Блоки, входные цепи которых получают энергию как от трансформаторов тока, так и от трансформаторов напряжения, принято называть комбинированными блоками питания [1].
Ранее для этих целей применялись отдельные блоки БПТ, входы которых подключались к трансформаторам тока, и БПН, подключаемые к трансформаторам напряжения [1, 2]. Выходы этих устройств объединялись на шинах оперативного питания «+» и «-» (рис.1).
Рис. 1 Составной комбинированный блок питания (по [3])
Такая схема включения двух раздельных блоков позволяла получать напряжение оперативного питания как при отсутствии тока в линии (холостой ход), так и в случае отсутствия напряжения на подстанции в режиме короткого замыкания [2].
В настоящее время на подстанциях с переменным оперативным током используют комбинированный блок, выполненный в виде единой конструкции, 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. 2, а) и КБП-301 (рис. 2, 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].
Рис. 2 Токовые входы в блоках «Орион-БПК-2» (а) и КБП-301 (б)
Каждый из трансформаторов «ток-напряжение», показанных на рис. 1, должен быть рассчитан на передачу половины выходной мощности блока (без учёта потерь). В таких блоках суммирование производится
на стороне выпрямленного напряжения, так как каждый из обоих трансформаторов «ток — напряжение» работает на свой двухполупериодный выпрямительный мост, а выходы мостов соединены параллельно.
В блоках, показанных на рис. 3, 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. 3, а), либо на входной обмотке (рис. 3, б).
Рис. 3 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 [6]. На рис.3 одноименные зажимы токовых цепей обозначены точкой (сравните с рис. 1)
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. 2, 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. 4
Рис. 4 Зависимость потребляемой мощности от входного тока
При изменении входного тока потребляемая блоком мощность изменяется по линии 1 при работающих и по линии 2 при заблокированных каналах тока.
В блоках серии БПК [7, 8] шунтирование первичной обмотки трансформатора «ток-напряжение» производится контактом К1 (рис. 5).
Рис. 5 Блокирование канала тока в блоке серии БПК
Контакт К1 находится в замкнутом состоянии, если значение напряжения 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 потерь 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.
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. 6, а) трансформаторами. Обратим внимание, что во входных цепях напряжения блоков производства ООО «Радиус-Автоматика» по традиции применены тумблеры.
Входные цепи напряжения, показанные на рис. 6, 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. 6, должна быть рассчитана (без учёта потерь) на передачу номинальной мощности блока при отсутствии сигнала на токовых входах.
Рис. 6 Входы напряжения в блоках «Орион-БПК-2» (а) и БПК (б)
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. 7, а).
Разделительный трансформатор в блоках БПНТ предназначен для работы с переменным напряжением 100 или 220 В (рис. 7, б).
Рис. 7 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. 8, а), обеспечивающая защиту блока от короткого замыкания на выходе и сигнализирующая о наличии на выходе блока напряжения, превышающего 20 В.
Рис. 8 Выходы в блоках КБП-301 (а) и «Орион — БПМ-2» (б)
Со вторичных обмоток трансформаторов «ток- напряжение» (рис. 2, а) и трансформаторов напряжения (рис. 6, а) в блоках «Орион» напряжение поступает на диодные выпрямительные мосты, а с них — на вход ограничителя-стабилизатора напряжения (рис. 8, 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 от коротких замыканий осуществляется предохранителем. Светодиод сигнализирует наличие напряжения на выходе блока.
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 входов комбинированных блоков питания приведены в табл. 1.
| Характеристика | «Орион»3 | КБП-301 | БПК-3(4) | БПНТ | БПНТ-15 | БПНТ-2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Входы токовые: | ||||||
| - количество входов | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| - количество трансформаторов | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 |
| - рабочий диапазон токов, А | от 6,0 до 150,04 | от 2,5 до 15,0 | от 4 до 200 | от 4 (8) до 150 (300) | от 8 до 150 | |
| - длительный ток, А | 10,0 | 15,0 | 15,0 | 5,0 | 5,0 (10) | 5,0 |
| - термическая стойкость, А, в течение: | ||||||
| - 10 с | ? | 40 | = | ? | ? | ? |
| - 2 с | ? | 150 | = | ? | ? | ? |
| - 1 с | ? | 250 | 250 | 200 | 150 (300) | 150 |
| - блокирование | нет | Uвх>150 В | Uвх>0,5 U ном | нет | нет | нет |
| - работа | Uвх<120 В | Uвх<0,5 U ном | ||||
| Входы напряжения: | ||||||
| - количество входов | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 |
| - количество трансформаторов | 2 | нет | 2 | 1 | 1 | 1 |
| - рабочий диапазон напряжений, В | = | 88-264 | (0,6 -1,2) U ном | 0,8-1,15 | 0,8-1,15 | 0,8-1,15 |
| - номинальное напряжение U ном, В | 100 или 220 | = | 100 или 220 | 220 | 100 или 220 | 100 или 220 |
| - максимальное напряжение, В | = | 264 | 120 или 264 | 1,15 | 1,15 | 1,15 |
| - защита | предохранитель | предохранитель | = | ? | ? | ? |
| Частота, Гц | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| Контактные зажимы | ? | = | = | Класс 2 по ГОСТ 10434-82 | ||
| Подключение проводников | 2×2,5 мм2 | 1×2,5 мм2 | 2×2,5 мм2 | 2×1,5 мм2 или 1×2,5 мм2 | ||
Литература
- Реле защиты. М.: Энергия, 1976. 464 с.
- Кривейков В. В., Новелла В. Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Энергоиздат, 1981. 328 с.
- РД 34.35.310-97 Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М.: ОРГРЭС, 1997 (с изменением № 1).
- Блок питания комбинированный «Орион-БПК»// материал размещён страниц.
- Комбинированный блок питания КБП-301 //материал размещен на странице.
- Чернобровов Н.В., Семенов В. А. Релейная защита энергетических систем. М.:Энергоатомиздат, 1998, 800 с.
- Блок питания комбинированный БПК 3(4)// материал размещен на странице.
- Источник питания комбинированный. Патент на изобретение № 2216844. Приоритет от 26.07.2001 // С. В. Езерский, А. В. Миров, В. И. Потапенко, Ю. А. Алексеев.
- Источник питания устройств релейной защиты от токовых цепей комплектных распределительных устройств. Заявка на полезную модель № 2008135414 с приоритетом от 01.09.2008//Потапенко В.И..
- О. Баглейбтер. Трансформатор тока в сетях релейной защиты. Противодействие насыщению ТТ апериодической составляющей тока КЗ// Новости ЭлектроТехники № 5 (53), 2008.
- Трансформатор тока в сетях релейной защиты. Противодействие насыщению ТТ апериодической составляющей тока КЗ. Дискуссия.// Новости ЭлектроТехники № 1 (55), 2009, с.
------
1В 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;...»
2О влиянии сопротивления в цепи трансформаторов тока защищаемого присоединения на правильность работы релейной защиты рассказано в статье [9] и в материалах дискуссии, опубликованной на страницах этого журнала [10].
3«Орион-БПМ-2» и «Орион-БПК-2».
4При токе 6А выходная мощность — 20 Вт.
5В скобках приведены значения токов при параллельном включении обмоток трансформатора.
Захаров О. Г.
Характеристики входных цепей комбинированных блоков питания (часть 1)
Комбинированные блоки питания и накопители энергии (часть 3)
