Выпрямители и зарядные устройства

Применение переменного и выпрямленного оперативного тока общепринято при проектировании и сооружении большинства подстанций распределительных сетей 6—10 и 35кВ, а также упрощенных подстанций на ответвлениях от ВЛ 110—220кВ. Это объясняется большой экономической эффективностью отказа от установки аккумуляторных батарей на таких подстанциях, которые, как правило, не имеют постоянного дежурного персонала, а во многих случаях и не отапливаются. Экономический эффект достигается за счет снижения капитальных затрат на сооружение подстанций и благодаря упрощению и удешевлению эксплуатации.
Как известно, основными направлениями в выполнении устройств релейной защиты, не требующих источника постоянного оперативного тока, являются: применение реле прямого действия; применение схем с де шунтированием электромагнитов управления выключателей и короткозамыкателей; применение выпрямительных блоков питания оперативных цепей, включаемых на измерительные трансформаторы тока и напряжения и трансформаторы собственных нужд; применение конденсаторных батарей, заряжаемых в нормальном режиме или при коротких замыканиях (к. з.) от зарядных устройств, включаемых на трансформаторы напряжения или собственных нужд и трансформаторы тока.
Реле прямого действия и схемы с де шунтированием электромагнитов отключения выключателей используются, как правило, для выполнения токовых защит присоединений 6—10кВ, выключатели которых имеют пружинные или пружинно-грузовые приводы. Схемы с де шунтированием электромагнита включения короткозамыкателя используются для выполнения защит трансформаторов упрощенных подстанций, включенных на ответвления от ВЛ 35—220кВ. Однако для действия автоматики отделителя на таких подстанциях необходимо использование заряженных конденсаторных батарей.
Если приводы выключателей электромагнитные, то из-за большой мощности, потребляемой электромагнитом отключения, схемы с их де шунтированием неприменимы, и поэтому источниками оперативного тока для защиты присоединений с электромагнитными приводами выключателей могут быть выпрямительные блоки питания, либо заряженные конденсаторные батареи.
Выпрямительные блоки питания и, в редких случаях, заряженные конденсаторные батареи могут служить источником оперативного тока для аппаратуры, рассчитанной на питание от аккумуляторных батарей: панелей сложных защит, в том числе и высокочастотных, различных высокочастотных аппаратов, например приемников и передатчиков сигналов высокочастотного теле отключения и т. п.
Проходящий в настоящее время переход реле строения на новую элементную базу — интегральные микросхемы— не только сложных устройств защиты, но и массовых защит присоединений 6—10 кВ может привести к ограничению области применения защит с де шунтированием электромагнитов отключения выключателей или, во всяком случае, к дополнению их выпрямительными блоками для питания полупроводниковой части защиты. Таким образом, выпрямительные блоки питания, конденсаторные батареи и устройства для их заряда (зарядные устройства), получившие большое распространение в отечественных распределительных сетях, в перспективе могут использоваться еще шире.
Использование выпрямительных блоков питания и заряженных конденсаторов на подстанциях без аккумуляторных батарей создает ряд проблем, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики на таких подстанциях. К числу этих проблем относятся: зависимость питания оперативных цепей релейной защиты и автоматики от режима работы защищаемой сети; возможность появления кратковременных или длительных отклонений оперативного напряжения от номинального, превышающих аналогичные отклонения напряжения постоянного оперативного тока на подстанциях с аккумуляторными батареями; наличие существенной переменной составляющей в выходном напряжении выпрямительных блоков питания.
В настоящее время электротехническая промышленность серийно выпускает ряд типов выпрямительных блоков питания, блоков конденсаторов и устройств для их заряда. Проектными организациями разработаны типовые материалы, широко используемые при проектировании новых подстанций. Проведены теоретические работы, позволившие выявить особенности режимов выпрямительных блоков питания и зарядных устройств и связь их параметров с параметрами защищаемой сети.
В настоящей книге сделана попытка обобщить результаты теоретических исследований и проектных проработок в области выпрямительных блоков питания и зарядных устройств и их использования в схемах релейной защиты. Автор надеется, что теоретические разделы книги позволят не только понять физику работы существующих типов выпрямительных блоков и зарядных устройств, но и явятся базой для исследования и разработки новых устройств, назначением которых будет, например, питание аппаратуры релейной защиты и автоматики на интегральных микросхемах. В разделах, посвященных схемам включения выпрямительных блоков питания и зарядных устройств и их расчету, представлены основные решения, используемые ведущими проектными организациями Советского Союза.
Автор выражает глубокую благодарность В. А. Семенову за ценные советы, данные им при рецензировании рукописи, и Э. М. Либерзону за тщательное редактирование.