CZ2017683A3 - Způsob a zapojení pro omezení velikosti napětí mezi uzlem a zemí ve střídavé elektrické síti - Google Patents

Způsob a zapojení pro omezení velikosti napětí mezi uzlem a zemí ve střídavé elektrické síti Download PDF

Info

Publication number
CZ2017683A3
CZ2017683A3 CZ2017-683A CZ2017683A CZ2017683A3 CZ 2017683 A3 CZ2017683 A3 CZ 2017683A3 CZ 2017683 A CZ2017683 A CZ 2017683A CZ 2017683 A3 CZ2017683 A3 CZ 2017683A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
node
voltage
ground
current
value
Prior art date
Application number
CZ2017-683A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ307590B6 (cs
Inventor
František ŽÁK
Jaroslava Žáková
Original Assignee
František ŽÁK
Jaroslava Žáková
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by František ŽÁK, Jaroslava Žáková filed Critical František ŽÁK
Priority to CZ2017-683A priority Critical patent/CZ307590B6/cs
Priority to PCT/CZ2018/000053 priority patent/WO2019086058A1/en
Publication of CZ2017683A3 publication Critical patent/CZ2017683A3/cs
Publication of CZ307590B6 publication Critical patent/CZ307590B6/cs

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/14—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to occurrence of voltage on parts normally at earth potential
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/10—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to mechanical injury, e.g. rupture of line, breakage of earth connection
    • H02H5/105—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to mechanical injury, e.g. rupture of line, breakage of earth connection responsive to deterioration or interruption of earth connection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Vynález řeší způsob a zapojení pro omezení velikosti napětí mezi uzlem (1) sítě a zemí (2), a to především v sítích s přímo uzemněným uzlem (1) nebo v sítích, kde je mezi uzel (1) sítě a zem (2) zapojena omezující impedance (5) za účelem zamezení průtoku stejnosměrného proudu Iuzlem (1) sítě. Podstat vynálezu spočívá v tom, že při zvýšení okamžité hodnoty napětí Umezi uzlem (1) sítě a zemí (2) nad zadanou komparační hodnotu Use mezi uzel sítě a zem, případně paralelně k omezující impedanci (5), připojí ochranný obvod (3). Tento ochranný obvod (3) propojí uzel (1) sítě se zemí (2). V důsledku toho bude mít napětí U, mezi uzlem (1) sítě a zemí (2), hodnotu blízkou nule.

Description

Způsob a zapojení pro omezení velikosti napětí mezi uzlem a zemí ve střídavé elektrické síti
Oblast techniky
Vynález spadá do oblasti uzemnění uzlu střídavé elektrické sítě a problematiky zamezení průtoku stejnosměrného proudu uzlem sítě.
Dosavadní stav techniky
Uzel sítě, který je přímo uzemněný nebo uzemněný přes reaktor, případně nízkoohmový odpor, může spolu s vedením a ostatními obdobně uzemněnými uzly sítě vytvářet paralelní cestu pro stejnosměrné proudy Idc, označované též jako bludné proudy. Pokud jsou v síti použity autotransformátory, může se stejnosměrný proud Idc šířit i za tyto autotransformátory do dalších sítí, a to i na jiné napěťové hladině. Stejnosměrný proud Idc negativně působí na magnetický obvod elektrických strojů (transformátorů, alternátorů, motorů) a způsobuje zvýšení ztrát, zvýšení oteplení, zvýšení hlučnosti a snížení životnosti zařízení. Tento stejnosměrný proud Idc tekoucí uzlem sítě můžeme omezit zapojením odporu mezi uzel sítě a zem. Čím vyšší bude hodnota odporu, tím více bude omezován průtok stejnosměrného proudu Idc uzlem sítě. Při jednofázové poruše v síti bude na uvedeném odporu napětí o velikosti fázového napětí sítě. Pro úplné zamezení průtoku stejnosměrného proudu Idc uzlem sítě je možné uzel sítě od země odpojit. Tento uzel sítě bude pak provozován jako izolovaný. To však z provozního hlediska nelze vždy realizovat. U sítí, které jsou provozovány pouze s mezifázovými odběry, lze mezi uzel sítě a zem vřadit kondenzátor. Kondenzátor úplně zamezí průtoku stejnosměrného proudu Idc přes uzel sítě a v omezené míře umožní průtok střídavého proudu Ioac. Na kondenzátoru bude pak trvalé napětí, jehož velikost bude závislá na kapacitní reaktanci kondenzátoru a velikosti střídavého proudu Ioac tekoucího uzlem sítě. Při jednofázovém zkratu, nebo i při zapínaní sítě, může mít uzel sítě proti zemi hodnotu fázového napětí. Kondenzátor musí být, proto dimenzován na fázové napětí sítě. Kapacitní reaktance v uzlu sítě bude výrazně omezovat hodnotu jednofázového poruchového proudu tekoucího přes uzel sítě a může omezit také hodnotu proudu při jednofázovém zatížení. Instalace kondenzátoru mezi uzel sítě a zem je vhodná především v těch sítích, kde jsou pouze mezifázové odběry. U sériového zapojení kondenzátoru a indukčnosti, která je obvykle dána zařízením tvořícím uzel sítě, může dojít ke vzniku sériové rezonance. V důsledku sériové rezonance vzniká na kondenzátoru a indukčnosti nebezpečně vysoké napětí. Toto zvýšené napětí může být příčinou poškození zařízení v síti. Nevýhody výše popsaných známých řešení spočívají vtom, že pro sítě s vysokým napětím je nutné dimenzovat omezující impedance pro eliminaci stejnosměrného proudu protékajícího uzlem sítě na hodnoty fázového napětí. Zejména u sítí velmi vysokého a zvlášť vysokého napětí je pak omezující impedance finančně značně nákladná a technicky často obtížně řešitelná.
Podstata vynálezu
Podstata způsobu omezení velikosti napětí Uz mezi uzlem a zemí ve střídavé elektrické síti podle vynálezu spočívá v tom, že mezi uzel a zem se připojí komparačně spínací obvod, následně se pomocí komparačně spínacího obvodu kontinuálně porovnává okamžitá hodnota napětí Uz s předem určenou komparační hodnotou Uk, a/nebo se kontinuálně porovnává okamžitá hodnota proudu Ioac tekoucího mezi uzlem a zemí s předem určenou komparační hodnotou Ik. Je-li okamžitá hodnota napětí Uz > Uk, a/nebo je-li okamžitá hodnota proudu Ioac > Ik, pak sepnutím komparačně spínacího obvodu dojde k propojení uzlu se zemí přes komparačně spínací obvod, přičemž sepnutí se provádí v časovém intervalu ti až t2, kde ti je čas odpovídající dosažení okamžité hodnoty napětí Uz = Uk, a/nebo okamžité hodnoty proudu Ioac = Ik, a t2 je čas dosažení amplitudy sinusového napětí Uz.
- 1 CZ 2017 - 683 A3
V jednom výhodném provedení způsobu podle vynálezu, ve střídavé elektrické síti, ve které je mezi uzlem a zemí zapojena omezující impedance zejména pro omezení bludného stejnosměrného proudu Idc tekoucího uzlem, se komparačně spínací obvod zapojí paralelně k omezující impedanci, přičemž po sepnutí komparačně spínacího obvodu dojde k omezení velikosti napětí Uz mezi uzlem a zemí.
Rozšířením tohoto výhodného provedení způsobu určeného pro střídavou elektrickou síť s omezující impedancí se dále paralelně k omezující impedanci mezi uzel a zem zapojí jednopólový spínač, který je řízen komparačně spínacím obvodem, a který po sepnutí komparačně spínacího obvodu propojí uzel přímo se zemí. Jednopólový spínač je určen pro dlouhodobé zkratování mezi uzlem a zemí, např. při déletrvající poruše, aby komparačně spínací obvod nemusel trvale spínat.
V jiném výhodném provedení způsobu podle vynálezu, pro střídavou elektrickou síť s přímo uzemněným uzlem, se pro omezení bludného stejnosměrného proudu Idc tekoucího uzlem odpojí uzel od země a mezi uzel a zem se zapojí komparačně spínací obvod, přičemž po sepnutí komparačně spínacího obvodu dojde k omezení velikosti napětí Uz mezi uzlem a zemí.
Způsob určený pro střídavou elektrickou síť s přímo uzemněným uzlem lze rovněž výhodně doplnit tak, že se mezi uzel a zem zapojí jednopólový spínač, který je řízen komparačně spínacím obvodem, a který po sepnutí komparačně spínacího obvodu propojí uzel přímo se zemí. I zde je jednopólový spínač určen pro dlouhodobé zkratování mezi uzlem a zemí, např. při déletrvající poruše, aby komparačně spínací obvod nemusel trvale spínat.
Předmětem dalšího výhodného provedení způsobu podle vynálezu je také způsob řízení okamžiku vypínání komparačně spínacího obvodu, a to jak v síti s omezující impedancí, tak v síti s přímo uzemněným uzlem. Je-li amplituda proudu Ioac tekoucího mezi uzlem a zemí větší než předem určená komparační hodnota Ik, a to alespoň pro jednu nebo více po sobě následujících period, pak setrvává komparačně spínací obvod v sepnutém stavu i v okamžiku průchodu střídavého vyrovnávacího proudu Ioac nulou dle síťové frekvence. Tím je zabráněno vzniku napěťových pulsů a EMC rušení.
Jiné výhodné provedení způsobu řízení okamžiku vypínání komparačně spínacího obvodu podle vynálezu spočívá v tom, že komparačně spínací obvod zůstává v sepnutém stavu po předem nastavenou dobu i v okamžiku průchodu střídavého vyrovnávacího proudu Ioac nulou dle síťové frekvence.
Předmětem předloženého vynálezu je také zapojení pro omezení velikosti napětí Uz mezi uzlem a zemí ve střídavé elektrické síti, zejména při výskytu bludného stejnosměrného proudu Idc. Podstata zapojení spočívá vtom, že mezi uzel a zem je zapojen komparačně spínací obvod, obsahující buď alespoň jednu dvojici antiparalelně zapojených diod, případně „n“ sériově řazených antiparalelně zapojených diod, anebo kombinaci alespoň jednoho z komparačních obvodů, tedy napěťového nebo proudového komparačního obvodu, s rychlou spínací jednotkou. Napěťový komparační obvod porovnává okamžitou hodnotu napětí Uz s předem určenou komparační hodnotou Uk. Proudový komparační obvod porovnává okamžitou hodnotu proudu Ioac tekoucího mezi uzlem a zemí s předem určenou komparační hodnotou Ik. Rychlá spínací jednotka, případně antiparalelně zapojené diody, slouží pro sepnutí komparačně spínacího obvodu propojujícího uzel a zem. Sepnutí musí proběhnout v čase ležícím v intervalu ti až t2. Čas ti je pro napěťový komparační obvod definován jako čas dosažení okamžité hodnoty napětí Uz = Uk. Pro antiparalelně zapojené diody je ti definován jako čas dosažení okamžité hodnoty napětí Uz = n.Uo, kde v součinu n.Uo je Ud velikost minimálního napětí nutného k otevření diody v propustném směru a „n“ je počet sériově řazených antiparalelně zapojených diod. Pro proudový komparační obvod je ti definován jako čas dosažení okamžité hodnoty proudu Ioac = Ik. Dosažení amplitudy sinusového napětí Uz je definováno jako čas t2.
-2CZ 2017 - 683 A3
Ve výše popsaném zapojení je napěťový komparační obvod tvořen obvodem kontinuálního porovnávání okamžité hodnoty napětí Uz s předem určenou komparační hodnotou Uk, s výstupem „1“ pro okamžitou hodnotu napětí Uz > Uk a s výstupem „0“ pro okamžitou hodnotu napětí Uz < Uk, proudový komparační obvod je tvořen obvodem pro porovnávání okamžité velikosti proudu Ioac s předem zadanou komparační hodnotou proudu Ik s výstupem „1“ pro okamžitou hodnotu proudu Ioac > Ik a s výstupem „0“ pro okamžitou hodnotu proudu Ioac < Ik, a že rychlá spínací jednotka je tvořena alespoň jedním spínacím prvkem, ze skupiny triak, diak, dvojice antiparalelně zapojených diod, tyristorů nebo GTO tyristorů, spínací tranzistor IGBT a podobně.
Výhodné je rovněž zapojení, kde mezi uzel a zem je připojen jednopólový spínač, který je ovládán komparačně spínacím obvodem.
Způsob a zapojení k omezení velikosti napětí mezi uzlem sítě a zemí ve střídavých elektrických sítích lze využít především tam, kde je mezi uzlem sítě a zemí zapojena impedance za účelem omezení průtoku stejnosměrného bludného proudu Idc uvedeným uzlem. Omezující impedance může být realizována například odporem, kondenzátorem i jejich kombinací. Pro tyto sítě se komparačně spínací obvod zapojí mezi uzel a zem, a to paralelně k omezující impedanci. V uvedených sítích lze komparačně spínací obvod řídit jak napěťovým, tak proudovým komparačním obvodem. Proudový komparační obvod provádí řízení komparačně spínacího obvodu podle velikosti proudu Ioac tekoucího mezi uzlem sítě a zemí. Pokud okamžitá hodnota proudu Ioac překročí předem zadanou komparační hodnotu Ik, komparačně spínací obvod sepne. Způsob a zapojení k omezení velikosti napětí mezi uzlem sítě a zemí ve střídavých elektrických sítích je možné využít i v sítích s přímo uzemněným uzlem. V síti s přímo uzemněným uzlem se uzel sítě odpojí od země a mezi uzel a zem se zapojí komparačně spínací obvod s napěťovým komparačním obvodem. Jak již bylo uvedeno, napěťový komparační obvod však lze využít také v sítích, kde je mezi uzel a zem zapojena omezující impedance. Při použití napěťového komparačního obvodu se sepne komparačně spínací obvod v důsledku zvýšení okamžité hodnoty napětí Uz mezi uzlem sítě a zemí nad zadanou komparační hodnotu Uk.
Po propojení uzlu sítě se zemí přes komparačně spínací obvod dojde ke svedení proudu Ioac do země. V důsledku toho bude mít napětí Uz, tj. napětí uzlu sítě proti zemi, hodnotu blízkou nule. K sepnutí komparačně spínacího obvodu musí dojít v čase mezi dosažením komparační hodnoty Uk nebo Ik a dosažením amplitudy Uz. Takto definovaná doba sepnutí komparačně spínacího obvodu zaručuje, že sepnutí proběhne do doby dosažení amplitudy napětí Uz mezi uzlem sítě a zemí. Tím dojde ke snížení napětí Uz. Maximální hodnota napětí Uz mezi uzlem sítě a zemí je pak dána součtem hodnoty napětí Uz v okamžiku dosažení komparačního hodnoty Uk nebo Ik a přírůstku napětí Uz za dobu spínání komparačně spínacího obvodu. Při splnění výše uvedených podmínek je možné komparačně spínací obvod, uzemnění uzlu sítě a případně i omezující impedanci dimenzovat na nižší napětí než je fázové napětí sítě. Velikost napětí pro dimenzování uvedených zařízení je závislá na volbě velikosti komparačních hodnot Uk nebo Ik, na rychlosti připínání komparačně spínacího obvodu i na volbě případné omezující impedance. Z tohoto důvodu je využití vynálezu vhodné především pro sítě vn, wn a zvn. Proudově však musí být komparačně spínací obvod.
Komparačně spínací obvod může být rovněž tvořen pouze antiparalelně zapojenými diodami, případně „n“ sériově řazenými antiparalelně zapojenými diodami. Volba velikosti komparačního napětí Uk je pak dána součinem n.Uo, tj. součinem počtu „n“ sériově řazených antiparalelně zapojených diod a velikosti napětí Ud, které je nutné pro otevření diody v propustném směru. Avšak toto řešení lze využít pouze v takových sítích, kde nehrozí vznik problémů v důsledku vysokofrekvenčního rušení, které může nastat při vypínání komparačně spínacího obvodu po každém průchodu proudu nulou.
Z důvodu eliminace vysokofrekvenčního rušení a zamezení vzniku napěťových špiček dochází k vypínání komparačně spínacího obvodu vždy až po poklesu amplitudy proudu Ioac tekoucího
-3CZ 2017 - 683 A3 mezi uzlem a zemí pod předem určenou komparační hodnotu Ik, a to alespoň pro jednu nebo více po sobě následujících period. Vypínání komparačně spínacího obvodu lze realizovat také zadaným časový zpožděním, které bude delší, než děje v sítí vyvolávající zvýšenou hodnotu proudu loAcmezi uzlem sítě a zemí. Tím je zabráněno vypínání komparačně spínacího obvodu při každém průchodu proudu Ioac nulou, které by vyvolalo vznik napěťových pulzů či EMC rušení.
Po sepnutí komparačně spínacího obvodu jím bude protékat součet střídavého proudu Ioac a stejnosměrného proudu Idc. Pokud bude velikost stejnosměrného proudu Idc převyšovat amplitudu střídavého vyrovnávacího proudu Ioac tekoucího uzlem sítě, je nutné v rychlé spínací jednotce volit takové spínací prvky nebo zapojení, která jsou určená k vypínání i stejnosměrných proudů.
Výhody popsaného řešení vynálezu spočívají vtom, že jak omezující impedanci pro eliminaci stejnosměrného proudu protékajícího uzlem sítě, tak i všechny ostatní prvky navrhovaného zařízení je možné dimenzovat na hodnoty nižší než fázové napětí dané sítě. Zejména u sítí velmi vysokého a zvlášť vysokého napětí lze tak výrazně snížit náklady za instalované zařízení. Výhoda způsobu řízení navrhovaného zařízení podle vynálezu spočívá i v možnosti omezení vzniku vysokofrekvenčního elektromagnetického rušení.
Objasnění výkresů
Na obr. 1 je znázorněn příklad zapojení podle vynálezu včetně omezující impedance pro eliminaci průtoku stejnosměrného proudu Idc. Na obr. 2 je znázorněn příklad zapojení bez omezující impedance. Na obr. 3 je schéma zapojení komparačně spínacího obvodu s napěťovým komparačním obvodem, na obr. 4 je schéma zapojení komparačně spínacího obvodu s proudovým komparačním obvodem. Na obr. 5 je schéma zapojení s jednopólovým spínačem a napěťovým komparačním obvodem, na obr. 6 je schéma zapojení s jednopólovým spínačem a proudovým komparačním obvodem, na obr. 7 je schéma zapojení komparačně spínacího obvodu s antiparalelně zapojenými výkonovými diodami. Na obr. 8 jsou znázorněny průběhy okamžitých hodnot napětí Uz mezi uzlem a zemí.
Příklady uskutečnění vynálezu
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.
Příklady provedení vynálezu se týkají různých způsobů uzemnění uzlu 1 sítě v oblasti, kde zemí 2 protéká stejnosměrný proud Izdc. Proud Izdc protékající zemí 2 mezi uzemněnými uzly 1 sítě, tj. mezi uzly transformátorů Tr i a Tr_2, vyvolává na odporu země 2 stejnosměrné napětí AUdc. Obecně platí, že jak vinutí transformátorů, tak třífázové vedení, kladou průchodu stejnosměrného proudu zanedbatelný odpor. Proto přes uzly 1 sítě a třífázové vedení protéká bludný stejnosměrný proud Idc. Proud Idc může způsobit přesycení magnetického obvodu transformátoru a transformátor bude pak provozován s přesyceným magnetickým obvodem, což se projeví zvýšením hlučnosti a zvýšením ztrát transformátoru. Přesycení magnetického obvodu transformátoru způsobuje zároveň přehřívání jeho částí a má rovněž za následek zvýšení podílu vyšších harmonických v proudu, a to včetně harmonických sudého řádu. Uzlem 1 sítě protéká také vyrovnávací střídavý proud Ioac.
-4CZ 2017 - 683 A3
Na obr. 1 je uveden příklad provedení vynálezu, kde pro zamezení průtoku bludného stejnosměrného proudu Idc uzlem 1 sítě je mezi uzel 1 sítě a zem 2 zařazena omezující impedance 5. Uzlem 1 sítě pak protéká pouze střídavý vyrovnávací proud Ioac, který na omezující impedanci 5 vytváří úbytek napětí Uz. Tento úbytek napětí Uz je zároveň napětím mezi uzlem 1 sítě a zemí 2. Omezující impedance 5 je v tomto příkladu tvořena sériovou kombinací kondenzátoru C a odporu R. Odpor R v omezující impedanci 5 slouží ke snížení vybíjecího proudu kondenzátoru C a má pouze malou hodnotu, zpravidla jednotky ohmů. Velikost omezující impedance 5 je proto ovlivněna zejména volbou kapacity kondenzátoru C. Při návrhu velikosti kapacity kondenzátoru C je nutno vyjít z požadované velikosti úbytku napětí na kondenzátoru C a velikosti vyrovnávacího proudu Ioac protékajícího omezující impedancí 5. Například pro síť 400 kV lze vhodnou volbou kapacity kondenzátoru C zajistit, že při běžném provozním stavu sítě je úbytek napětí Uz na omezující impedanci 5 roven požadované hodnotě, např. 250 V. Volba hodnoty napětí Uz vyplývá z technických a ekonomických podmínek pro použití kondenzátorů C a komparačně spínacího obvodu 4. V uvedeném příkladu vychází napěťové dimenzování kondenzátoru C na úrovni 6 kV, a to i s ohledem na přechodové děje.
Pokud v síti vznikne jednofázová porucha nebo se v důsledku přechodového děje zvýší hodnota vyrovnávacího proudu Ioac, může na omezující impedanci 5 vzniknout vysoké napětí Uz, které může v ustáleném stavu dosahovat až hodnoty fázového napětí sítě. Mezi uzel 1 sítě a zem 2 je proto vložen ochranný obvod 3, a to paralelně k omezující impedanci 5. Ochranný obvod 3 obsahuje komparačně spínací obvod 4 a jednopólový spínač 6. Komparačně spínací obvod 4 sepne na základě zvýšeného napětí Uz na omezující impedanci 5 nebo na základě zvýšené hodnoty proudu Ioac a následně zajistí sepnutí jednopólového spínače 6. Jednopólový spínač 6 je určen pro dlouhodobé přímé propojení uzlu 1 sítě se zemí 2, např. při déletrvající poruše. Napětí Uz mezi uzlem 1 sítě a zemí 2 je pak přibližně nulové. Po sepnutí komparačně spínacího obvodu 4 bude proud Ioac procházet zejména paralelně připnutým ochranným obvodem 3, který má nízkou hodnotu odporu. Spínací prvky komparačně spínacího obvodu 4 musí být proudově dimenzovány na účinky zkratového proudu a vybíjecího proudu kondenzátor C.
Komparačně spínací obvod 4 zůstává v sepnutém stavu i v okamžiku průchodu střídavého vyrovnávacího proudu Ioac nulou dle síťové frekvence. Vypínání komparačně spínacího obvodu 4 se řídí buď podle velikosti amplitudy proudu Ioac tekoucího mezi uzlem 1 a zemí 2, nebo podle předem nastaveného času vypnutí. K vypnutí komparačně spínacího obvodu 4 podle amplitudy proudu Ioac tekoucího mezi uzlem 1 a zemí 2 dojde, pokud amplituda proudu Ioac tekoucího mezi uzlem 1 a zemí 2 je menší než předem určená komparační hodnota Ik, a to alespoň pro jednu nebo více po sobě následujících period. Další možnost řízení vypnutí komparačně spínacího obvodu 4 je dána uplynutím předem nastavené doby sepnutí. Tato doba sepnutí se volí tak, aby do jejího uplynutí odezněly přechodové děje v sítí. Zpravidla se jedná o dobu několika jednotek sekund. Před vypnutím komparačně spínacího obvodu 4 dojde nejprve k vypnutí jednopólového spínače 6. Protože po dobu sepnutí ochranného obvodu 3 může uzlem 1 sítě opět protékat i bludný stejnosměrný proud Idc, je nutné, aby sepnutí ochranného obvodu 3 proběhlo jen po nezbytně nutnou dobu.
Na obr. 2 je uveden další příklad provedení vynálezu. Tento příklad řeší přímo uzemněný uzel 1 ve střídavé elektrické síti, bez omezující impedance. Popis obr. 2 vychází z popisu obr. 1. Liší se pouze vtom, že pro omezení bludného stejnosměrného proudu Idc tekoucího uzlem 1 je nutné odpojit uzel 1 od země 2 a mezi uzel 1 a zem 2 zapojit ochranný obvod 3. Další odlišností tohoto příkladu je, že nelze využívat spínání komparačně spínacího obvodu 4 na základě zvýšené hodnoty proudu Ioac.
Oba výše uvedené příklady blíže nespecifikují provedení komparačně spínacího obvodu 4. Provedení komparačně spínacího obvodu 4 může zahrnovat některé z níže uvedených nebo i jiných zapojení.
-5 CZ 2017 - 683 A3
Na obr. 3 je znázorněn příklad zapojení komparačně spínacího obvodu 4 obsahujícího napěťový komparační obvod 7 pro porovnání okamžité hodnoty napětí Uz mezi uzlem 1 a zemí 2, která je na schématu označená jako Uz(t), s předem nastavenou komparační hodnotou Uk. Dále komparační spínací obvod 4 obsahuje monostabilní klopný obvod 8 s předem nastavenou dobou T výstupního pulzu a rychlou spínací jednotku 9 tvořenou výkonovými spínacími polovodičovými součástkami (například tyristory, triaky), která sepne při logické úrovni „1“ signálu a vypne při nulové logické úrovni vstupního signálu poté, co proud projde nulovou hodnotou.
Zapojení podle obr. 3 pracuje tak, že v běžném provozním režimu je rychlá spínací jednotka 9 v rozepnutém stavu a nevede proud. Pokud okamžitá hodnota napětí Uz mezi uzlem 1 sítě a zemí 2, která je na schématu označená jako Uz(t), se zvýší nad hodnotu komparačního napětí Uk, vygeneruje napěťový komparační obvod 7 signál na úrovni logické „1“. Tento signál je přiveden na vstup monostabilního klopného obvodu 8, který na výstupu vygeneruje zapínací signál pro rychlou spínací jednotku 9. Rychlá spínací jednotka 9 sepne a překlene omezující impedanci 5. Tím na omezující impedanci 5 poklesne napětí Uz téměř na nulovou hodnotu a napěťový komparační obvod 7 zruší signál o překročení hodnoty komparačního napětí Uk. Na výstupu napěťového komparačního obvodu 7 bude logická „0“. Tato logická „0“ je přivedena na vstup monostabilního klopného obvodu 8. Monostabilní klopný obvodu 8 však výstupní stav ponechává ve stavu zapnutém (logická „1“) do doby uplynutí nastaveného času T. Po uplynutí času T se výstup monostabilního klopného obvodu 8 nastaví do logického stavu „0“ a rychlá spínací jednotka 9 se vypne po průchodu proudu Ioac nulou. Pokud dojde k dalšímu splnění podmínky uz(t) > Uk, bude monostabilní klopný obvod 8 opět reagovat na výstupní signál napěťového komparačního obvodu 7 a vygeneruje opět zapínací povel pro rychlou spínací jednotku 9. Aby nedocházelo k opakovanému zapínání rychlé spínací jednotky 9 je vhodné nastavit dobu T delší, než je očekávaná doba trvání nesymetrických poruch v síti.
Na obr. 4 je znázorněn příklad zapojení komparačně spínacího obvodu 4 obsahujícího napěťový komparační obvod 7 pro porovnání okamžité hodnoty napětí Uz mezi uzlem 1 a zemí 2, která je na schématu označená jako Uz(t), s předem nastavenou komparační hodnotou Uk. Dále komparačně spínací obvod 4 obsahuje amplitudový komparační obvod proudu 12 s měřením proudu 13, klopný obvod 10 s prioritní funkcí a rychlou spínací jednotku 9 tvořenou výkonovými spínacími polovodičovými součástkami (například spínací tranzistory IGBT, tyristory, vypínací tyristory GTO, triaky).
Zapojení podle obr. 4 pracuje tak, že v běžném provozním režimu je rychlá spínací jednotka 9 v rozepnutém stavu a nevede proud. Pokud okamžitá hodnota napětí Uz mezi uzlem 1 sítě a zemí 2, která je na schématu označená jako uz(t), se zvýší nad hodnotu komparačního napětí Uk, vygeneruje napěťový komparační obvod 7 signál na úrovni logické „1“. Tento signál je přiveden na vstup klopného obvodu 10, který na výstupu vygeneruje zapínací signál pro rychlou spínací jednotku 9. Rychlá spínací jednotka 9 sepne a překlene omezující impedanci 5. Tím na omezující impedanci 5 poklesne napětí Uz téměř na nulovou hodnotu a napěťový komparační obvod 7 zruší signál o překročení hodnoty komparačního napětí Uk. Na vstupu klopného obvodu 10 bude úroveň logického signálu „0“. Výstup „Q“ klopného obvodu 10 zůstává na úrovni logické „l“a rychlá spínací jednota 9 je stále sepnutá. Rychlou spínací jednotkou 4 dále protéká proud Ioac. Amplitudový komparační obvod proudu 12 vyhodnocuje amplitudu měřeného proudu 13 protékajícího mezi uzlem sítě X a zemí 2. Pokud je amplituda proudu Ioac nižší než nastavená komparační úroveň proudu Ik, je na výstupu amplitudového komparačního obvodu proudu 12 vygenerován signál o logické úrovni „1“. Tento signál je přiveden na vstup klopného obvodu 10. Pokud je na vstupu klopného obvodu 10 logická „1“ a na dalším vstupu téhož klopného obvodu logická „0“, je na výstupu klopného obvodu 10 nastavena logická úroveň „0“, a tím dojde k vypnutí rychlé spínací jednotky 9. Proud Ioac bude opět protékat pouze přes omezující impedanci 5.
- 6 CZ 2017 - 683 A3
Na obr. 5 je znázorněn příklad zapojení ochranného obvodu 3 s jednopólovým spínačem 6 a s komparačně spínacím obvodem 4. Komparačně spínací obvod 4 obsahuje napěťový komparační obvod 7 pro porovnání okamžité hodnoty napětí Uz mezi uzlem 1 a zemí 2, která je na schématu označená jako uz(t), s předem nastavenou komparační hodnotou Uk. Dále komparačně spínací obvod 4 obsahuje amplitudový komparační obvod proudu 12 s měřením proudu 13, klopný obvod 10 s prioritní funkcí a rychlou spínací jednotku 9 tvořenou výkonovými spínacími polovodičovými součástkami (například spínací tranzistory IGBT, tyristory, vypínací tyristory GTO, triaky).
Zapojení podle obr. 5 pracuje tak, že v běžném provozním režimu je rychlá spínací jednotka 9 v rozepnutém stavu a nevede proud. Pokud okamžitá hodnota napětí Uz mezi uzlem 1 sítě a zemí 2, která je na schématu označená jako uz(t), se zvýší nadhodnotu komparačního napětí Uk, vygeneruje napěťový komparační obvod 7 signál na úrovni logické „1“. Tento signál je přiveden na vstup klopného obvodu 10 a dále přes rozpínací kontakt jednopólového spínače 6 je přiveden na vstup monostabilního klopného obvodu 8. Klopný obvod 10 na výstupu vygeneruje zapínací signál pro rychlou spínací jednotku 9. Zároveň monostabilní klopný obvod 8 vygeneruje zapínací povel pro jednopólový spínač 6. Po sepnutí rychlé spínací jednotky 9 dojde k překlenutí omezující impedance 5. Tím na omezující impedanci 5 poklesne napětí Uz téměř na nulovou hodnotu a napěťový komparační obvod 7 zruší signál o překročení hodnoty komparačního napětí Uk. Na vstupu klopného obvodu 10 bude úroveň logického signálu „0“. Výstup klopného obvodu 10 zůstává na úrovni logické „l“a rychlá spínací jednota 9 je stále sepnutá. Rychlou spínací jednotkou 4 dále protéká proud Ioac.
Monostabilní klopný obvod 8 bude mít na výstupu logickou „1“ po dobu T. Tím je zajištěno, že proběhne zapnutí jednopólového spínače 6 i po ztrátě signálu z napěťového komparačního obvodu 7. Zapínání jednopólového spínače 6 může trvat desítky ms. Po zapnutí jednopólového spínače 6 se rozpojí pomocné rozpínací kontakty jednopólového spínače 6. Zároveň se sepne pomocný spínací kontakt jednopólového spínače 6. Ochranným obvodem 3 zapojeným paralelně k omezující impedanci 5 může protékat proud Ioac.
Pokud amplituda proudu Ioac poklesne pod zadanou komparační úroveň Ik, je amplitudovým komparačním obvodem proudu 12 generován signál o poklesu proudu Ioac. Protože je jednopólový spínač 6 zapnutý, je jeho pomocný rozpínací kontakt v rozepnutém stavu a signál z amplitudového komparačního obvodu proudu 12 se nedostane na vstup klopného obvodu 10. Tím nemůže dojít k vypnutí rychlé spínací jednotky 9 dříve než k vypnutí jednopólového spínače 6. Tento signál je rovněž přiveden přes pomocný spínací kontakt jednopólového spínače 6 na jeho vypínací obvod. Po vypnutí jednopólového spínače 6 se sepne pomocný rozpínací kontakt jednopólového spínače 6 a tím se přivede signál o poklesu proudu Ioac i na vstup klopného obvodu 10. Na výstupu klopného obvodu 10 bude logická „0“. Tím se vypne i rychlá spínací jednotka 9. Proud Ioac bude opět protékat pouze přes omezující impedanci 5.
Řízení rychlé spínací jednotky 9 lze doplnit i o možnost jejího vypínání při sepnutém jednopólovém spínači 6. Pokud jednopólový spínač 6 není schopen spínat nebo vypínat velké proudy, musí být rychlá spínací jednotka 9 sepnuta vždy při změně stavu jednopólového spínače 6.
Na obr. 6 je znázorněn příklad zapojení ochranného obvodu 3 s jednopólovým spínačem 6 a s komparačně spínacím obvodem 4. Komparačně spínací obvod 4 obsahuje proudový komparační obvod 11 pro porovnání okamžité hodnoty proudu Ioac tekoucího mezi uzlem 1 a zemí 2, která je na schématu označená jako i(t), s předem nastavenou komparační hodnotou Ik. Dále komparační spínací obvod 4 obsahuje amplitudový komparační obvod proudu 12 s měřením proudu 13, klopný obvod 10 s prioritní funkcí a rychlou spínací jednotku 9 tvořenou výkonovými spínacími polovodičovými součástkami (například spínací tranzistory IGBT, tyristory, vypínací tyristory GTO, triaky).
-7 CZ 2017 - 683 A3
Zapojení podle obr. 6 pracuje tak, že v běžném provozním režimu je rychlá spínací jednotka 9 a jednopólový spínač 6 v rozepnutém stavu a nevedou proud. Hodnota proudu Ioac je z měření proudu 13 proudovým snímačem předávána do proudového komparačního obvodu 11 a do amplitudového komparačního obvodu proudu 12. Pokud okamžitá hodnota proudu i(t), tekoucí mezi uzlem 1 sítě a zemí 2, překročí předem zadanou komparační hodnotu proudu Ik, tedy i(t) > Ik, proudový komparační obvod 11 vygeneruje na svém výstupu signál na úrovni logické „1“. Tento signál je přiveden na vstup klopného obvodu 10 a dále přes rozpínací kontakt jednopólového spínače 6 na vstup monostabilního klopného obvodu 8. Klopný obvod JO na výstupu vygeneruje zapínací signál pro rychlou spínací jednotku 9. Zároveň monostabilní klopný obvod 8 vygeneruje zapínací povel pro jednopólový spínač 6. Po sepnutí rychlé spínací jednotky 9 dojde k překlenutí omezující impedance 5. Tím na omezující impedanci 5 poklesne napětí Uz téměř na nulovou hodnotu. Na vstupu klopného obvodu 10 bude úroveň logického signálu „1“ po celou dobu, dokud je splněna podmínka i(t) > IK. Při průchodu proudu Ioac nulou, v rámci síťové frekvence, bude docházet ke krátkodobému zrušení uvedené podmínky. Výstup klopného obvodu 10 zůstává však stále na úrovni logické „1“ bez ohledu na změny stavu jeho vstupu. Rychlá spínací jednota 9 zůstává sepnutá. Monostabilní klopný obvod 8 bude mít na výstupu logickou „1“ po zadanou dobu T. Tím je zajištěno, že proběhne zapnutí jednopólového spínače 6 bez ohledu na změny stavu výstupu z proudového komparačního obvodu 11. Zapínání jednopólového spínače 6 může trvat desítky ms. Po zapnutí jednopólového spínače 6 se rozpojí pomocné rozpínací kontakty jednopólového spínače 6. Zároveň se sepne pomocný spínací kontakt jednopólového spínače 6. Ochranným obvodem 3 připojeným paralelně k omezující impedanci 5 může protékat proud Ioac.
Pokud amplituda proudu Ioac poklesne pod zadanou komparační úroveň Ik, je amplitudovým komparačním obvodem proudu 12 generován signál o poklesu proudu Ioac. Protože je jednopólový spínač 6 zapnutý, je jeho pomocný rozpínací kontakt v rozepnutém stavu a signál z amplitudového komparačního obvodu proudu 12 se nedostane na vstup klopného obvodu 10. Tím nemůže dojít k vypnutí rychlé spínací jednotky 9 dříve než k vypnutí jednopólového spínače. Tento signál je rovněž přiveden přes pomocný spínací kontakt jednopólového spínače 6 na jeho vypínací obvod. Po vypnutí jednopólového spínače 6 se sepne pomocný rozpínací kontakt jednopólového spínače 6 a tím se přivede signál o poklesu proudu Ioac i na vstup klopného obvodu 10. Na výstupu klopného obvodu 10 bude logická „0“. Tím se vypne i rychlá spínací jednotka 9. Proud Ioac bude opět protékat pouze přes omezující impedanci 5.
Stejně jako u příkladu zapojení dle obr. 5 je řízení rychlé spínací jednotky 9 možné rovněž doplnit o její vypínání při sepnutém jednopólovém spínači 6. Pokud jednopólový spínač 6 není schopen spínat nebo vypínat velké proudy, musí být rychlá spínací jednotka 9 sepnuta vždy při změně stavu jednopólového spínače 6.
Z předchozích příkladů je možné ukázat přínosy vynálezu v porovnání s doposud známým řešením v následujícím souhrnu.
V případě klasického řešení, kdy by ke spínání ochranného obvodu 3 byl místo rychlé spínací jednotky 9 použit silový vypínač, by bylo nutné uvažovat s rychlostí spínání 30 ms až 70 ms. Za tuto dobu dosáhne napětí Uz opakovaně amplitudy fázového napětí sítě. Z tohoto důvodu by muselo být celé provedení uzemnění uzlu 1 sítě a prvků ochranného obvodu 3 dimenzováno na hodnotu fázového napětí sítě, a to včetně případné omezující impedance 5.
Naproti tomu při využití rychlého sepnutí ochranného obvodu 3 v čase od dosažení komparační hodnoty, tj. Uk nebo Ik, do okamžiku dosažení amplitudy napětí Uz dle popsaného vynálezu, dojde k omezení velikosti napětí Uz. Omezení napětí Uz je závislé na rychlosti připínání ochranného obvodu 3. V konkrétním příkladu lze použít rychlou spínací jednotku 9, která sepne ochranný obvod 3 například do 100 ns od doby překročení nastavené komparační úrovně pro napětí Uz. Pokud zároveň v uvedené době nedojde k dosažení amplitudy napětí Uz, bude navýšení napětí Uz za stanovenou dobu menší než 1 % z fázové hodnoty napětí sítě. Maximální nárůst napětí Uz je při jednofázovém zkratu v síti. Například pro jednofázový zkratový proud Ioac
-8CZ 2017 - 683 A3 v síti 400 kV lze při využití výše popsaného rychlého sepnutí ochranného obvodu 3 dosáhnout maximální hodnoty zvýšení napětí Uz v řádech stovek voltů až jednotek tisíc voltů. Z uvedených hodnot je zřejmé, že vysokou rychlostí sepnutí ochranného obvodu 3 je možné dosáhnout výrazně nižší hodnoty napětí Uznež je hodnota fázového napětí sítě. Proto lze v případě použití tohoto řešení dimenzovat celé provedení uzemnění uzlu 1 sítě na napětí v řádech stovek voltů až jednotek tisíc voltů.
V síti s přímo uzemněným uzlem 1 může při jednofázovém zkratu protékat uzlem 1 sítě jednofázový zkratový proud. Doba trvání zkratového proudu je závislá na nastavené časové charakteristice příslušných ochran vsítí nebo v uzlu 1 sítě. Pro zajištění spolehlivé funkce ochranného obvodu 3 je pak nutné ochranný obvod 3, komparačně spínací obvod 4 i jednopólový spínač 6 dimenzovat na zkratové proudy, a to včetně doby trvání zkratových proudů.
Pokud v běžném provozním stavu sítě je amplituda vyrovnávacího proudu Ioac nižší než hodnota stejnosměrného proudu Idc tekoucího uzlem 1 sítě, nebude výsledný proud daný součtem Ioac a Idc měnit polaritu ani procházet nulou. To znamená, že komparačně spínací obvod 4 musí být zapojen tak, aby jeho prvky umožňovaly vypínat i tento výsledný stejnosměrný proud. Běžné diody a tyristory neumožňují vypínání stejnosměrného proudu. To je nutné vzít v úvahu zejména při použití antiparalelně zapojených diod 14, 15. Vypínání ochranného obvodu 3 je pak nutné zajistit způsobem, který se používá pro vypínání stejnosměrných proudů polovodičovými prvky.
Na obr. 7 je znázorněn komparačně spínací obvod 4 obsahující pouze rychlou spínací jednotku 9. Tato rychlá spínací jednotka9 je tvořena antiparalelně zapojenými výkonovými diodami 14 nebo „n“ sériově řazenými antiparalelně zapojenými výkonovými diodami 15, kde minimální hodnota přirozeného čísla „n“ je rovna 1.
Použití tohoto zapojení je výhodné pouze v omezené množině případů. Lze jej využít zejména tam, kde mezi uzlem 1 sítě a zemí 2 je dostatečně nízké napětí Uz i stejnosměrné napětí AUdc. Pro fúnkci tohoto obvodu je důležitá velikost napětí Ud, což je katalogová hodnota minimálního napětí potřebného k otevření konkrétní použité diody 14 v propustném směru. Pokud je amplituda napětí Uz nižší než n.Uo, budou za běžného provozního stavu diody 15 uzavřeny a nepovedou proud. Při zvýšení okamžité hodnoty napětí Uz nad hodnotu n.Uo se diody 15 v propustném směru automaticky otevřou. Na jednotlivých diodách 14 v závěrném směru bude pouze velikost napětí Ud, tj. napětí diody 14 v propustném směru. Po průchodu proudu nulou, v důsledku změny směru toku proudu, se otevřené diody 15 automaticky uzavírají. Pokud v další půlperiodu dojde opět ke zvýšení okamžité hodnoty napětí Uz nad hodnotu n.Uo, otevřou se antiparalelně zapojené diody 15, které byly v předchozí půlperiodě v závěrném směru. Tento komparačně spínací obvod 4 nepotřebuje ke své činnosti žádné řízení. Pro použití tohoto zapojení můžeme vhodnou volbou omezující impedance 5 ovlivnit velikosti napětí Uz. Zvýšením počtu „n“ sériově řazených antiparalelně zapojených diod 15, můžeme zvýšit požadovanou úroveň napětí Uk = n. Ud. Například napětí Ud je pro křemíkové diody 14 cca 0,6V až 0,7V. Pokud je napětí Uz při běžném provozním stavu vyšší než napětí Ud, je nutné použít adekvátní počet sériově řazených antiparalelně zapojených diod 15. Velikost napětí Uz mezi uzlem 1 sítě a zemí 2 bude pak dosahovat hodnoty odpovídající součinu „n“ sériově řazených antiparalelně zapojených diod 15 a velikosti napětí Ud.
Výhodu jednoduchosti toto zapojení lze využít v případech, kdy v běžném provozním stavu sítě protéká jejím uzlem 1 malý vyrovnávací proud Ioac, který na omezující impedanci 5 vyvolá úbytek napětí Uz v řádu desetin voltů až jednotek voltů. Zároveň musí platit, že amplituda střídavého proudu Ioac bude větší než hodnota stejnosměrného proudu Idc.
Na obr. 8 jsou znázorněny průběhy okamžitých hodnot napětí Uz na omezující impedanci 5, neboli napětí mezi uzlem 1 sítě a zemí 2:
-9CZ 2017 - 683 A3
1. křivka: znázornění průběhu okamžité hodnoty sinusového napětí Uz na omezující impedanci 5 bez spínání ochranného obvodu 3,
2. křivka: průběh okamžité hodnoty napětí Uz na omezující impedanci 5, a to při zapínání ochranného obvodu 3 vždy při překročí komparační hodnoty Uk okamžitou hodnotou napětí Uz a vypínání ochranného obvodu 3 vždy při každém průchodu proudu nulovou hodnotou,
3. křivka: průběh okamžité hodnoty napětí Uz na omezující impedanci 5, a to při zapnutí ochranného obvodu 3 při překročení komparační hodnoty Uk okamžitou hodnotou napětí Uz a vypnutí ochranného obvodu 3 až po poklesu amplitudy proudu Ioac pod předem zadanou komparační mez proudu Ik.
Výkonové polovodičové prvky se při průchodu proudu nulou vypínají. Pokud připnutým ochranným obvodem 3 poteče nulový proud, bude i napětí Uz nulové. Po odpojení ochranného obvodu 3 dojde k jeho opětovnému sepnutí až po nárůstu napětí Uz nad jeho komparační úroveň Uk. To se bude opakovat každou půl periodu protékajícího střídavého proudu Ioac. Tím budou vznikat napěťové špičky o vysoké frekvenci, které se budou šířit do sítě a vyzařovat elektromagnetické rušivé pole (obr. 8). Ochranný obvod 3 se tak po dobu průtoku zvýšené hodnoty proudu Ioac uzlem 1 sítě stává zdrojem vysokofrekvenčního elektromagnetického rušení. Aby k výše popsanému jevu nedocházelo, je komparačně spínací obvod 4 vybaven řízením, které zajistí jeho trvalé sepnutí až do doby poklesu amplitudy proudu Ioac protékajícího uzlem 1 sítě pod úroveň Ik. Pro vysoké výkony a napětí je vhodné komparačně spínací obvod 4 doplnit paralelně připojeným jednopólovým spínačem 6, který po sepnutí komparačně spínaného obvodu 4 sepne a propojí uzel 1 sítě přímo se zemí 2. Po poklesu proudu Ioac na běžnou provozní hodnotu je komparačně spínací obvod 4 a jednopólový spínač 6 vždy automaticky vypnut. Trvalé sepnutí alespoň jednoho ze spínačů 4 a 6 po dobu trvání zvýšeného průtoku vyrovnávacího proudu Ioac uzlem 1 sítě omezuje tvorbu vysokofrekvenčního rušení.
Průmyslová využitelnost
Způsobu a zapojení pro omezení velikosti napětí mezi uzlem sítě a zemí lze využít zejména v sítích s přímo uzemněným uzlem nebo s uzlem uzemněným přes impedanci, která je zapojena mezi uzlem sítě a zemí a zabraňuje průtoku stejnosměrného proudu Idc uzlem sítě. Využití vynálezu je vhodné především pro sítě vn, wn a zvn.

Claims (10)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob omezení velikosti napětí Uz mezi uzlem (1) a zemí (2) ve střídavé elektrické síti, vyznačující se tím, že mezi uzel (1) a zem (2) se připojí komparačně spínací obvod (4), následně se pomocí komparačně spínacího obvodu (4) kontinuálně porovnává okamžitá hodnota napětí Uz s předem určenou komparační hodnotou Uk, a/nebo se kontinuálně porovnává okamžitá hodnota proudu Ioac tekoucího mezi uzlem (1) a zemí (2) s předem určenou komparační hodnotou Ik, a je-li okamžitá hodnota napětí Uz > Uk, a/nebo je-li okamžitá hodnota proudu Ioac > Ik, pak sepnutím komparačně spínacího obvodu (4) se propojí uzel (1) se zemí (2) přes komparačně spínací obvod (4), přičemž sepnutí se provádí v časovém intervalu ti až t2, kde ti je čas odpovídající dosažení okamžité hodnoty napětí Uz = Uk, a/nebo okamžité hodnoty proudu Ioac = Ik, a t2 je čas dosažení amplitudy sinusového napětí Uz.
  2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve střídavé elektrické síti, ve které je mezi uzlem (1) a zemí (2) zapojena omezující impedance (5) zejména pro omezení bludného stejnosměrného proudu Idc tekoucího uzlem (1), se komparačně spínací obvod
    - 10CZ 2017 - 683 A3 (4) zapojí paralelně k omezující impedanci (5), přičemž po sepnutí komparačně spínacího obvodu (4) se omezí velikosti napětí Uz mezi uzlem (1) a zemí (2).
  3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve střídavé elektrické síti s přímo uzemněným uzlem (1) se pro omezení bludného stejnosměrného proudu Idc tekoucího uzlem (1) odpojí uzel (1) od země (2) a mezi uzel (1) a zem (2) se zapojí komparačně spínací obvod (4), přičemž po sepnutí komparačně spínacího obvodu (4) se omezí velikost napětí Uz mezi uzlem (1) a zemí (2).
  4. 4. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se dále paralelně k omezující impedanci (5) mezi uzel (1) a zem (2) zapojí jednopólový spínač (6), který je řízen komparačně spínacím obvodem (4), a který po sepnutí komparačně spínacího obvodu (4) propojí uzel (1) přímo se zemí (2).
  5. 5. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se mezi uzel (1) a zem (2) zapojí jednopólový spínač (6), který je řízen komparačně spínacím obvodem (4), a který po sepnutí komparačně spínacího obvodu (4) propojí uzel (1) přímo se zemí (2).
  6. 6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že je-li amplituda proudu Iqac tekoucího mezi uzlem (1) a zemí (2) větší než předem určená komparační hodnota Ik, a to alespoň pro jednu nebo více po sobě následujících period, pak komparačně spínací obvod (4) zůstává v sepnutém stavu i v okamžiku průchodu střídavého vyrovnávacího proudu Iqac nulou dle síťové frekvence.
  7. 7. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že komparačně spínací obvod (4) zůstává v sepnutém stavu po předem nastavenou dobu i v okamžiku průchodu střídavého vyrovnávacího proudu Iqac nulou dle síťové frekvence.
  8. 8. Zapojení pro omezení velikosti napětí Uz mezi uzlem (1) a zemí (2) ve střídavé elektrické síti, zejména při výskytu bludného stejnosměrného proudu Idc, způsobem podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi uzel (1) a zem (2) je zapojen komparačně spínací obvod (4), obsahující buď alespoň jednu dvojici antiparalelně zapojených diod (14, 15), nebo kombinaci alespoň jednoho z komparačních obvodů (7, 11) s rychlou spínací jednotkou (9), kde napěťový komparační obvod (7) je uzpůsoben pro porovnání okamžité hodnoty napětí Uz s předem určenou komparační hodnotou Uk, proudový komparační obvod (11) je uzpůsoben pro porovnání okamžité hodnoty proudu Iqac tekoucího mezi uzlem (1) a zemí (2) s předem určenou komparační hodnotou Ik, přičemž rychlá spínací jednotka (9), nebo antiparalelně zapojené diody (14, 15), jsou uzpůsobeny pro sepnutí komparačně spínacího obvodu (4) propojujícího uzel (1) a zem (2) v čase ležícím v intervalu ti až t2, kde ti je pro napěťový komparační obvod (7) čas dosažení okamžité hodnoty napětí Uz = Uk, pro antiparalelně zapojené diody (14, 15) je ti čas dosažení okamžité hodnoty napětí Uz = n.Uo, kde v součinu n.Uo je Ud velikost minimálního napětí nutného k otevření diody (14) v propustném směru a „n“ je počet sériově řazených antiparalelně zapojených diod (15) a pro proudový komparační obvod (11) je ti čas dosažení okamžité hodnoty proudu Iqac = Ik, t2 je čas dosažení amplitudy sinusového napětí Uz.
  9. 9. Zapojení podle nároku 8, vyznačující se tím, že napěťový komparační obvod (7) je tvořen obvodem kontinuálního porovnávání okamžité hodnoty napětí Uz s předem určenou komparační hodnotou Uk, s výstupem „1“ pro okamžitou hodnotu napětí Uz > UKa s výstupem „0“ pro okamžitou hodnotu napětí Uz < Uk, kde proudový komparační obvod (11) je tvořen obvodem pro porovnávání okamžité velikosti proudu Iqac s předem zadanou komparační hodnotou proudu Ik s výstupem „1“ pro okamžitou hodnotu proudu Iqac > Ik a s výstupem „0“ pro okamžitou hodnotu proudu Iqac < Ik, a že rychlá spínací jednotka (9) je tvořena alespoň jedním spínacím prvkem, ze skupiny triak, diak, dvojice antiparalelně zapojených diod, tyristorů nebo GTO tyristorů, spínací tranzistor (IGBT).
    - 11 CZ 2017 - 683 A3
  10. 10. Zapojení podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že mezi uzel (1) a zem (2) je dále připojený jednopólový spínač (6), který je ovládán komparačně spínacím obvodem (4).
CZ2017-683A 2017-10-30 2017-10-30 Způsob a zapojení pro omezení velikosti napětí mezi uzlem a zemí ve střídavé elektrické síti CZ307590B6 (cs)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2017-683A CZ307590B6 (cs) 2017-10-30 2017-10-30 Způsob a zapojení pro omezení velikosti napětí mezi uzlem a zemí ve střídavé elektrické síti
PCT/CZ2018/000053 WO2019086058A1 (en) 2017-10-30 2018-10-24 The method of connection to limit the value of voltage between the neutral point and ground in an alternating current electric network

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2017-683A CZ307590B6 (cs) 2017-10-30 2017-10-30 Způsob a zapojení pro omezení velikosti napětí mezi uzlem a zemí ve střídavé elektrické síti

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2017683A3 true CZ2017683A3 (cs) 2018-12-27
CZ307590B6 CZ307590B6 (cs) 2018-12-27

Family

ID=66332472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2017-683A CZ307590B6 (cs) 2017-10-30 2017-10-30 Způsob a zapojení pro omezení velikosti napětí mezi uzlem a zemí ve střídavé elektrické síti

Country Status (2)

Country Link
CZ (1) CZ307590B6 (cs)
WO (1) WO2019086058A1 (cs)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3739713A1 (en) * 2019-05-17 2020-11-18 ABB Power Grids Switzerland AG Dc current damper for a power grid
EP3739712A1 (en) * 2019-05-17 2020-11-18 ABB Power Grids Switzerland AG Dc current damper for a medium voltage or high voltage transformer
EP4075626A1 (en) * 2021-04-13 2022-10-19 Hitachi Energy Switzerland AG Current damper for voltage transformer
CN114243653B (zh) * 2021-12-02 2025-01-24 国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司 一种直流系统交流窜入保护装置及保护方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2007347A1 (en) * 1970-02-18 1971-08-26 Ustav Pro Vyzkum A Vyuziti Pal Automatic control of current impulse operated cathodic - protection installation
JPH02136030A (ja) * 1988-11-16 1990-05-24 Meidensha Corp 電源回路の過電圧防止装置
JP3219984B2 (ja) * 1995-11-01 2001-10-15 三菱電機株式会社 位相同期発振器および通信装置
CN101764400A (zh) * 2009-12-11 2010-06-30 龚建良 一种浪涌吸收装置
CN101826720B (zh) * 2010-05-27 2012-07-11 中南大学 双级矩阵变换器箝位吸收一体化电路
CN202503279U (zh) * 2012-03-26 2012-10-24 上海市电力公司 一种主变中性点直流电流限制装置
CN103368155B (zh) * 2013-07-09 2015-06-24 东北电力大学 抑制变压器直流偏磁的电容隔直流可控开断桥式电路

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019086058A1 (en) 2019-05-09
CZ307590B6 (cs) 2018-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8482885B2 (en) Hybrid switch circuit
US9979312B2 (en) Energy saving high frequency series buck AC voltage regulator system
US8614866B2 (en) Hybrid switch circuit
CN105874671B (zh) 涌入电流限制器
CN105659465B (zh) Hvdc的ac侧电气保护
AU2015271571B2 (en) Energy saving high frequency series buck ac voltage regulator system
US9806513B2 (en) Robust solid-state circuit protection apparatus
CN107819317B (zh) 能量供应装置
CZ2017683A3 (cs) Způsob a zapojení pro omezení velikosti napětí mezi uzlem a zemí ve střídavé elektrické síti
US11431164B2 (en) Circuit arrangement for combined protection of a load from temporary and transient overvoltages
CN211930497U (zh) 变换器模块和电压中间电路变换器
US20180301980A1 (en) Power management utilizing a blocker stage
CN113302812B (zh) 用于在直流电压供电网中提供故障电流的脉冲电路
US11070053B2 (en) Fast fault current limiter
CN111712982B (zh) 故障处理
CN100492851C (zh) 用于调节在直流电压源上连接的换流器的方法
CN106797124B (zh) Ac故障处理布置
CN210142902U (zh) 限流电路
Zolfi et al. Bidirectional non-superconducting fault current limiter (BNSFCL) for smart grid applications
Nuutinen et al. LVDC customer-end inverter operation in short circuit
US12597862B2 (en) Energy supply device with safety-related shut-down facility and method of switching off the device
Gaikwad et al. Resistive Capacitive Switching Technique for the Mitigation of Power Capacitor Switching Transients
Chen et al. The effects of fault clearance practices on adjustable speed drives
Conlon et al. Protection of unified power quality conditioner against the load side short circuits

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20221030