Zespoły prostownikowe do podstacji trakcyjnych
Prostownik półprzewodnikowy, w zależności od przyjętego układu prostownika i układu sprzęgającego transformator mocy, może być włączony w obwód mostkowy lub neutralny.
Zespoły prostownikowe do podstacji trakcyjnych miejskiego transportu elektrycznego VAK-1000/600-N, VAK-2000/600-N i VAK-3000/600-N. Oznaczenia typów urządzeń są odczytywane w następujący sposób: prostownik z krzemowym prostownikiem zaworowym, na znamionowy prąd wyprostowany 1000, 2000 lub 3000 A, znamionowe napięcie wyprostowane 600 V, pracujący zgodnie z obwodem zerowym.
Jednostka składa się z transformatora mocy, prostownika, szafy sterowniczej, szaf ochronnych lub paneli oraz szybkiego przełącznika katodowego.
Prostowniki według typów prostowników oznaczane są jako BVK-1000/600-N, BVK-2000/600-N i BVK-3000/600-N, co oznacza: prostownik krzemowy na znamionowy prąd wyprostowany 1000, 2000 lub 3000 A, nominalnie wyprostowany napięcie 600 V pracujące na obwodzie neutralnym.
Każda faza lub ramię prostownika składa się z zaworów połączonych równolegle i szeregowo.
Połączenie równoległe zaworów stosuje się, gdy prąd znamionowy fazy lub odnogi przekracza prąd znamionowy poszczególnych zaworów.
Szeregowe połączenie zaworów służy do zapewnienia wytrzymałości dielektrycznej fazy lub ramienia w nieprzewodzącej części okresu, w którym do fazy przykładane jest napięcie wsteczne.
Liczbę zaworów połączonych równolegle w fazie lub odnodze n1 określa się na podstawie tego, że prąd fazy lub odnogi Ia prostownika musi być mniejszy niż sumaryczny prąd znamionowy zaworów połączonych równolegle
gdzie Ki — przyjęty współczynnik bezpieczeństwa prądu równy 1,35-1,8.
Gdy zawory są połączone równolegle, prąd między nimi rozkłada się nierównomiernie, co prowadzi do przegrzania i szybszej awarii zaworów wysokoprądowych oraz niepełnego wykorzystania zaworów prądowych. Nierównomierny rozkład prądu między zaworami połączonymi równolegle wynika z faktu, że zawory w praktyce różnią się nieco od siebie w swoich bezpośrednich gałęziach charakterystyk prądowo-napięciowych i rezystancji termicznych.
Do wyrównania prądu między zaworami połączonymi równolegle można zastosować rezystancje omowe połączone szeregowo z zaworami lub indukcyjne dzielniki prądu.
Ryż. 1. Schemat indukcyjnego dzielnika prądu dla dwóch zaworów połączonych równolegle: If — prąd fazowy, I2v, I1v — prąd zaworu
Ryż. 2. Schemat indukcyjnego dzielnika prądu dla trzech zaworów połączonych równolegle
Rezystancje omowe połączone szeregowo z zaworami są rzadko stosowane ze względu na pojawienie się dodatkowych strat i spadek sprawności prostownika.
W instalacjach dużej mocy stosuje się zwykle indukcyjne dzielniki prądu.
na ryc.1 przedstawia schemat indukcyjnego dzielnika prądu dla dwóch zaworów połączonych równolegle. Separator składa się ze stalowego rdzenia, na którym nawinięte są dwie identyczne cewki, połączone w taki sposób, że generowane przez nie strumienie magnetyczne mają przeciwny kierunek.
Przy nierówności prądów w gałęziach równoległych, w rdzeniu pojawia się wynikający z tego strumień magnetyczny, który przy mniejszym prądzie powoduje dodatkowy spadek napięcia w uzwojeniu, co powoduje wyrównanie prądu w uzwojeniach i zaworach połączonych równolegle. Niewielka ilość e jest wymagana do wyrównania prądu w zaworach równoległych. więc uzwojenia dzielnika składają się z niewielkiej liczby zwojów.
na ryc. 2 przedstawia schemat indukcyjnego dzielnika prądu dla trzech zaworów połączonych równolegle. Rozdzielacz składa się z trzyprętowego rdzenia magnetycznego z dwiema cewkami na każdym pasku. Każdy z połączonych równolegle zaworów jest podłączony do fazy przez dwie połączone szeregowo cewki umieszczone na różnych prętach. Gdy prąd wzrasta w jednej równoległej gałęzi, indukowane jest dodatkowe e. itp. v. w pozostałych dwóch gałęziach, wyrównując w ten sposób prąd w uzwojeniach rozdzielacza i zaworów.
Rozgałęźniki realizowane są w ten sam sposób z większą liczbą bramek połączonych równolegle. Liczba zaworów połączonych szeregowo w każdej odnodze lub fazie jest tak dobrana, aby całkowite znamionowe napięcie wsteczne wszystkich zaworów połączonych szeregowo było większe niż maksymalne napięcie wsteczne przyłożone do ramienia lub fazy z wybranym obwodem korekcji (mostek lub zero)
gdzie Σrev.vent jest sumą nominalnych zaworów połączonych szeregowo w układzie rewersyjnym, max jest maksymalnym napięciem rewersyjnym na fazę lub ramię dla danego obwodu prostownika, Ki jest napięciowym współczynnikiem bezpieczeństwa przyjętym jako równy 1,45-1,8.
Stąd liczba bramek połączonych szeregowo n2 będzie
Liczba zaworów lawinowych połączonych szeregowo jest równa
W celu zapewnienia równomiernego rozkładu napięcia wstecznego między zaworami połączonymi szeregowo, równolegle do zaworów, które służą jako dzielnik napięcia, połączony jest łańcuch połączonych szeregowo rezystorów bocznikowych RШ o równych rezystancjach. Wartość rezystancji rezystorów bocznikujących RŘ dobiera się w zależności od klasy i ilości zaworów połączonych szeregowo w zakresie 1,5-5 kΩ.
Nierównomierność rozkładu prądu wzdłuż gałęzi równoległych fazy lub ramienia nie powinna przekraczać ± 5% średniego prądu mierzonego w gałęzi równoległej, a przy prądzie obciążenia powyżej 100% trybu znamionowego prąd zwarciowy powinien nie przekraczać ± 10%. Nierównomierny rozkład napięć wstecznych w zaworach nie powinien przekraczać ± 10% średniego roboczego napięcia wstecznego przyłożonego do zaworu.
na ryc. 3 przedstawia schemat połączeń jednej fazy zespołu prostownika BVK-1000/600-N.
Prostowniki BVK z zaworami przeciwlawinowymi są fabrycznie budowane z szafkami chroniącymi przed przepięciami prądu przemiennego i usuniętymi bokami pod napięciem.
Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe po stronie AC tych prostowników składa się z kondensatorów C1 i rezystorów R1 połączonych w gwiazdę lub trójkąt, które są podłączone do faz uzwojenia wtórnego transformatora (rys. 4).
Ryż. 3.Schemat podłączenia jednej fazy BBK-1000/600-N
Ryż. 4. Schemat bloku prostownika VAK z ochroną przeciwprzepięciową
W tym zabezpieczeniu zastosowano kondensatory KM-2-3,15 o pojemności 7,5-8 mikrofaradów, rezystory PE-150 o mocy 150 W i rezystancji 5 omów oraz bezpieczniki PK-3 z bezpiecznikiem 7,5 ampera.
Zabezpieczenie przed przepięciami łączeniowymi po stronie prądu wyprostowanego zapewniają dwa połączone równolegle kondensatory C2 IM-5-150 o pojemności 150 mikrofaradów. Połączono z nimi szeregowo dwa rezystory R2 o oporze 5 omów. Kondensatory z opornikami łączy się między biegunem dodatnim i ujemnym zespołu prostownika za pomocą bezpiecznika PK-3 z bezpiecznikiem 50 A.
Ryż. 5. Obwód przeciwprzepięciowy po stronie uzwojenia transformatora i prąd wyprostowany
Przepięcie w szynach zbiorczych rozdzielnicy prądu stałego, gdy szybki wyłącznik odłącza prądy zwarciowe na linii, nie przekracza 2 kV, tj. nie przekracza wytrzymałości dielektrycznej obwodu szeregowego zaworów. Ale na zawory mogą wpływać przepięcia wynikające z dodania przepięć, gdy prądy zwarciowe w linii są wyłączane przez szybkie przełączniki z przepięciami od prądów przełączających w samych zaworach.
W celu zabezpieczenia prostowników półprzewodnikowych przed przepięciami zaleca się stosowanie obwodu z ogranicznikami i kondensatorami (rys. 5). Ograniczniki RV1-00 są montowane po stronie zaworowej transformatora, w tym po jednym między każdą fazą a zaciskiem neutralnym lub ujemnym transformatora.Ze względu na to, że ograniczniki wyzwalane są na czas od 2 do 20 μs, a przepięcia pojawiają się w ułamkach mikrosekundy, konieczne jest zainstalowanie równolegle z ogranicznikami pojemności 0,5 μF. Pojemności są podłączone do cewek zaworów poprzez bezpieczniki PK-3.
Po stronie prądu wyprostowanego między biegunami dodatnim i ujemnym zawory lawinowe są włączane przy całkowitym napięciu lawinowym 900 — 1000 V. Zawory są podłączone do szyny dodatniej za pomocą bezpieczników PC-3. Konstrukcyjnie to zabezpieczenie to panel getinax z bezpiecznikiem, dwa zawory lawinowe VL-200 i dwa zamontowane rezystory. Panel montowany jest w klatce z wyłącznikiem katodowym. na ryc. 6 jest zwymiarowanym widokiem panelu ochrony przeciwprzepięciowej po stronie prądu wyprostowanego.
W celu ochrony przed przepięciami atmosferycznymi zaleca się montaż listew zaciskowych na biegunie dodatnim (zarówno torowym, jak i ujemnym) linii napowietrznej.
Ze względu na fakt, że zawory lawinowe mogą krótko przepuszczać znaczne prądy w przeciwnym kierunku, połączone równolegle z zaworami, obwody RШ i R — C nie mogą być instalowane. Dlatego bloki prostownikowe BVKL nie mają obwodów R — C, co upraszcza schemat blokowy. Jednak dla zapewnienia prawidłowej pracy, w blokach prostownikowych z zaworami lawinowymi zachowano również układ kontroli stanu zaworów obwodu RSh.
Ryż. 6. Panel ochrony przeciwprzepięciowej po stronie prądu wyprostowanego: a — widok z przodu, b — widok z góry, 1 — rezystory, 2 — zawory lawinowe, 3 — bezpiecznik PK -3
Kontrola stanu zaworów odbywa się poprzez podanie przekaźników (mieszaczy) podłączonych do punktów środkowych równoległych gałęzi zaworów każdej fazy lub ramienia, które mają ten sam potencjał (lub bardzo małą różnicę potencjałów wynikającą z różnic w charakterystyce zaworów).
W przypadku awarii zaworu w którymkolwiek ramieniu gałęzi zaworu równoległego, na skutek zmiany rezystancji tego ramienia, powstaje różnica potencjałów pomiędzy punktami połączeń blenderów, która jest wystarczająca do pracy blendera i zamknięcia Łączność.
Styk miksera zamyka obwód każdego uzwojenia wtórnego transformatora sygnałowego TC, powodując w ten sposób zmianę strumienia magnetycznego w obwodzie magnetycznym i uruchamiając przekaźnik zabezpieczający, który z kolei zamyka obwód na sygnał lub wyzwala prostownik. Transformator sygnałowy jednocześnie izoluje styki gaśnicy od obwodów 220 V.
Panel szafy sterowniczej obok blenderów pokazuje numery faz i obwodów równoległych, pomiędzy którymi podłączone są blendery. Opuszczona flaga na wygaszaczu wskazuje obwód, w którym należy szukać usterek.
Prostowniki wykonane są w postaci ramowych szafek metalowych z podwójnymi drzwiami, drzwiami przednimi i tylnymi oraz zdejmowanymi ścianami bocznymi. Wewnątrz szafek zamontowane są wyjmowane panele z materiału izolacyjnego, na których mocowane są zawory z chłodnicami. Zawory jednego obwodu szeregowego są przymocowane do każdego panelu.
W celu zapewnienia większej wytrzymałości dielektrycznej zespołu prostownika, zmniejszenia możliwości nakładania się zaworów lub ich chłodnic powietrza, panele zaworów w szafce są umieszczone w taki sposób, aby różnica potencjałów między nimi była jak najmniejsza.
Wewnątrz szafy z jednej strony znajdują się szyny zbiorcze prądu przemiennego, do których poprzez dzielniki prądowe podłączone są równoległe gałęzie zaworowe. Doprowadzenie przewodów anodowych z transformatora do szyn zbiorczych może odbywać się zarówno od dołu, jak i od góry.Z drugiej strony znajduje się listwa katodowa z bocznikiem. Obudowa prostownika jest zamontowana w taki sposób, aby możliwa była jego obsługa nie tylko od przodu i tyłu, ale również z boku.
Na górze szafy zamontowany jest wentylator, który tworzy przepływ powietrza chłodzącego od dołu do góry. Na obudowie wentylatora zamontowany jest przekaźnik powietrza, który steruje przepływem powietrza chłodzącego.