Выбор предохранителей и проверка тиристоров на токи короткого замыкания

3.2 Выбор предохранителей и проверка тиристоров на токи короткого замыкания

При расчёте аварийных токов обычно используют относительные единицы, принимая за базу амплитуду установившегося тока трёхфазного короткого замыкания I_m:

, (30)

где K_{с max} учитывает возможное повышение напряжения сети.

Рисунок 4. Амплитуда ударного тока и интеграл предельной нагрузки в относительных единицах при внутреннем КЗ тиристорного преобразователя по трёхфазной мостовой схеме

По зависимости относительного значения амплитуды ударного тока I_*уд при внутреннем коротком замыкании от параметров трансформатора (рис.4) определим I_*уд=0,9 (при ).

Тогда амплитуда тока короткого замыкания:

, (31)

.

Тепловое воздействие на вентили преобразователя характеризуется интегралом предельной нагрузки .

По зависимости относительного значения интеграла предельной нагрузки от параметров трансформатора (рис. 4) определим W_*= 0,41^.10^-4 (при ).

Интеграл предельной нагрузки:

, (32)

.

Ударный неповторяющийся ток тиристора в открытом состоянии (в соответствии с табл. 3) I_TSM= 4 кА.

По значению ударного тока I_TSM может быть определён защитный показатель  –значение интеграла от квадрата ударного прямого тока синусоидальной формы за время полупериода напряжения сети:

, (33)

Из сравнения видно, что тиристор не выдерживает ударный ток: I_TSM < I_уд; W_T > W. Необходима установка предохранителей.

Проведём предварительный выбор предохранителя. Номинальное линейное напряжение на вторичной стороне трансформатора U_2Л = 205 В. Действующее значение тока через тиристор:

(34)

Выбранный предохранитель типа ПП57-3137 на номинальное напряжение 220 В, номинальный ток 100 А с плавкой вставкой на 100 А [1] обеспечивает защиту тиристоров от тока короткого замыкания. Тем не менее, применим параллельное соединение двух тиристоров. При этом действующее значение тока, протекающего через тиристор при токе I_у:

(35)

Где К_в – число параллельно соединенных вентилей;

 При перегрузке действующее значение тока через тиристор при параллельном соединении:

(36)

По времятоковым характеристикам видно, что плавкая вставка выдержит эту перегрузку в течение более 10 мин, что значительно больше заданного времени (t_П = 2 с). Таким образом, выбранная плавкая вставка обеспечивает работу преобразователя при заданных нагрузках.

Проверим условие защиты тиристора на токи короткого замыкания. Действующее значение первой полуволны тока короткого замыкания при внутреннем коротком замыкании:

, (37)

Тогда по характеристикам для интеграла отключения и тока, ограниченного предохранителем [1] найдем при I₀ = I_уд.д: W_пр = 0,9^.10⁴ А^2.с; I_пр = 4 кА.

Учитывая, количество параллельно включенных вентилей n_в и коэффициента неравномерности распределения токов по вентилям К_В, получим:

Максимальная амплитуда аварийного тока через «здоровый» тиристор, которая ограничивается предохранителем, не должна превышать допустимый ударный ток:

I_TSM> I′_пр . (38)

Максимально возможный ограниченный предохранителем интеграл тока через любой неповрежденный тиристор должен быть меньше его защитного показателя:

W_t > W′_пр . (39)

Оба условия выполняются с большим запасом (4000 А > 2200 А; 87000 А^2.с > 2700 А^2.с), следовательно, при выходе из строя одного из тиристоров предохранитель обеспечивает защиту остальных. Применение параллельного соединения двух тиристоров обосновано, так как иначе условия (38) и (39) не были бы выполнены.

Теперь можно считать, что тиристоры и предохранители выбраны окончательно.