое в свою очередь обеспечит питанием обмотку контактора. Контактор срабатывает и одной парой контактов отключит ДМР, а второй парой - цепь обмотки возбуждения.

При запуске двигателя подается питание через автомат времени запуска АВ-744-5 на обмотку защитного реле, которое одной парой контактов разрывает цепь питания обмотки, включающего реле в ДМР. Таким образом, во время запуска АЗП-1МА на увеличение напряжения не реагирует.

АЗП-8М отличается от АЗП-1МА в основном, назначением реле Р₃, которое в АЗП-8М управляет цепью уравнительных обмоток регулятора.

Б. АВТОМАТ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ АЗПС-1

АЗПС работает с ГСР-СТ-18/70, РУГ-83 и ДМР-400. Он включает в себя собственно АЗПС-1 и коробку контактора гашения поля К-КГП.

При перенапряжениях АЗПС-1 срабатывает с выдержкой времени, зависящей от величины перенапряжения и выдает сигнал на КГП-1, который своими контактами разрывает цепь возбуждения генератора и стопорится в таком положении механической защелкой.

Для последующей работы необходимо возвратить КГП-1 в исходное положение.

В схеме АЗПС-1 могут быть выделены следующие узлы:

- измерительный орган;

- устройство выдержки времени;

- исполнительный орган.

Измерительный орган представляет собой нелинейный мост. Питающей диагональю мост через дроссель ДР-1 включен на напряжение генератора. В измерительную диагональ моста включено высокочувствительное поляризованное реле Р₁ типа РПС-1815. Три плеча образованы резисторами R₁,R₂. Четвертое плечо моста образовано стабилитроном V₁ и является опорным. Резистор R₂ определяет рабочий ток стабилитрона. Резистор R₃ обеспечивает токовую подгрузку диода V₂ при напряжении, близком к напряжению трогания, и тем самым обеспечивает стабильность опорного напряжения моста, которое равно разности напряжения стабилитрона и прямого падения напряжения на диоде V₂.

При больших перенапряжениях диод V₂ находится под обратным напряжением. Резистор R₃ оказывается включенным последовательно с обмоткой реле Р₁ и тем самым ограничивает ток.

Измерительный орган работает следующим образом.

При номинальном напряжении генератора мост сбалансирован. При отклонении напряжения потенциал движка резистора R₁ становится выше (напряжение на втором конце обмотки реле Р₁ стабилизировано V₁) и по обмотке реле Р₁ потечет ток. Реле срабатывает и подаст напряжение на устройство выдержки времени.

Устройство выдержки времени выполнено на конденсаторе, резисторах и кремниевых стабилитронах. Выходным элементом устройства является реле Р₂ типа РПС-1815 и усилительное реле Р₃, через контакты которого подается питание на обмотку КГП-1. Безинерционная часть устройства выдержки времени состоит из резисторов R₄,R₅ и стабилитрона V₃.

Инерционная часть состоит из резистора R₆, конденсатора C₃ и стабилитрона V₄.

После срабатывания Р₁ заряжается C₃ через R₄ и ускоряющую цепочку (V₃R₅), позволяющую получить заранее заданное минимальное время выдержки. При малых пере напряжениях токи заряда конденсатора через ускоряющую цепочку малы и конденсатор в основном заряжается через резистор R₄. При увеличении напряжения ток через стабилитрон ускоряющей цепочки возрастает и время заряда сокращается. После достижения некоторой величины напряжения, когда стабилитрон ускоряющей цепочки начинает пробиваться, заряд конденсатора устройства выдержки времени происходит в основном через резистор малой величины R₅ ускоряющей цепочки.

Когда напряжение на конденсаторе C₃ достигает напряжения пробоя стабилитрона V₄, срабатывает реле Р₂, которое через усилительное реле Р₃ подает сигнал на срабатывание КГП-1. Таким образом, время выдержки при перенапряжении определяется временем зарядки конденсатора C до напряжения пробоя стабилитрона V₄ и зависит от постоянной времени цепи зарядки конденсатора и величины напряжения пробоя стабилитрона. Сопротивление R₆ служит для разряда конденсатора C₃, когда устройство выдержки времени отключается от генератора. Величина сопротивления этого резистора выбирается такой, чтобы не было накапливания /интегрирования/ напряжения на C₃ от кратковременных /коммутационных/ перенапряжений на генераторе и, следовательно чтобы не было ложного срабатывания АЗПС-1. Для улучшения работы реле Р₃ при вибрациях служат R₈ и C₄.

Взвод АЗПС - нажатием Кн взвода на земле. В результате чего Р₆ замкнет контакты.

В. БЛОК ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ БЗП-1

(из схемы БРЗ-1)

Защитные функции блока БЗП-1 проявляются при напряжении в точке регулирования более 30.5с0.5 В. Если напряжение ниже этого уровня , блок не выдает никакого сигнала.

Блок БЗП-1 не реагирует на кратковременные перенапряжения, вызванные коммутацией в сети, для чего в его схеме имеется выдержка времени, выполненная с обратно-зависимой вольт-секундной характеристикой .

При U_c = 32.0 В выдержка времени 0,75-0,95 с ;

При U_c = 40.0 В  t= 0,30-0,50 c ;

При U_c = 80.0 В  t= 0,050 c .

Повторное включение производится нажатием кнопки КН (кнопка возврата).

Принцип работы БЗП-1

Схема блока БЗП-1 состоит из следующих функциональных узлов:

- определение уровня напряжения ( СтV₁, R₁ , R₂, R₃, T₁, T₂) ;

- выдержка времени ( C₄,T₃) ;

- расширения импульсов ( T₄,T₅) ;

- предварительного усилителя мощности ( T₆,T₇) ;

- выходного каскада ( T₈,V₂).

После определения наличия перенапряжения, подключается узел выдержки времени. Если длительность перенапряжения больше выдержки времени, соответствующей данному уровню напряжения, узел подает кратковременный импульс тока.

Для воздействия на последующие узлы, импульс расширяется по времени. затем усиливается предварительным и выходными каскадами усиления и через выходной транзистор воздействует на обмотку электромагнитного выключателя ВЭМ-25М. При этом генератор развозбуждается.

Работа БЗП-1 по электросхеме

При нормальной работе генератора транзистор Т₁ закрыт. Триггер Шмидта, собранный на транзисторы Т₁, Т₂ не перебрасывается. порог срабатывания определяется измерительной цепью (СтV₁, R₁) при настройке.

При перенапряжении выше порога срабатывания триггера откроется Т₁; транзистор Т₂ закрывается, потенциал его коллектора резко возрастает. Тогда заряжается конденсатор С₄ ( время заряда обратно зависит от величины подводимого из Б.С. напряжения). Когда величина напряжения на С₄ достигнет некоторой величины ( зависит от параметров полевого транзистора Т₃ ), транзистор Т₃ скачком изменит свою рабочую точку ( переходит в зону повышенной проводимости цепи Э-Б1). Тогда с конденсатора С₄ через переход

Э-Б1 Т₃ подается импульс, запускающий расширитель импульсов (ждущий мультивибратор Т₄, Т₅). Длительность выходного импульса расширителя импульсов определяется временем заряда конденсатора С₅ схемы мультивибратора. Расширенный импульс длительностью 500 мс усиливается двухкаскадным усилителем Т₆, Т₇ и подается на выходной транзистор Т₈, коллектор которого подсоединен в минусовую цепь отключающей обмотки ВЭМ- 25А. При открытии Т₈, ВЭМ-25А срабатывает, разрывая цепь обмотки возбуждения генератора.