Токовые феррорезонансные блоки питания

Теоретические исследования, подтвержденные многочисленными опытами и аналоговым и цифровым моделированием, были положены в основу разработки серии феррорезонансных БПТ и их модернизаций.
Сформулируем кратко требования к параметрам НТТ, являющегося основой этих БПТ. Сердечник НТТ по возможности должен выполняться из стали, характеристика намагничивания которой близка к прямоугольной. Это обеспечивает наибольшую стабильность выходного напряжения. Введение компенсационных обмоток для снижения колебаний выходного напряжения усложняет конструкцию БПТ и недостаточно эффективно при широком диапазоне изменения входного тока. Поэтому этот метод не нашел применения в БПТ.
Индуктивность рассеяния вторичной обмотки НТТ, замкнутой на конденсатор, должна на промышленной частоте иметь сопротивление, составляющее примерно четверть сопротивления конденсатора. Если это требование не соблюдается, то последовательно с конденсатором должен быть установлен линейный дроссель. Должно обеспечиваться удовлетворительное охлаждение магнитопровода и вторичной обмотки НТТ, так как феррорезонансные колебания на основной гармонике, возникшие при к. з., могут поддерживаться после этого и в нормальном режиме, когда входной ток НТТ уменьшится. Это требование особенно существенно для мощных БПТ.
Мощные БПТ с большими индуктивностями рассеяния первичных и вторичных обмоток НТТ представляют собой значительную нагрузку для ТТ при наличии крутых фронтов токов и напряжений, прикладываемых к первичной обмотке ТТ при волновых процессах, сопровождающих включение В Л под напряжение, а также при к. з. на ВЛ. В эксплуатации наблюдались случаи пробоя изоляции первичной обмотки мощных БПТ при к. з. на защищаемых ВЛ 110кВ. При более низком номинальном напряжении амплитуды перенапряжений были недостаточны для пробоя изоляции БПТ. В связи с этим автором было высказано предположение, что природа перенапряжений аналогична наблюдаемой в каскадных ТТ сверхвысокого напряжения. Были проведены исследования [8], подтвердившие предположение. Расчеты показали, что импульсные перенапряжения при волновых процессах на ВЛ 110—220 кВ могут достигать десятков киловольт. Поэтому в мощных БПТ необходимо устанавливать дополнительные элементы, ограничивающие импульсные перенапряжения. Такими элементами могут служить нелинейные резисторы, например мощные варисторы, разрядники или активно-емкостные звенья, параметры которых должны выбираться с таким расчетом, чтобы они практически не оказывали влияния на работу БПТ при отсутствии импульсных перенапряжений.
Для простоты изготовления и улучшения охлаждения НТТ можно выполнять на П-образном магнитопроводе с первичной и вторичной обмотками, расположенными на разных стержнях. В этом случае существенными оказываются индуктивности рассеяния и первичной, и вторичной обмоток. В ряде случае индуктивность рассеяния вторичной обмотки позволяет сохранить устойчивость фер-рорезонансных колебаний на основной гармонике, и тогда нет необходимости в установке дополнительного дросселя. П-образный магнитопровод можно выполнять со стержнями неодинакового сечения: под первичной обмоткой — меньшего, а под вторичной — большего. Тогда приведенная индуктивность рассеяния вторичной обмотки будет больше и, следовательно, при прочих равных условиях, перенапряжения на входе будут меньше, чем при НТТ с маг-нитопроводом, имеющим стержни равного сечения. Следует, однако, заметить, что объем магнитопровода с неравными стержнями будет большим, чем с равными, и сам магнитопровод — менее технологичным. На индуктивность рассеяния обмоток НТТ значительное влияние оказывают стальные цоколи и кожухи БПТ. Это нужно иметь в виду при конструировании и проверке феррорезонансных БПТ. Объем магнитопровода феррорезонансного БПТ может быть найден по эмпирической формуле
где V — объем магнитопровода, м3; Рвом — номинальная мощность блока, Вт.
Сечение сердечника можно определить по эмпирической формуле
где S — сечение магнитопровода, м2; п — показатель степени, равный 0,25—0,3 при мощности блока 20—50 Вт, 0,35—0,4 при мощности 100—300 Вт и 0,4—0,45 при мощности 400—1500 Вт.
Конденсаторы феррорезонансного контура подбираются таким образом, чтобы наибольшее напряжение на контуре соответствовало наибольшему допустимому напряжению на конденсаторе. Наиболее целесообразно использовать конденсаторы, предназначенные для работы на переменном токе. Поскольку номинальное напряжение конденсатора может отличаться от номинального напряжения БПТ, выпрямитель последнего включается обычно на ответвление вторичной обмотки НТТ.
Большое количество испытаний, проведенных при разработке феррорезонансных БПТ, и многолетний опыт эксплуатации подтвердили его высокую надежность как источника выпрямленного оперативного тока. В распределительных сетях, где постоянные времени апериодических составляющих тока к. з. невелики, кратковременные повышения напряжения при переходном процессе в БПТ практически не сказываются на поведении устройств релейной защиты. В настоящее время [9] выпускается четыре основных типа феррорезонансных БПТ: БПТ-11, БПЗ-402, БПТ-101 и БПТ-1002.