186348. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés vezérelt egyenirányítók vezetési szakaszai között lévő asszimetriák felderítésére
3 186348 4 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés vezérelt egyenirányítók vezetési szakaszai között lévő aszimetriák felderítésére. A váltakozó áramú hálózatokról üzemelő vezérelt egyenirányítóknál a hálózati viszonyok miatt fontos az egyes fázisokban a pozitív és negatív vezetési szakaszok egyenlősége, főleg két alapvető szempontból. A váltakozó áramú hálózatok felépítése olyan, hogy a pozitív és negatív félperiódusok teljes szimmetriáját tételezik fel, és ennek megbomlása a nagyrészt mágneses rendszerekben alapuló energiatermelő és fogyasztó berendezések mágneses rendszereiben káros telítéseket, ennek folytán nem várt áramtúlterheléseket stb. okozhat. Sőt az egyszer megbontott szimmetria az egyébként szimmetrikusan üzemelő berendezések üzemét is aszimmetrikussá teszi. A pozitív és negatív vezetési szakaszok szimmetriája fontos továbbá a felharmonikusok szempontjából. Ugyanis sokszor a váltakozóáramú rendszert magát is felhasználják információ átvitelre, pl. a vasútbiztosító berendezéseknél a váltakozóáramú rendszer részét képező sínáramköröket, sokszor pedig a közelében helyezkednek el információ-átvivő berendezések. Ezeket a hálózati frekvencia felharmonikusai zavarják, és a problémát úgy oldják meg, hogy azokat a frekvenciákat veszik igénybe, amelyek a váltakozóáramú rendszerben nem fordulnak elő. Szűrőkkel akadályozzák a többi frekvencia behatolását az érzékeny áramkörökbe. A szűrő elkészítését egyszerűsíti, ha a páros felharmonikusok jelenlétével nem számolnak, mert a páratlan felharmonikusok közötti szabad frekvenciasáv nagyobb, két páratlan felharmonikus közt mindegyiktől legtávolabb a közbülső páros felharmonikus van, így az erőátviteli és egyéb távközlési, vezérlési feladatra alkalmazott frekvenciák elválasztása megfelelő szűrőkörökkel akkor a legkönnyebb, ha ezen utóbbiak az erőátviteli frekvencia páros felharmonikusai. A páros felharmonikusok hiányával reálisan lehet számolni, mivel a váltakozóáramú hálózatok alapvető készülékei, vagy lineáris R, L, C elemekből, vagy mágneses körökből, illetve elektromechanikus elemekből tevődnek össze, és így eleve fizikai működési elvükből kifolyóan, biztosítják a szimmetrikus üzemelést. Szimmetriával csak ott lehet gond, ahol az áramkörhöz olyan nemlineáris elem kapcsolódik, amelynek ellenállása az áram folyási irányától függ, az egyik irányú árammal szemben az ellenállás más, mint a másik irányú árammal szemben. Ilyen elemek például a vezérelt és vezéreletlen egyenirányítók. Az egyenirányítók hálózat felé szimmetrikus működését külön intézkedésekkel biztosítják: olyan kapcsolásokat használnak, amelyekben az egyenirányító elemek mindkét áramirányra szimmetrikusan helyezkednek el. A vezérelt egyenirányítóknál ezenkívül azt is biztosítani kell, hogy a vezérlések nagyon pontosan ellenkező fázisban történjenek, az azonos váltakozó áramú kapocsra csatlakozó két ellenkező irányú vezérelhető egyenirányító elemben. Továbbá sem a vezérelt, sem a vezéreletlen egyenirányítóról nem szabad olyan fogyasztót táplálni, amely a hálózati periódus valamely páratlan felharmonikusát termeli. Ezek a hálózat szimmetriáját biztosító intézkedések azonban nem következnek a berendezések fizikai természetéből: valamely alkatrész meghibásodása a szimmetria kisebb nagyobb elromlását vonhatja maga után. így például az egyenirányítóknál egy ág biztosítójának k iolvadása az egyenirányító kapcsolását aszimmetrikussá teheti, vezérelt egyenirányítóknál pedig a vezérlő berendezésben valamely elem hibája miatt szintén kimaradhat egy ág vezérlése, vagy nem teljes tönkremenetel, hanem például ellenállás érték megváltozása miatt kis vezérlési aszimmetria keletkezhet. így a vezérelt egyenirányítóknál a páros felharmonikusok létrejöttének a kockázata elég nagy, mivel már kis vezérlési aszimmetriák — vagyis a pozitív és negatív periódusban különböző gyújtási időpontok — jelentős hibaáramokat hoznak létre, amelyek az említett és kisteljesítményű védelmi és vezérlő áramkörök működését, azok szűrőkörein áthatolva megzavarhatják. Ez például zavarhatja vasútüzemben az automatikus vasútbiztosító rendszert, a távvezetékek vezérlő áramköreit stb. A hibát kiküszöböli az olyan gyújtási rendszer, amelyik a szimmetrikus gyújtást biztosítja. Tekintve az előzőekben említettek üzemviteli, vagy esetleg baleseti következményeit, célszerű a berendezések szimmetrikus üzemének ellenőrzését külön figyelő védelmi rendszerrel végezni, így az elsődleges, szimmetrikus üzemet biztosító alaprendszerhez egy fedő védelmi rendszert rendelni, amely ellenőrzi a gyújtás szimmetrikus létrejöttét, és hiba esetén a hibás rendszert a hálózatról lekapcsolja. A figyelő rendszer legegyszerűbb megvalósítási formája az áramgörbe bizonyos jellemző pontjai, például a nulla-átmeneti pontok közötti időtartamok mérése. Az ezt alkalmazó figyelő rendszereknek azonban több hibája van. A rendszer csak két pont közti időtartamot figyel, a görbe többi részére érzéketlen. Nagyon pontos figyelés szükséges a megkívánt 1—2°-os eltérés felderítésére. 50 Hz-nél 1°%55 jrs, ami nagyon gyors, kis önidejű áramköröket igényel. Ezek az áramkörök emiatt fokozottan zavarérzékenyek, és esetleg hibátlan esetben is hibát jeleznek. A pontos időmérés ugyancsak nehézségeket jelent. Az időméréses rendszer lényegében azonos elven működik a gyújtó rendszerrel és így annak ellenőrzését egy azzal azonos elven működő, ahhoz hasonló bonyolultságú rendszerre bízza. így könnyen jön létre téves kioldás, vagyis a rendszer lekapcsolódik anélkül, hogy hibás lenne, ez az üzemzavar valószínűségét növeli. Súlyosabb hiba lehetősége is fennáll analóg mérőrendszernél: a berendezésbe erőátviteli frekvenciájú zavarfeszültség jut ugyanúgy, mint a gyújtóba, és hibás esetben nem jelez hibát. A védelem egy másik lehetséges megvalósítási módja az aszimmetria által keltett felharmonikusok észlelésén alapszik. A szimmetria ugyanis azt jelenti, hogy az egyes fázisáramoknak csak alapharmonikus és páratlan felharmonikus összetevői vannak. Aszimmetria esetén páros felharmonikusok és egyenáramú összetevő jelennek meg. így, ha ezeket a normál esetben meglévő alapharmonikus és páratlan felharmonikus összetevőket szűrőkörrel kiszűrjük, és a maradék páros összetevőket megfelelő érzékelővel érzékeljük, akkor egy szimmetria védő készüléket kapunk. Ennek a készüléknek hátránya, hogy szűrőjét elkészíteni nagyon nehéz. Vegyük például azt az esetet, hogy a 2. harmonikusra készítjük az érzékelőt. A hibátlan rendszerben az áram kb. négyszög alakú, aminek felharmonikusai a rendszámmal arányosan csökkenő amplitúdójúak. Ezeket a szűrővel olyan kis értékűre kell csökkenteni, a köztük lévő, és hibára utaló 2. harmonikushoz képest, hogy a rendszer megszólalási küszöbértékét adó gyúj5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
