Gruppi raddrizzatori per cabine di trazione
Un raddrizzatore a semiconduttore, a seconda del circuito di raddrizzamento adottato e del circuito di accoppiamento del trasformatore di potenza, può essere inserito in un circuito a ponte o neutro.
Gruppi raddrizzatori per sottostazioni di trazione del trasporto elettrico urbano VAK-1000/600-N, VAK-2000/600-N e VAK-3000/600-N. Le denominazioni dei tipi di unità sono decifrate come segue: raddrizzatore con raddrizzatore a valvola in silicone, per corrente nominale rettificata 1000, 2000 o 3000 A, tensione nominale rettificata 600 V, funzionamento secondo circuito zero.
L'unità è composta da un trasformatore di potenza, un raddrizzatore, un armadio di controllo, armadi o pannelli di protezione e un interruttore catodico ad alta velocità.
I raddrizzatori in base ai tipi di raddrizzatore sono designati come BVK-1000/600-N, BVK-2000/600-N e BVK-3000/600-N, che significa: raddrizzatore al silicio per corrente nominale raddrizzata 1000, 2000 o 3000 A, nominale rettificata tensione 600 V funzionante su circuito neutro.
Ogni fase o braccio dell'unità raddrizzatore è costituita da valvole collegate in parallelo e in serie.
Il collegamento in parallelo delle valvole viene utilizzato quando la corrente nominale della fase o del ramo supera la corrente nominale delle singole valvole.
Il collegamento in serie delle valvole viene utilizzato per garantire la rigidità dielettrica di una fase o di un braccio nella parte non conduttiva del periodo in cui la tensione inversa viene applicata alla fase.
Il numero di valvole collegate in parallelo nella fase o ramo n1 è determinato in base al fatto che la corrente della fase o ramo Ia del raddrizzatore deve essere inferiore alla corrente nominale totale delle valvole collegate in parallelo
dove Ki — fattore di corrente di sicurezza preso pari a 1,35-1,8.
Quando le valvole sono collegate in parallelo, la corrente tra di esse viene distribuita in modo non uniforme, portando a surriscaldamento e guasto più rapido delle valvole ad alta corrente e sottoutilizzo delle valvole attuali. La distribuzione non uniforme della corrente tra le valvole collegate in parallelo è dovuta al fatto che le valvole in pratica differiscono alquanto l'una dall'altra nei loro rami diretti delle caratteristiche corrente-tensione e nelle resistenze termiche.
Per equalizzare la corrente tra valvole collegate in parallelo si possono utilizzare resistenze ohmiche collegate in serie alle valvole o divisori di corrente induttivi.
Riso. 1. Schema di un divisore di corrente induttivo per due valvole collegate in parallelo: If — corrente di fase, I2v, I1v — corrente valvola
Riso. 2. Schema di un partitore di corrente induttivo per tre valvole collegate in parallelo
Le resistenze ohmiche collegate in serie alle valvole sono raramente utilizzate a causa della comparsa di perdite aggiuntive e di una diminuzione dell'efficienza del raddrizzatore.
Nelle installazioni ad alta potenza vengono solitamente utilizzati divisori di corrente induttivi.
Nella fig.1 mostra lo schema di un partitore di corrente induttivo per due valvole collegate in parallelo. Il separatore è costituito da un'anima in acciaio su cui sono avvolte due bobine identiche, collegate in modo tale che i flussi magnetici da esse generati siano di verso opposto.
Con la disuguaglianza di corrente nei rami paralleli, il flusso magnetico risultante appare nel nucleo, che crea un'ulteriore caduta di tensione nell'avvolgimento con una corrente minore, ottenendo così un'equalizzazione della corrente negli avvolgimenti e nelle valvole collegate in parallelo. È necessaria una piccola quantità di e per equalizzare la corrente nelle valvole parallele. quindi gli avvolgimenti del divisore sono costituiti da un piccolo numero di spire.
Nella fig. 2 mostra lo schema di un partitore di corrente induttivo per tre valvole collegate in parallelo. Lo splitter è costituito da un nucleo magnetico a tre barre con due bobine su ciascuna striscia. Ciascuna delle valvole collegate in parallelo è collegata alla fase tramite due bobine collegate in serie situate su barre diverse. All'aumentare della corrente in un ramo parallelo, viene indotto un ulteriore e. eccetera. v. negli altri due rami, equalizzando così la corrente negli avvolgimenti del divisore e delle valvole.
Gli splitter sono implementati allo stesso modo con un numero maggiore di porte collegate in parallelo. Il numero di valvole collegate in serie in ogni ramo o fase è scelto in modo che la tensione inversa nominale totale di tutte le valvole collegate in serie sia maggiore della massima tensione inversa applicata al braccio o alla fase con il circuito di correzione selezionato (ponte o zero)
dove Σrev.vent è la somma delle valvole inverse nominali collegate in serie, max è la massima tensione inversa per fase o braccio per un dato circuito raddrizzatore, Ki è il fattore di sicurezza della tensione assunto pari a 1,45-1,8.
Quindi il numero di porte collegate in serie n2 sarà
Il numero di valvole da valanga collegate in serie è scelto pari a
Per garantire una distribuzione uniforme della tensione inversa tra le valvole collegate in serie, una catena di resistenze shunt RШ collegate in serie, con resistenze uguali, è collegata in parallelo alle valvole, che fungono da partitore di tensione. Il valore di resistenza dei resistori di shunt RШ viene selezionato in base alla classe e al numero di valvole collegate in serie nell'intervallo 1,5-5 kΩ.
L'irregolarità della distribuzione della corrente lungo i rami paralleli di una fase o di un braccio non deve superare ± 5% della corrente media misurata nel ramo parallelo e, con una corrente di carico superiore al 100% della modalità nominale, la corrente di cortocircuito dovrebbe non superare ± 10%. La distribuzione non uniforme delle tensioni inverse nelle valvole non deve superare ± 10% della tensione inversa operativa media applicata alla valvola.
Nella fig. 3 mostra lo schema di collegamento di una fase del raddrizzatore BVK-1000/600-N.
I raddrizzatori BVK con valvole anti-valanga sono costruiti in fabbrica con armadi di protezione contro le sovratensioni CA e lati in tensione rimossi.
La protezione contro le sovratensioni sul lato AC di questi raddrizzatori è costituita da condensatori C1 e resistori R1 collegati a stella o triangolo, che sono collegati alle fasi dell'avvolgimento secondario del trasformatore (Fig. 4).
Riso. 3.Schema di collegamento di una fase di BBK-1000/600-N
Riso. 4. Schema del blocco raddrizzatore VAK con protezione da sovratensioni
Questa protezione utilizza condensatori KM-2-3.15 con una capacità di 7,5-8 microfarad, resistori PE-150 con una potenza di 150 W e una resistenza di 5 ohm e fusibili PK-3 con un fusibile da 7,5 ampere.
La protezione contro le sovratensioni di commutazione sul lato della corrente raddrizzata è fornita da due condensatori C2 IM-5-150, con una capacità di 150 microfarad, collegati in parallelo. Due resistori R2 da 5 ohm sono collegati in serie con essi. I condensatori con resistori sono collegati tra i poli positivo e negativo dell'unità raddrizzatore tramite un fusibile PK-3 con un fusibile da 50 A.
Riso. 5. Circuito di protezione contro le sovratensioni lato avvolgimento valvola del trasformatore e corrente raddrizzata
La sovratensione nelle sbarre del quadro DC, quando un interruttore rapido interrompe le correnti di cortocircuito sulla linea, non supera i 2 kV, cioè non supera la rigidità dielettrica del circuito serie delle valvole. Ma le valvole possono essere interessate da sovratensioni derivanti dall'aggiunta di sovratensioni quando le correnti di cortocircuito nella linea vengono disattivate da interruttori ad alta velocità con sovratensioni dovute a correnti di commutazione nelle valvole stesse.
Per proteggere i raddrizzatori a semiconduttore dalle sovratensioni, si consiglia un circuito che utilizza scaricatori e condensatori (Fig. 5). I limitatori RV1-00 sono montati sul lato valvola del trasformatore, incluso uno tra ciascuna fase e il terminale neutro o negativo del trasformatore.A causa del fatto che i limitatori vengono attivati per un tempo compreso tra 2 e 20 μs e le sovratensioni compaiono in frazioni di microsecondo, è necessario installare capacità di 0,5 μF in parallelo con i limitatori. Le capacità sono collegate alle bobine delle valvole tramite fusibili PK-3.
Sul lato della corrente raddrizzata tra i poli positivo e negativo, le valvole da valanga sono accese con una tensione da valanga totale di 900 - 1000 V. Le valvole sono collegate al bus positivo tramite fusibili PC-3. Strutturalmente, questa protezione è un pannello getinax con fusibile, due valvole da valanga VL-200 e due resistori montati. Il pannello è installato nella gabbia con un interruttore catodico. Nella fig. 6 è una vista quotata del pannello di protezione contro le sovratensioni lato corrente raddrizzata.
Per la protezione dalle sovratensioni atmosferiche si consiglia di installare morsettiere sul polo positivo (sia filovia che negativo) della linea aerea.
A causa del fatto che le valvole da valanga possono far passare brevemente correnti significative nella direzione opposta, collegate in parallelo con le valvole, i circuiti RШ e R - C potrebbero non essere installati. Pertanto, i blocchi raddrizzatori BVKL non hanno circuiti R - C, che semplifica lo schema a blocchi. Tuttavia, per garantire il corretto funzionamento, il circuito per il monitoraggio dello stato delle valvole del circuito RSh è stato mantenuto anche nei blocchi raddrizzatori con valvole a valanga.
Riso. 6. Pannello di protezione contro le sovratensioni lato corrente raddrizzata: a — vista frontale, b — vista dall'alto, 1 — resistenze, 2 — valvole a valanga, 3 — fusibile PK -3
Il controllo dello stato delle valvole viene effettuato specificando i relè (miscelatori) collegati ai punti medi dei rami paralleli delle valvole di ciascuna fase o braccio, che hanno lo stesso potenziale (o una piccolissima differenza di potenziale dovuta alle differenze nelle caratteristiche delle valvole).
In caso di guasto di una valvola in un qualsiasi braccio di un ramo valvolare parallelo, a causa di una variazione della resistenza di questo braccio, si verifica una differenza di potenziale tra i punti di connessione dei miscelatori, sufficiente affinché il miscelatore funzioni e chiuda il Contatti.
Il contatto blender chiude il circuito di ciascun avvolgimento secondario del trasformatore di segnale TC, provocando così una variazione del flusso magnetico nel circuito magnetico e attivando il relè di protezione, che a sua volta chiude il circuito a un segnale o fa scattare l'unità raddrizzatore. Il trasformatore di segnale isola contemporaneamente i contatti dell'estintore dai circuiti a 220 V.
Il pannello dell'armadio di controllo accanto ai miscelatori mostra i numeri di fase e di circuito parallelo tra i quali sono collegati i miscelatori. Un flag caduto sul quencher indica in quale circuito cercare i guasti.
I raddrizzatori sono realizzati sotto forma di armadi metallici a telaio con doppie porte, porte anteriori e posteriori e pareti laterali rimovibili. All'interno degli armadi sono montati pannelli rimovibili di materiale isolante, sui quali sono fissate valvole con refrigeratori. Le valvole di un circuito in serie sono fissate a ciascun pannello.
Al fine di fornire una maggiore rigidità dielettrica all'unità raddrizzatore, per ridurre la possibilità di sovrapposizione tra le valvole o i loro raffreddatori ad aria, i pannelli delle valvole nell'armadio sono posizionati in modo tale che tra loro ci sia la minima differenza di potenziale possibile.
All'interno dell'armadio, su un lato, sono presenti le sbarre in AC alle quali sono collegati rami di valvole in parallelo tramite divisori di corrente. L'alimentazione dei fili anodici dal trasformatore alle sbarre può essere effettuata sia dal basso che dall'alto, dall'altro lato è presente una striscia catodica con uno shunt. L'alloggiamento del raddrizzatore è installato in modo tale che sia possibile ripararlo non solo dalla parte anteriore e posteriore, ma anche dal lato.
Sulla parte superiore dell'armadio è montata una ventola che crea un flusso d'aria di raffreddamento dal basso verso l'alto. Un relè dell'aria è montato sull'alloggiamento della ventola, che controlla il flusso dell'aria di raffreddamento.