Заряд конденсаторов от источников выпрямленного тока

Основным назначением заряда конденсаторов от источников переменного тока является обеспечение готовности защиты к действию при к. з., которым не предшествовал длительный нормальный режим. В этом случае заряд конденсаторов от источников переменного напряжения отсутствует и в момент к. з. защита не имеет оперативного напряжения. Примером может служить включение под напряжение трансформатора на ответвлении от В Л, поскольку оперативные цепи защиты питаются от ТН или ТСН стороны низшего напряжения трансформатора. Основной интерес представляет исследование скорости нарастания напряжения на конденсаторе при подаче тока, т. е. исследование переходного процесса заряда. Следует иметь в виду, что в установившемся режиме напряжение заряда не должно превышать номинальное. В этом отношении токовое УЗ должно удовлетворять приблизительно тем же требованиям, что и БПТ.
Рассмотрим два способа выполнения токового УЗ — с НТТ и нелинейным резистором, ограничивающим амплитуду напряжения, и с феррорезонансным БПТ. В обоих случаях рассматривается только двухполуперйодное выпрямление, так как, во-первых, необходима наибольшая скорость заряда, а, во-вторых, наличие постоянной составляющей зарядного тока при однополупериодном выпрямлении может привести к увеличению намагничивающего тока НТТ и замедлению заряда.
В гл. 1 было показано, что БПТ с нелинейными резисторами являются очень неэкономичными и требуют рассеяния резисторами мощности, значительно превышающей выходную. Однако в качестве УЗ для конденсаторов небольшой емкости такие БПТ в принципе могли бы найти применение.
Рассмотрим переходной процесс заряда конденсатора от БПТ с нелинейным резистором на выходе. Схема замещения показана на рис. 35, а. Сопротивления обмоток НТТ приняты чисто активными г и гг, а магнитопровод НТТ предполагается имеющим ПХН характеристику, т. е. в схеме замещения это ключ, разомкнутый при ненасыщенном НТТ и замкнутый при насыщенном. Нелинейный элемент показан в виде нелинейного резистора г, однако в принципе может использоваться и какой-либо управляемый полупроводниковый элемент, например тиристор. Будем считать, что ограничение напряжения нелинейным элементом г наступает раньше, чем насытится магнитопровод НТТ. В этом случае заряд вынужденным током происходит до момента, когда напряжение на конденсаторе станет наибольшим. При синусоидальном входном токе ii=/im sin at и начале заряда в момент t=0 найдем: где N — номер полупериода заряда.
Кривые токов и напряжений показаны на рис. 35, б.
Более простые расчетные выражения можно получить, приняв допущение, что входной ток имеет прямоугольную форму кривой с амплитудой, равной среднему току /юр. Тогда рост напряжения будет линейным.
Чем больше t по сравнению с длительностью полупериода, тем меньше погрешность расчета по (92, а) по сравнению с (92). Уже при /=35мс погрешность расчета не превышает 6—7%. При /= = 1 ON мс, где N — целое число полупериодов, погрешность вообще отсутствует (при частоте 50 Гц).
Недостатком токового УЗ по схеме, приведенной на рис. 35, а, является то, что оно не может одновременно использоваться как БПТ (см. гл. 1). Поэтому более перспективно использовать в качестве токового УЗ феррорезонансный БПТ. Упрощенная схема УЗ с ПХН характеристикой магнитопровода НТТ показана на рис. 36, а. Весь переходный процесс заряда конденсатора С2 может быть разделен на два этапа.
Начальная часть процесса заряда — когда магнито-провод НТТ еще не насыщен. На этом этапе ток, протекающий через дроссель L, можно считать принужденным, и результирующая схема замещения упрощается и имеет вид, показанный на рис. 36, б. Основное отличие переходного процесса в схеме на рис. 36,6 по сравнению со схемой на рис. 35, а определяется наличием конденсатора С1, в который ответвляется часть входного тока, причем эта часть увеличивается по мере нарастания напряжения заряда. Начальная часть процесса заряда завершается, когда ЭДС НТТ Е достигает значения, соответствующего насыщению НТТ, т. е. в момент начала ферро-резонанса.