plik


ÿþZeszyty Naukowe WydziaBu Elektrotechniki i Automatyki Politechniki GdaDskiej XVII Seminarium ZASTOSOWANIE KOMPUTERÓW W NAUCE I TECHNICE 2007 OddziaB GdaDski PTETiS Referat nr 14 ZASADY STEROWANIA BEZSTYKOWEGO I ZESTYKOWEGO OGRANICZNIKA PRDÓW ZWARCIOWYCH Piotr LEZNIEWSKI Politechnika GdaDska, WydziaB Elektrotechniki i Automatyki, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-952 GdaDsk tel: (58) 347-14-66 fax: (58) 347-21-36 e-mail: p.lesniewski@ely.pg.gda.pl Streszczenie: W artykule porównano dziaBanie i wBasno[ci krótkotopikowego (BKT), Bcznika póBprzewodnikowego ograniczników hybrydowych: bezstykowego z bezpiecznikiem (AP), absorbera energii (ZnO) pochBaniajcego energi krótkotopikowym oraz ogranicznika z bardzo szybkim napdem zgromadzon w polu magnetycznym wyBczanego obwodu elektrodynamicznym. Przedstawiono gBówne problemy oraz mikroprocesorowego ukBadu sterowania (US), którego wystpujce w sterowaniu prac tych Bczników. Do analizy zadaniem jest zaBczenie oraz wyBczenie w odpowiednim wykorzystano modele ograniczników z tranzystorem IGBT. W momencie AP. W przypadku rozpatrywanego CHCL, jako przypadku rozpatrywanych ograniczników odmienny jest sposób AP zastosowano tranzystor IGBT. Schemat CHCL wykrywania momentu wystpienia zwarcia. W przypadku przedstawiono na rysunku 1. ogranicznika bezstykowego informacj jest rozpad topika i zapBon Buku, natomiast w przypadku Bcznika zestykowego informacja otrzymywana jest na podstawie pomiaru prdu. W zwizku z tym, w rozpatrywanych aparatach stosuje si odmienny jest sposób sterowania. SBowa kluczowe: ograniczanie prdu zwarciowego, sterowanie Bczników hybrydowych. 1. WIADOMOSCI WSTPNE Przy du\ych mocach zwarciowych, prdy zwarciowe znacznie przekraczaj poziom 100 kA. Skutki cieplne i dynamiczne staj si trudne do opanowania, a likwidacja Rys. 1. Schemat CHCL prdu staBego [4] zakBóceD  bardzo kosztowna. Szczególnie kBopotliwe staje si zabezpieczanie niewielkich odbiorników zasilanych z 1600 i [A] u [V] 1000 sieci o du\ej mocy zwarciowej, gdy\ dla typowych 900 1400 wyBczników zdolno[ wyBczania maleje ze 800 zmniejszeniem si prdów znamionowych. Po\dane staje 1200 i 700 si szybkie ograniczanie prdów zwarciowych. W 1000 600 przypadku umiarkowanych prdów roboczych i du\ych u 800 500 mocy zwarciowych dobre rezultaty przynosi stosowanie 400 bezpieczników ograniczajcych [1]. Gdy prdy robocze s 600 300 wiksze - mo\na stosowa zestykowe wyBczniki 400 ograniczajce [2], których szybko[ dziaBania w 200 200 porównaniu z bezpiecznikami jest jednak ograniczona, oraz 100 kosztowne wyBczniki statyczne [3] lub hybrydowe. W[ród 0 0 Bczników hybrydowych wyró\ni mo\na bezstykowy 0 100 200 300 400 500 t [µs] ogranicznik prdów zwarciowych  CHCL (Contactless Hybrid Current Limiter) [4] oraz ogranicznik zestykowy  Rys. 2. Przebieg prdu i napicia CHCL [6] IGBT-CLID (Contactless Hybrid Current Limiter) [5]. Na rysunku 2 przedstawiono przykBadowe przebiegi 2. BUDOWA OGRANICZNIKA CHCL prdów i napicia podczas dziaBania CHCL. W bezpieczniku wykorzystano topik Ag o [rednicy 0,13 mm. Ogranicznik CHCL (rys. 1) skBada si z trzech Eksperyment wykonano w obwodzie drgajcym RLC o równolegBych torów prdowych: bezpiecznika czstotliwo[ci 488 Hz i spodziewanym prdzie zwarcia ___________________________________________________________________________________________________________________________ Recenzent: Prof. dr hab. in\.. Kazimierz Jakubiuk  WydziaB Elektrotechniki i Automatyki Politechnika GdaDska - 66 - 1,8 kA. Zastosowano wic czstotliwo[ prdu momencie jego wyBczenia decyduje odbudowa probierczego okoBo 10 razy wiksz od czstotliwo[ci wytrzymaBo[ci napiciowej, natomiast sposób wyznaczania sieciowej w celu otrzymania du\ej stromo[ci narastania momentu zaBczenia AP jest odmienny dla Bczników prdu, przy stosunkowo niewielkiej jego warto[ci CHCL i IGBT-CLID. szczytowej. 4.1. Sterowanie CHCL W przeciwieDstwie do typowych wyBczników i 3. BUDOWA OGRANICZNIKA IGBT-CLID ograniczników póBprzewodnikowych lub hybrydowych, CHCL nie jest wyposa\ony w ukBady pomiarowe prdu, Ogranicznik IGBT-CLID (rys. 3) ró\ni si od CHCL gdy\ rol dyskryminatora zwar speBnia BKT, a moment tym, \e w gBównym torze prdowym zastosowano zestyk zaBczenia AP jest uzale\niony od zapalenia si Buku w tym otwierany mechanicznie (ZM), zamiast bezpiecznika bezpieczniku. Zapalenie si Buku najBatwiej stwierdzi przez krótkotopikowego BKT. Stosuje si do tego szybki napd pomiar napicia na BKT lub obserwacj [wiatBa indukcyjno-dynamicznego (NID) [7]. Rola AP i ZnO jest generowanego przez Buk, co zostaBo przedstawione na podobna jak w przypadku CHCL. Schemat rozpatrywanego rysunku 5. ogranicznika IGBT-CLID przedstawiono na rysunku 3. Optymalne dziaBanie ogranicznika CHCL wymaga precyzyjnego Bczenia AP, w starannie dobranych momentach. W celu zapewnienia odpowiedniej wytrzymaBo[ci powrotnej CHCL zaBczenie AP powinno nastpi dopiero wówczas, gdy wytopi si caBy topik. Jednak nadmierne wydBu\anie czasu Bukowego BKT pozwala na wzrost ograniczanego prdu oraz wytworzenie zjonizowanej plazmy o du\ej objto[ci, co wydBu\a czas dejonizacji. Czas przewodzenia AP nie powinien by dBu\szy, ni\ czas niezbdny do uzyskania gwarantowanej wytrzymaBo[ci przerwy midzystykowej BKT. WyBczenie AP powinno nastpi dopiero wówczas, gdy przerwa midzystykowa w BKT zostanie zdejonizowana, co zale\y od czasu przewodzenia prdu przez Bcznik póBprzewodnikowy AP. Z drugiej strony nie mo\na Rys. 3. Schemat IGBT-CLID prdu staBego [5] dopu[ci do nadmiernego wzrostu prdu zwarciowego, który narasta caBy czas, a\ do momentu przejcia go przez Na rysunku 4 przedstawiono przykBadowe przebiegi warystor ZnO. Dopiero ten ostatni wymusza przej[cie prdów i napicia podczas dziaBania IGBT-CLID. prdu przez zero. Eksperyment wykonano równie\ w obwodzie drgajcym RLC o czstotliwo[ci 488 Hz i spodziewanym prdzie i [A] zwarcia 1,1 kA, czas dejonizacji przyjto 65 µs. 700 100 u [V] 90 600 iNID [kA] 1 80 0.9 i [kA] u [V] 800 12 500 70 0.8 700 iNID 10 60 400 0.7 600 50 0.6 8 300 3 500 u 40 0.5 2 30 400 200 6 0.4 20 300 4 i 100 0.3 4 10 200 0.2 0 0 2 100 0.1 180 190 200 210 220 t [µs] 0 0 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Rys. 5. Detekowanie momentu rozpadu topika: 1  prd, 2- spadek t [µs] napicia na BKT, 3  sygnaB ukBadu mierzcego spadek napicia na BKT, 4  sygnaB sondy optycznej Rys. 4. Przebieg prdu i napicia IGBT-CLID: iNID - prd w obwodzie napdu NID SygnaB sterujcy AP formowany po wykryciu [wiatBa Buku jest nieco opózniony w porównaniu z sygnaBem 4. STEROWANIE OGRANICZNIKIEM powstajcym w oparciu o pomiar napicia na BKT, gdy\ wyrazny wzrost napicia mo\na zauwa\y jeszcze przed Poprawne ograniczanie prdu zwarciowego przez rozpadem topika. Wykorzystanie sygnaBu [wietlnego przedstawione urzdzenia zale\y od wBa[ciwego uwarunkowane jest specjaln konstrukcj bezpiecznika. wysterowania Bcznika póBprzewodnikowego AP. O Uwzgldniajc czasy zaBczenia AP i opóznienia  decyzji - 67 - ukBadu sterowania US, okaza si mo\e, \e trwania zakBócenia oraz doprowadzi do utraty optoelektroniczne formowanie sygnaBu sterujcego sterowalno[ci przez AP. niepotrzebnie wydBu\a czas Bukowy. 20 s i [A] 900 u [V] 16 4.2. Sterowanie IGBT-CLID 800 14 W przypadku ogranicznika IGBT-CLID, rozsunicie 700 1 12 styków Bcznika zestykowego, wchodzcego w skBad 600 IGBT-CLID, nastpuje  na rozkaz po przekroczeniu przez 10 prd zwarciowy lub jego stromo[ zadanej warto[ci, za[ 500 ZaBczenie AP 8 przerzut prdu do Bcznika statycznego jest te\ dokonywany 400 autorytarnie z opóznieniem niezale\nym od wyBczanego 6 2 300 prdu. 4 200 W chwili wykrycia zwarcia nastpuje wysBanie impulsu uAP zaBczajcego AP. W tej samej chwili sygnaB sterujcy 2 100 3 uruchamia napd elektrodynamiczny (NID), który rozwiera 0 0 Bcznik mechaniczny (ZM). Napicie wystarczajce do 0 50 100 150 200 250 300 wymuszenia przerzutu prdu do Bcznika t [µs] póBprzewodnikowego, otrzymuje si w wyniku wzrostu spadku napicia na otwieranym ZM. Czas do rozwarcia Rys. 6. Prd i napicie na zaciskach BKT ogranicznika CHCL: zestyku w pewnych rozwizaniach ukBadu napdowego przerzut prdu bez zapBonu Buku, 1  prd, 2 spadek wynosi do 100 µs. W krótkim czasie nastpuje przerzut napicia na zaciskach BKT, 3  sygnaB sondy optycznej prdu z ZM do AP, gdy\ ten ostatni element mo\e zostaB wysterowany z wyprzedzeniem. W takim przypadku Buk si us [V] u [V] nie zapala, a pojawiajce si sBabe wyBadowanie iskrowe 700 60 16 i [A] trwa zaledwie kilka mikrosekund. Przerwa midzystykowa 55 3 14 600 50 nie jest silnie zjonizowana i odbudowa wytrzymaBo[ci jest 45 12 prawie natychmiastowa. ZaBczenie AP jest niemo\liwe, w 500 40 przypadku niezadziaBania napdu NID. UkBad sterowania 1 10 35 400 musi zatem równie\ kontrolowa stan naBadowania baterii 30 8 kondensatorów ukBadu napdowego. WyBczenie AP 300 25 komutuje prd do warystora (ZnO). Musi to nastpi zanim 6 20 prd zwarciowy osignie poziom utraty sterowalno[ci przez 200 15 4 tranzystor. Sukces zale\y od szybko[ci napdu, który musi 10 2 100 otworzy styki, nim prd zwarciowy osignie 2 5 niebezpieczn warto[. 0 0 0 120 140 160 180 200 220 240 t [µs] 5. ZYBKIE ZAACZANIE AP Rys. 7. Prd i napicie na zaciskach BKT ogranicznika CHCL: Klasycznie sterowanie AP opiera si o tzw.  krzyw V przerzut prdu z zapBonem Buku, 1  prd, 2 spadek [8,9], wyra\ajc wzajemn zale\no[ czasu Bukowego i napicia na zaciskach BKT, 3  sygnaB sondy optycznej. czasu dejonizacji. Podczas badaD zauwa\ono, \e zaBczajc AP znacznie wcze[niej, mo\e wystpi rozpad topika nawet po przerzuceniu prdu do AP, a wic bez dopBywu energii z 6. MODELOWANIE zewntrz. Jest to zgodne z wynikami badaD Vermija [10], Symulacja dziaBania ogranicznika CHCL wymaga który zauwa\yB, \e rozpad topika bezpiecznika piaskowego starannego doboru modeli: bezpiecznika krótkotopikowego jest kontynuowany nawet wtedy, gdy bezpiecznik zostanie BKT, równolegBego Bcznika póBprzewodnikowego oraz zwarty. Podobne zjawisko zaobserwowano w czasie obwodu komutacyjnego. W literaturze dostpny jest bogaty dziaBania CHCL, co zostaBo przedstawione na rysunku 6. wybór modeli Bczników póBprzewodnikowych i Pionow lini przerywan zaznaczono moment inicjacji warystorów nadajcych si do symulacji dziaBania CHCL. dziaBania US, od którego zaczyna si odliczanie opóznienia Istotnym problemem jest taki dobór modelu bezpiecznika zaBczenia AP. W rozpatrywanym przypadku czas ten BKT, aby pomimo daleko idcych zmian jego wBa[ciwo[ci wyniósB 20 µs. Na rysunku 7 przedstawiono sytuacj, w w czasie dziaBania, od momentu pojawienia si prdu której US pobudzony zostaB przy znacznie wy\szym zwarciowego do jego peBnego wyBczenia, mo\liwe byBo napiciu mierzonym na zaciskach BKT. W tym przypadku prawidBowe sterowanie równolegBym Bcznikiem nastpiB zapBon Buku, a zatem wymagany jest dBu\szy czas statycznym. Do analizy dziaBania CHCL zastosowa mo\na dejonizacji. uogólniony model oparty na bilansie mocy (czarna Wcze[niejsze zaBczenie AP mo\e skróci czas skrzynka), przyjmujc, \e bezpiecznik, zarówno przed dziaBania AP, co jest bardzo korzystne, ze wzgldu na rozpadem topika, jak i po zapaleniu si Buku przedstawia w skrócenie czasu trwania zakBócenia. Wymaga jednak obwodzie pewn konduktywno[ zale\n od warunków dokBadnego dobrania chwili pobudzenia US. Mo\liwe to chBodzenia. W czasie Bukowym mo\e mie on posta jest tylko przez pomiar napicia na zaciskach BKT. BBdnie modelu zaciskowego Buku elektrycznego Cassiego [11]: dobrany czas zaBczenia AP mo\e znacznie wydBu\y czas P A e i n e z c  B a Z - 68 - dobranym do czasu rozsuwania styków na pewn ëø odlegBo[, zale\nym od szybko[ci dziaBania napdu, a nie 1 dga d ln ga 1 u2 öø ìø ÷ø (1) = = 2 ìøU wyBczanego prdu. ga dt dt Ä -1÷ø c íø c øø gdzie: ga  konduktywno[ Buku, u  napicie Bukowe, i  8. BIBLIOGRAFIA prd Buku, Äc  staBa czasowa Buku, Uc  staBa zwizana z warunkami chBodzenia Buku, o wymiarze 1. Kojovic Lj., Hassier S.: Application of current limiting napicia. fuse in distribution systems for improved power quality and protection, IEEE Transactions on Power Delivery, Na rysunku 8 przedstawiono wyniki symulacji z Volume 12, Issue 2, April 1997. wykorzystaniem opisanego modelu, dla schematu CHCL, 2. Dzierzbicki S., Walczuk E.: WyBczniki ograniczajce przedstawionego na rysunku 1. Eksperyment numeryczny prdu przemiennego, Wydawnictwa Naukowo- wykonano dla topika miedzianego o [rednicy 0,13 mm, Techniczne, Warszawa 1976 dBugo[ci 1 mm, w obwodzie drgajcym RLC o 3. Messina C., Messina N., Oriti C., Tina G.: High speed czstotliwo[ci 488 Hz i spodziewanym prdzie zwarcia 1,8 current limiting circuit breaker for LV distribution kA, dla nastpujcych parametrów tego obwodu: systems, 8th International Symposium on Short- pojemno[ C = 2 mF, indukcyjno[ L= 53 µH, napicie Circuit Currents in Power Systems, 8 10 October 1998, Badowania kondensatora UCo = 350 V. Czas przewodzenia Brussels, Belgium. Conf. Proc., p. 207-212. AP przyjto 130 µs. 4. Wolny A., Semenowicz B.: Hybrid contactless short- circuit current limitation, 10-th International 1600 i [A] 900 u [V] Symposium on  Short Circuit in Power Systems , 800 1400 Aódz, 28-29 October 2002, Conf. Proc., p. 221-225. 700 5. Czucha J., PikoD M., [yborski J.: Ultra rapid IGBT- 1200 2 600 contact current limiting interrupting device of very 1 1000 high breaking capacity, 8th International Symposium 500 800 on Short-Circuit Currents in Power System, 8-10 400 600 October 1998, Brusels, Belgum, p. 219. 300 6. Le[niewski P.: Bezstykowy hybrydowy ogranicznik 400 200 prdów zwarciowych w symulacji komputerowej, 200 100 Zeszyty naukowe WydziaBu EiA Automatyki PG, Nr 0 0 22, GdaDsk 2006. 0 100 200 300 400 500 7. Jankowski P., Badanie wBasno[ci napdu indukcyjno- t [µs] dynamicznego metod modelowania matematycznego, Rozprawa doktorska, GdaDsk, 1998. Rys. 8. Ograniczanie prdu zwarciowego przez CHCL (symulacja): 1  prd zwarcia, 2  napicie na 8. Semenowicz B., Partyka R.: Dielectric strength of the zaciskach CHCL. ultra-short fuse, Seventh International Conference of Electric Fuses and Their Applications, 8-10 September, 7. WNIOSKI Jurata 2003. 9. Le[niewski P., TBustochowicz A.: WpByw sterowania W przypadku CHCL sterowanie AP najcz[ciej ogranicznika prdów zwarciowych na jako[ energii uzale\nione jest od zapBonu Buku w BKT. Moment elektrycznej. Zeszyty naukowe WydziaBu EiA PG, Nr zaBczenia AP musi by starannie dobrany i jest 21, GdaDsk 2005. uzale\niony od wyBczanego prdu. 10. Vermij L.: Electrical behaviour of fuse elements, ZaBczenie AP z wyprzedzeniem, przed caBkowitym Doctor s thesis, Technological University Eindhoven, rozpadem BKT skraca czas potrzebny na dejonizacj 1969. wytworzonej przerwy, a zatem czas trwania zakBócenia. 11. Schavemaker P.H.: Arc model blockset for use with W przypadku IGBT-CLID istnieje mo\liwo[ MATLAB Simulink and Power System Blokset  dowolnego narzucenia czasu jego dziaBania. Po otworzeniu User s guide, Delft University of Technology, 2001. zestyku, po czasie zale\nym od napdu, a niezale\nym od prdu, zaBczenie AP nastpuje ze staBym opóznieniem, CONTROL METHODS OF CLASSIC AND CONTACTLESS HYBRID CURRENT LIMITERS Based upon classic and contactless hybrid current limiters (HCL) design, a short discussion is presented on the requirements concerning the control of the inherent semiconductor switch of both apparatuses. Results of some experiments and simulations are given for HCL comprising IGBT. Differences between short-circuit current discrimination methods for both HCLs have been stressed. In the case of contactless HCL (CHCL), the discrimination of fuse element rupturing is used to trigger the IGBT, whereas signals based on the current measurement serve for IGBT triggering in the classic ones. It has been noted that a carefully chosen instant of IGBT triggering in CHCL allows for its almost arcless operation.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Zasady sterowania MA dn
Zasady rachunkowości w zakresie prawa podatkowego w Polsce
Fundacje i Stowarzyszenia zasady funkcjonowania i opodatkowania ebook
Ogolne zasady proj sieci wod kan
Zasady Huny Pigułka
OGRANICZANIE TEGO CO CUDOWNE
Zasady ustroju politycznego państwa UG 2012
automatyka i sterowanie wyklad
Zasady BHP w praktyce
Zasady Muzyki folie
Zarządzanie Wiedzą2 Ogólne zasady oceny zgodności maszyn
Zasady postępowania w ogniskach zatruć pokarmowych

więcej podobnych podstron