Unidades retificadoras para subestações de tração

Um retificador semicondutor, dependendo do circuito de retificação adotado e do circuito de acoplamento do transformador de potência, pode ser incluído em uma ponte ou circuito de neutro.

Unidades retificadoras para subestações de tração do transporte elétrico urbano VAK-1000/600-N, VAK-2000/600-N e VAK-3000/600-N. As designações dos tipos de unidade são decifradas da seguinte forma: retificador com retificador de válvula de silício, para corrente nominal retificada 1000, 2000 ou 3000 A, tensão nominal retificada 600 V, operando de acordo com o circuito zero.

A unidade consiste em um transformador de potência, um retificador, um gabinete de controle, gabinetes ou painéis de proteção e uma chave catódica de alta velocidade.

Retificadores de acordo com os tipos de retificador são designados como BVK-1000/600-N, BVK-2000/600-N e BVK-3000/600-N, o que significa: retificador de silício para corrente retificada nominal 1000, 2000 ou 3000 A, retificado nominal tensão 600 V operando no circuito neutro.

Cada fase ou braço da unidade retificadora consiste em válvulas conectadas em paralelo e em série.

A conexão paralela de válvulas é usada quando a corrente nominal da fase ou perna excede a corrente nominal das válvulas individuais.

A conexão em série de válvulas é usada para garantir a rigidez dielétrica de uma fase ou braço na parte não condutora do período em que a tensão reversa é aplicada à fase.

O número de válvulas conectadas em paralelo na fase ou perna n1 é determinado com base no fato de que a corrente da fase ou perna Ia do retificador deve ser menor que a corrente nominal total das válvulas conectadas em paralelo

onde Ki — fator de corrente de segurança considerado igual a 1,35-1,8.

Quando as válvulas são conectadas em paralelo, a corrente entre elas é distribuída de forma desigual, levando ao superaquecimento e falha mais rápida das válvulas de alta corrente e subutilização das válvulas de corrente. A distribuição desigual da corrente entre as válvulas conectadas em paralelo se deve ao fato de que as válvulas na prática diferem um pouco umas das outras em seus ramos diretos de características de corrente-tensão e resistências térmicas.

Para equalizar a corrente entre as válvulas conectadas em paralelo, podem ser utilizadas resistências ôhmicas conectadas em série com as válvulas ou divisores de corrente indutivos.

Arroz. 1. Diagrama de um divisor de corrente indutivo para duas válvulas conectadas em paralelo: Se — corrente de fase, I2v, I1v — corrente da válvula

Arroz. 2. Esquema de um divisor de corrente indutivo para três válvulas conectadas em paralelo

As resistências ôhmicas conectadas em série com as válvulas raramente são usadas devido ao aparecimento de perdas adicionais e diminuição da eficiência do retificador.

Em instalações de alta potência, normalmente são usados ​​divisores de corrente indutivos.

Na fig.1 mostra um diagrama de um divisor de corrente indutivo para duas válvulas conectadas em paralelo. O separador consiste em um núcleo de aço no qual são enroladas duas bobinas idênticas, conectadas de forma que os fluxos magnéticos gerados por elas tenham direções opostas.

Com a desigualdade de corrente nos ramos paralelos, o fluxo magnético resultante aparece no núcleo, o que cria uma queda de tensão adicional no enrolamento com uma corrente menor, conseguindo uma equalização da corrente nos enrolamentos e nas válvulas conectadas em paralelo. Uma pequena quantidade de e é necessária para equalizar a corrente em válvulas paralelas. portanto, os enrolamentos divisores consistem em um pequeno número de voltas.

Na fig. 2 mostra um diagrama de um divisor de corrente indutivo para três válvulas conectadas em paralelo. O divisor consiste em um núcleo magnético de três barras com duas bobinas em cada tira. Cada uma das válvulas conectadas em paralelo é conectada à fase através de duas bobinas conectadas em série localizadas em barras diferentes. À medida que a corrente aumenta em um ramo paralelo, um e adicional é induzido. etc. v. nos outros dois ramos, equalizando assim a corrente nos enrolamentos do divisor e das válvulas.

Os divisores são implementados da mesma forma com um número maior de portas conectadas em paralelo. O número de válvulas conectadas em série em cada perna ou fase é escolhido de forma que a tensão reversa nominal total de todas as válvulas conectadas em série seja maior que a tensão reversa máxima aplicada ao braço ou fase com o circuito de correção selecionado (ponte ou zero)

onde Σrev.vent é a soma das válvulas nominais conectadas em série reversa, max é a tensão reversa máxima por fase ou braço para um determinado circuito retificador, Ki é o fator de segurança de tensão considerado igual a 1,45-1,8.

Portanto, o número de portas conectadas na série n2 será

O número de válvulas de avalanche conectadas em série é escolhido igual a

Para garantir uma distribuição uniforme da tensão reversa entre as válvulas conectadas em série, uma cadeia de resistores shunt conectados em série R ×, com resistências iguais, é conectada em paralelo às válvulas, que servem como um divisor de tensão. O valor da resistência dos resistores de derivação R × é selecionado dependendo da classe e do número de válvulas conectadas em série na faixa de 1,5-5 kΩ.

A irregularidade da distribuição de corrente ao longo dos ramos paralelos de uma fase ou braço não deve exceder ± 5% da corrente média medida no ramo paralelo, e em uma corrente de carga acima de 100% do modo nominal, a corrente de curto-circuito deve não exceda ± 10%. A distribuição não uniforme de tensões reversas nas válvulas não deve exceder ± 10% da tensão reversa operacional média aplicada à válvula.

Na fig. 3 mostra o esquema de ligação de uma fase da unidade retificadora BVK-1000/600-N.

Os retificadores BVK com válvulas anti-avalanche são construídos na fábrica com gabinetes de proteção contra surtos CA e os lados energizados removidos.

A proteção contra surtos no lado CA desses retificadores consiste em capacitores C1 e resistores R1 conectados em estrela ou triângulo, que são conectados às fases do enrolamento secundário do transformador (Fig. 4).

Arroz. 3.Diagrama de conexão de uma fase do BBK-1000/600-N

Arroz. 4. Esquema do bloco retificador VAK com proteção contra surtos

Essa proteção utiliza capacitores KM-2-3.15 com capacidade de 7,5-8 microfarads, resistores PE-150 com potência de 150 W e resistência de 5 ohms e fusíveis PK-3 com fusível de 7,5 amperes.

A proteção contra sobretensões de comutação no lado da corrente retificada é fornecida por dois capacitores C2 IM-5-150, com capacidade de 150 microfarads, conectados em paralelo. Dois resistores de 5 ohms R2 são conectados em série com eles. Capacitores com resistores são conectados entre os pólos positivo e negativo da unidade retificadora por meio de um fusível PK-3 com fusível de 50 A.

Arroz. 5. Circuito de proteção contra sobretensão do lado do enrolamento da válvula do transformador e corrente retificada

A sobretensão nos barramentos do quadro CC, quando uma chave rápida desliga as correntes de curto-circuito na linha, não excede 2 kV, ou seja, não excede a rigidez dielétrica do circuito série das válvulas. Mas as válvulas podem ser afetadas por surtos resultantes da adição de surtos quando as correntes de curto-circuito na linha são desligadas por interruptores de alta velocidade com surtos de correntes de comutação nas próprias válvulas.

Para proteger os retificadores semicondutores de sobretensão, é recomendado um circuito usando pára-raios e capacitores (Fig. 5). Os limitadores RV1-00 são instalados no lado da válvula do transformador, incluindo um entre cada fase e o terminal neutro ou negativo do transformador.Devido ao fato dos limitadores serem acionados por um tempo de 2 a 20 μs, e as sobretensões aparecerem em frações de microssegundo, é necessário instalar capacitâncias de 0,5 μF em paralelo com os limitadores. As capacitâncias são conectadas às bobinas das válvulas por meio de fusíveis PK-3.

No lado da corrente retificada entre os pólos positivo e negativo, as válvulas de avalanche são ligadas com uma tensão de avalanche total de 900 a 1000 V. As válvulas são conectadas ao barramento positivo por meio de fusíveis PC-3. Estruturalmente, essa proteção é um painel getinax com fusível, duas válvulas de avalanche VL-200 e dois resistores montados. O painel é instalado na gaiola com um interruptor catódico. Na fig. 6 é uma vista dimensionada do painel de proteção contra surtos do lado da corrente retificada.

Para proteção contra sobretensões atmosféricas, recomenda-se a instalação de bornes no pólo positivo (tanto das linhas de trolley quanto negativo) da linha aérea.

Devido ao fato de que as válvulas de avalanche podem passar brevemente correntes significativas na direção oposta, conectadas em paralelo com as válvulas, os circuitos R × e R — C não podem ser instalados. Portanto, os blocos retificadores BVKL não possuem circuitos R — C, o que simplifica o diagrama de blocos. No entanto, para garantir o bom funcionamento, o circuito de monitoramento do estado das válvulas do circuito RSh também foi mantido nos blocos retificadores com válvulas de avalanche.

Arroz. 6. Painel de proteção contra surtos no lado da corrente retificada: a — vista frontal, b — vista superior, 1 — resistores, 2 — válvulas de avalanche, 3 — fusível PK -3

O controle do estado das válvulas é feito especificando os relés (misturadores) conectados aos pontos médios dos ramos paralelos das válvulas de cada fase ou braço, que possuem o mesmo potencial (ou uma diferença de potencial muito pequena devido às diferenças nas características das válvulas).

Em caso de falha de válvula em algum braço de um ramal paralelo de válvulas, devido à alteração da resistência deste braço, ocorre uma diferença de potencial entre os pontos de ligação dos misturadores, suficiente para que o misturador funcione e feche a Contatos.

O contato do liquidificador fecha o circuito de cada enrolamento secundário do transformador de sinal TC, causando assim uma mudança no fluxo magnético no circuito magnético e acionando o relé de proteção, que por sua vez fecha o circuito para um sinal ou para desarmar a unidade retificadora. O transformador de sinal isola simultaneamente os contatos do extintor dos circuitos de 220 V.

O painel do gabinete de controle ao lado dos misturadores mostra os números dos circuitos de fase e paralelo entre os quais os misturadores estão conectados. Um sinalizador caído no extintor indica qual circuito procurar por falhas.

Os retificadores são feitos na forma de gabinetes de armação de metal com portas duplas, portas dianteiras e traseiras e paredes laterais removíveis. Dentro dos gabinetes são montados painéis removíveis de material isolante, nos quais são fixadas válvulas com resfriadores. As válvulas de um circuito em série são conectadas a cada painel.

A fim de proporcionar maior rigidez dielétrica à unidade retificadora, para reduzir a possibilidade de sobreposição entre as válvulas ou seus resfriadores de ar, os painéis de válvulas no gabinete são colocados de forma que haja a menor diferença de potencial possível entre eles.

Dentro do gabinete, de um lado, existem barramentos CA aos quais os ramos paralelos de válvulas são conectados por meio de divisores de corrente. A alimentação dos fios anódicos do transformador para os barramentos pode ser feita tanto por baixo quanto por cima, do outro lado há uma tira catódica com shunt. A caixa do retificador é instalada de forma que seja possível fazer a manutenção não apenas pela frente e por trás, mas também pela lateral.

Um ventilador é montado na parte superior do gabinete, o que cria um fluxo de ar de resfriamento de baixo para cima. Um relé de ar é montado na carcaça do ventilador, que controla o fluxo de ar de resfriamento.