Блоки, получающие энергию от трансформаторов тока и напряжения, принято называть комбинированными блоками питания [1, 2]
Комбинированный блок питания используется на подстанциях с переменным оперативным током для питания:
- схем и цифровых устройств релейной защиты (в нормальных режимах работы сети);
- входных цепей цифрового устройства релейной защиты (при близких КЗ с большими провалами напряжения длительностью до 0,5 с1).
Во всех комбинированных блоках питания для получения энергии от токовых цепей предусмотрены два токовых входа для подключения вторичных цепей трансформаторов тока фаз А и С защищаемого присоединения.
В блоках «Орион-БПК-2», «Орион-БПМ-2» (рис. 1, а) и КБП-301 (рис. 1, б) предусмотрено два входных трансформатора «ток-напряжение», что не требует соблюдения полярности выводов вторичных обмоток трансформаторов тока при подключении их к блоку питания [4, 5].
1 В соответствии с требованиями РД [3] все современные цифровые блоки релейной защиты должны «…сохранять заданные функции без изменения параметров и характеристик срабатывания:
- при перерывах питания длительностью до 0,5 с;…»
а) |
б) |
|
|
Рис. 1 Токовые входы в блоках «Орион-БПК-2» (а) и КБП-301 (б) |
В таких блоках суммирование производится на стороне выпрямлен-ного напряжения, так как каждый из обоих трансформаторов «ток – нап-ряжение» работает на свой двухполупериодный выпрямительный мост, а выходы мостов соединены параллельно.
В блоках, показанных на рис. 2, трансформатор «ток-напряжение» должен быть рассчитан на передачу номинальной выходной мощности (без учёта потерь). Суммирование токов в этих блоках осуществляется на стороне переменного напряжения на сердечнике трансформатора (рис.
2, а), либо на входной обмотке (рис. 2, б).
а) |
б) |
Рис. 2 Токовые входы в блоках БПНТ (а) и БПК (б) |
Для обеспечения надежной работы комбинированных блоков питания с одним входным трансформатором «ток-напряжение» при всех видах коротких замыканий рекомендуется включать токовые входы на разность токов фаз А и С [5]. На рис.2 одноименные зажимы токовых цепей обозначены точкой.
Для снижения нагрузки на трансформаторы тока защищаемого присоединения при нормальном режиме работы в блоках некоторых типов предусмотрено блокирование каналов тока при наличии напряжения на соответствующих входах.
В блоках типа КБП-301 [5, 9] блокирование каналов тока Кт при U> 150 В осуществляется на стороне выпрямленного напряжения специальной схемой блокирования СхБ (рис. 1, б).
При работе схемы блокирования блок потребляет от трансформаторов тока мощность, необходимую для покрытия потерь в сопротивлениях первичной и вторичной обмоток, потерь в железе трансформатора и потерь в схеме Кт. График изменения потребляемой мощности в зависимости от тока во вторичной цепи трансформатора тока приведен на рис. 3
Рис. 3 Зависимость потребляемой мощности |
При изменении входного тока потребляемая блоком мощность изме-няется по линии 1 при работающих и по линии 2 при заблокированных каналах тока.
В блоках серии БПК [7, 8] шунтирование первичной обмотки транс-форматора «ток-напряжение» производится контактом К1 (рис. 4).
Рис. 4 Блокирование канала тока в блоке серии БПК |
Контакт К1 находится в замкнутом состоянии, если значение напря-жения на входе напряжения находится в диапазоне от 0,5 до 1, 2 U ном,
и поэтому блок не потребляет дополнительной мощности от токовых цепей.
Если быть более точным, то потребляется только мощность на покрытие по-терь в сопротивлениях цепей до контакта К1 и в самом контакте.
Необходимо отметить, что включение комбинированных блоков питания приводит к изменению сопротивления во вторичных обмотках трансформаторов тока2.
2О влиянии сопротивления в цепи трансформаторов тока защищаемого присоединения на правильность работы релейной защиты рассказано в статье [10] и в материалах дискуссии, опубликованной на страницах этого
же журнала [11].
В известных комбинированных блоках питания используется несколько вариантов подключения трансформаторов напряжения (измерительных или собственных нужд). Наибольшее распространение получило использование двух входов по напряжению с разделительными (развязывающими на рис. 5, а) трансформаторами. Обратим внимание, что во входных цепях напряжения блоков производства ЗАО «Радиус-Автоматика» по традиции применены тумблеры.
Входные цепи напряжения, показанные на рис. 5, позволяют осуществить несколько вариантов подключения блока к источникам напряжения:
- оба трансформатора подключены к одному и тому же источнику напряжения 100 В;
- оба трансформатора подключены к одному и тому же источнику напряжения 220 В;
- трансформаторы подключены к двум источникам с разным напряжением - 100 В и 220 В;
- трансформаторы подключены к двум разным источникам с Одинаковым напряжением (100 В или 220В).
Мощность каждого из разделительных трансформаторов, показанных на рис. 5, должна быть рассчитана (без учёта потерь) на передачу номинальной мощности блока при отсутствии сигнала на токовых входах.
а) |
б) |
Рис. 5 Входы напряжения в блоках |
В комбинированных блоках питания КБП-301 и БПНТ предусмотрен всего один вход напряжения. В блоке КБП-301 разделительный трансформатор отсутствует и сетевое напряжение (независимо от рода тока) поступает непосредственно на выпрямительный мост (рис. 6, а).
Разделительный трансформатор в блоках БПНТ предназначен для работы с переменным напряжением 100 или 220 В (рис. 6, б).
а) |
б) |
Рис. 6 Входы напряжения блоков КБП-301(а) и БПНТ (б) |
Объединение входов тока и напряжения во всех комбинированных блоках питания производится на стороне выпрямленного напряжения с помощью диодов. В блоке КБП-301 после диодов предусмотрена схема индикации СхИ (рис. 7, а), сигнализирующая о наличии напряжения на выходе блока превышающего 20 В, и обеспечивающая защиту блока от короткого замыкания на выходе.
а) |
б) |
|
|
Рис. 7 Объединение входов тока и напряжения в комбинированных блоках КБП-301 (а) и «Орион – БПМ-2» (б) |
Со вторичных обмоток трансформаторов «ток- напряжение» (рис. 1, а) и трансформаторов напряжения (рис. 5, а) в блоках «Орион» напряжение поступает на диодные выпрямительные мосты, а с них – на вход ограничителя-стабилизатора напряжения (рис. 7,б). Соединенные таким образом выпрямительные мосты выполняют роль максиселектора, обеспечивая питание выхода либо от токового входа, либо от входа напряжения.
Исключения возрастания выходного напряжения сверх 250 В обеспечиватся схемой стабилизатора-ограничителя напряжения. Защита выхода блока «Орион-БПМ-2» от коротких замыканий осуществляется предохранителем. В блоках «Орион-БПК-2» в дополнение к предохранителю предусмотрена также электронная схема, обеспечивающая автоматическую защиту от перегрузок и коротких замыканий на выходе.
О наличии напряжения на выходе блоков сигнализирует светодиод.
Объединение входов тока и напряжения позволяет во всех рассмотренных в данной работе комбинированных блоках питания реализовать быстродействующее АВР за счёт автоматического перехода на источник с максимальным напряжением.
Характеристики комбинированных блоков питания приведены в табл. 1.
Литература
1. Реле защиты. М.: Энергия, 1976. 464 с.
2. Захаров О.Г. Комбинированные блоки питания. Характеристики выходных цепей.//Вести в электроэнергетике.№2, 2009, с. 33
3. РД 34.35.310-97 Общие технические требования к микропроцессор-ным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М.: ОРГРЭС, 1997 (с изменением № 1).
4. Блок питания комбинированный «Орион-БПК»//
5. Комбинированный блок питания КБП-301 //материал размещен на странице
6. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М.:Энергоатомиздат, 1998, 800 с.
7. Блок питания комбинированный БПК 3(4)// материал размещен на странице
8. Источник питания комбинированный. Патент на изобретение №2216844. Приоритет от 26.07.2001 // С.В.Езерский, А.В. Миров, В.И. Потапенко, Ю.А.Алексеев.
9. Источник питания устройств релейной защиты от токовых цепей ком-плектных распределительных устройств. Заявка на полезную модель №2008135414 с приоритетом от 01.09.2008//Потапенко В.И..
10. О. Баглейбтер. Трансформатор тока в сетях релейной защиты. Проти-водействие насыщению ТТ апериодической составляющей тока КЗ// Новости ЭлектроТехники №5 (53), 2008.
11. Трансформатор тока в сетях релейной защиты. Противодействие насыщению ТТ апериодической составляющей тока КЗ. Дискуссия.// Новости ЭлектроТехники №1 (55), 2009, с. 24.
Таблица 1 Характеристики входов комбинированных блоков питания
Характеристика |
«Орион»3 |
КБП-301 |
БПК-3(4) |
Входы токовые: |
|
|
|
- количество входов |
2 |
2 |
2 |
- количество трансформаторов |
2 |
2 |
1 |
- рабочий диапазон токов, А |
от 6,0 до 150,04 |
от 2,5 до 15,0 |
|
- длительный ток, А |
10,0 |
15,0 |
15,0 |
- термическая стойкость, А, в течение: |
|
|
|
- 10 с |
= |
40 |
= |
- 2 с |
100 |
150 |
= |
- 1 с |
150 |
250 |
250 |
- блокирование |
нет |
Uвх>150 В |
Uвх>0,5 U ном |
- работа |
Uвх<120 В |
Uвх<0,5 U ном |
|
Входы напряжения: |
|
|
|
- количество входов |
2 |
1 |
2 |
- количество трансформаторов |
2 |
нет |
2 |
- рабочий диапазон напряжений, В |
= |
88-264 |
(0,6 –1,2) U ном |
- номинальное напряжение U ном, В |
100 или 220 |
= |
100 или 220 |
- максимальное напряжение, В |
= |
264 |
120 или 264 |
- защита |
предохранитель5 |
предохранитель |
= |
Частота, Гц |
50 |
50 |
50 |
Контактные зажимы |
Класс 2 по |
= |
= |
Подключение проводников |
2х2,5 мм2 |
1х2,5 мм2 |
2х2,5 мм2 |
Продолжение табл. 1. Характеристики входов комбинированных блоков питания
Характеристика |
БПНТ |
БПНТ-16 |
БПНТ-2 |
Входы токовые: |
|
|
|
- количество входов |
2 |
2 |
2 |
- количество трансформаторов |
2 |
2 |
2 |
- рабочий диапазон токов, А |
от 4 до 200 |
от 4 (8) до 150 (300) |
от 8 до 150 |
- длительный ток, А |
5,0 |
5,0 (10) |
5,0 |
- термическая стойкость, А, в течение: |
|
|
|
- 10 с |
? |
? |
? |
- 2 с |
? |
? |
? |
- 1 с |
200 |
150 (300) |
150 |
- блокирование |
нет |
нет |
нет |
- работа |
|||
Входы напряжения: |
|
|
|
- количество входов |
1 |
1 |
1 |
- количество трансформаторов |
1 |
1 |
1 |
- рабочий диапазон напряжений, U ном, % |
0,8 – 1,15 |
0,8 – 1,15 |
0,8 – 1,15 |
- номинальное напряжение U ном, В |
220 |
100 или 220 |
100 или 220 |
- максимальное напряжение, U ном, % |
1,15 |
1,15 |
1,15 |
- защита |
? |
? |
? |
Частота, Гц |
50 |
50 |
50 |
Контактные зажимы |
Класс 2 по ГОСТ 10434-82 |
||
Подключение проводников |
2 х 1,5 мм2 или 1х2,5 мм2 |
3 «Орион–БПМ-2» и «Орион-БПК-2»
4 При токе 6А выходная мощность – 20 Вт.
5 В блоке «Орион-БПК-2» применена также электронная схема
6 В скобках приведены значения токов при параллельном включении обмоток трансформатора