УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ Российский патент 1995 года по МПК H02H9/02 H02H7/04 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты трансформаторов напряжения от перегрузки в сетях с изолированной нейтралью при замыкании сети на землю с перемежающейся дугой и феррорезонансных явлениях.

Известно устройство для ограничения тока короткого замыкания в сети, содержащее подключенной последовательно сети контур из параллельно соединенных реактора и предохранителя. В этом устройстве вместо резистора использован реактор, и использован он по другому назначению: для ограничения тока короткого замыкания в сети, а не для ограничения тока замыкания фазы на землю в сети с изолированной нейтралью [1]
Недостатки данного известного устройства следующие:
предохранитель не обеспечивает защиту трансформатора напряжения от перегрузки из-за отсутствия их на номинальный ток плавкой вставки менее 1,5-2 А (например, на номинальный ток первичной обмотки трансформатора напряжения 0,05 А) и напряжение до 1000 В;
после сгорания плавкой вставки предохранителя реактор не обеспечивает достаточного снижения увеличенного тока, возникающего при замыкании фазы на землю с перемежающейся дугой и феррорезонансе нелинейной индуктивности трансформатора напряжения с последовательно соединенной емкости сети с изолированной нейтралью. Реактор не обеспечивает полностью отстройку от резонанса спектра гармоник на частотах 0-150 Гу в сетях с различными параметрами, т.к. реактор может только изменить (уменьшить) частоту резонанса гармоник.

Известно устройство для защиты трансформатора напряжения от перегрузки, содержащее резистор, подключенный между первой обмоткой трансформатора напряжения и сетью, трансформатор, первичная обмотка которого подключена параллельно резистору, фильтр, подключенный параллельно вторичной обмотке трансформатора и состоящий из последовательно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, настроенных в резонанс на частоту основной гармоники сети, и пороговый элемент, выполненный в виду двух последовательно встречно включенных стабилитронов и подключенный параллельно конденсатору фильтра [2]
Недостатки устройства следующие:
увеличение мощности трансформатора;
при сопротивлении резистора, значительно превышающем сопротивление короткого замыкания трансформатора напряжения, и при коротком замыкании на вторичной обмотке его напряжение на резисторе может достигать номинального фазного напряжения;
снижение эффективности устройства вследствие недостаточного сопротивления, включаемого последовательно первичной обмотке трансформатора напряжения, из-за шунтирования резистора индуктивностью фильтра;
увеличение погрешности трансформатора напряжения вследствие увеличенного сопротивления короткому замыканию трансформатора;
снижение надежности и увеличение стоимости устройства вследствие его усложнения.

Задача изобретения обеспечение защиты трансформатора напряжения от перегрузки и снижение погрешности его с минимальными затратами.

Технический результат предлагаемого изобретения:
снижение мощности трансформатора с S U_нI_н 35000 х 0,05 1750 ВА до S UI_н 480 х 0,05 24 ВА, т.е. в 73 раза путем снижения напряжения первичной обмотки с U_н 35000 (10000, 6000) В до U 480 В;
снижение погрешности трансформатора напряжения вследствие снижения сопротивления цепи, шунтирующей резистор путем снижения мощности трансформатора;
упрощение устройства, снижение весогабаритных размеров вследствие снижения мощности трансформатора;
увеличение эффективности защиты от перегрузки путем увеличения сопротивления резистора и снижения номинального тока плавкой вставки.

Достигается это тем, что устройство для защиты трансформатора напряжением от перегрузки, включающее в каждой фазе резистор, подключенный между первичной обмоткой трансформатора напряжения и питающей сетью, и цепь, подключенную параллельно резистору и включающую трансформатор, снабжено предохранителем с проволочной плавкой вставкой и металлическим контактным стержнем, причем вышеупомянутая цепь выполнена из последовательно соединенных первичной обмоткой трансформатора, соединенной со вторичной обмоткой его, предохранителя, подключенного параллельно вторичной обмотке, и металлического контактного стеpжня, один конец которого проложен сверху на проволоке плавкой вставки предохранителя, а другой шарнирно закреплен.

Совокупность признаков является необходимой и достаточной для достижения технического результата.

Предлагаемое техническое решение в сравнении с прототипом соответствует критерию "новизна" (новые признаки) предохранитель с проволочной плавкой вставкой, металлический контактный стержень и схема соединения известных и новых признаков).

Заявляемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень", т. к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники (аналогов и прототипа).

Доказательством соответствия требованию изобретательского уровня является:
с помощью новой совокупности признаков достигается новый технический результат;
новая схема соединения элементов (новые связи), например соединение проволочной плавкой вставки с металлическим контактным стержнем.

Снижение мощности трансформатора (новый технический результат) достигается посредством снижения мощности нагрузки (мощности, необходимой для плавления плавкой вставки) и снижения напряжения путем работы трансформатора в режим короткого замыкания (вторичная обмотка закорочена плавкой вставкой предохранителя) и исключения работы его в режиме холостого хода.

Увеличение эффективности защиты трансформатора напряжения от перегрузки новый технический результат достигается увеличением сопротивления резистора и снижением номинального тока плавкой вставки, приведенного к первичной обмотке трансформатора (к первичной обмотке трансформатора напряжения) путем увеличения номинального тока плавкой вставки с 0,05 до 2 А подключением предохранителя через повышающий по току трансформатор.

Совместное снижение мощности трансформатора и увеличение эффективности защиты трансформатора (новый технический результат) достигается новой схемой соединения элементов: последовательное соединение первичной и вторичной обмоток трансформатора, подключение параллельно вторичной обмотке трансформатора проволочной плавкой вставки, прокладка одного из концов металлического контактного стержня сверху на проволоке плавкой вставки и шарнирное соединение другого из концов металлического контактного стержня.

Снижение погрешности трансформатора напряжения (до срабатывания защиты от перегрузки) достигается путем снижения величины сопротивления цепи, шунтирующей резистор (снижения мощности трансформатора и напряжения первичной обмотки его).

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

В каждой фазе между первичной обмоткой трансформатора напряжения 1 и питающей сетью подключен резистор 2. Параллельно резистору 2 подключена цепь из последовательно соединенных первичной обмотки 3 трансформатора 4, конец которой присоединен к вторичной обмотке 5, плавкой вставки 6, подключенной параллельно вторичной обмотке 5 трансформатора 4, и металлического контактного стержня 7, один конец которого закреплен шарнирно, а другой проложен сверху на плавкой вставке 6.

Металлический стержень 7 и плавкая вставка 6 предохранителя установлены горизонтально и перпендикулярно между собой. В качестве плавкой вставки на номинальный ток 2 А используется стальной провод диаметром 0,25 лин, отличающийся достаточной механической прочностью для удержания одного конца металлического контактного стержня 7. Параметры резистора: 13000-50000 Ом; Р 50-200 ВА.

Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы трансформатора напряжения (без перегрузки) резистор 2 зашунтирован цепью с малым сопротивлением, что позволяет увеличить мощность ТН в классе 0,5.

В режиме перегрузки ТН (при токе выше номинального) сгорает плавкая вставка 6, падает под действием собственного веса один конец металлического контактного стержня 7, разрывается цепь, подключенная параллельно резистору, и подключается последовательно первичной обмотке 1 ТН резистор 2 для снижения перегрузок ТН.

Положение металлического контактного стержня 7 (горизонтальное при целой плавкой вставке и вертикальное при сгоревшей плавкой вставке) является сигнализацией режима работы ТН.

Устройство, включающее металлический контактный стержень 7, плавкую вставку 6 предохранителя и трансформатор 4, целесообразно монтировать на специальной приставке, укрепленной на проходном вводе ТН или опорном изоляторе.

Режим короткого замыкания трансформатора 4 обеспечивается шунтированием вторичной обмотки 5 его плавкой вставкой 6 предохранителя.

Исключение режима холостого хода трансформатора 4 (при сгорании плавкой вставкой 6) достигается разрывом цепи первичной обмотки 3 трансформатора 4 с помощью одновременного сгорания плавкой вставки (раскорачивания вторичной обмотки) и разрыва цепи (первичной обмотки) металлическим контактным стержнем 7.

Исключение режима работы холостого хода и нормальная работа в режиме короткого замыкания трансформатора 4 позволяет выполнить магнитопровод и первичную обмотку его на пониженное напряжение и снизить мощность его.

Для обеспечения надежного контакта во вторичной цепи (плавкой вставки) при случайном его исчезновении вторичная обмотка 5 в режиме холостого хода выполняется на напряжение не менее 12 В.

Предельная минимальная мощность трансформатора 4 ограничивается напряжением 12 В вторичной обмотки для обеспечения надежности цепи. Мощность трансформатора требуется только для плавления плавкой вставки и может быть принципиально уменьшена при напряжении вторичной обмотки менее 12 В.

Предлагаемое устройство рекомендуется использовать в сетях 6-35 В с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление трансформатора напряжение.

Использование: в электротехнике, в устройствах для защиты трансформаторов напряжения от перегрузки в сетях с изолированной нейтралью. Сущность: устройство содержит в каждой фазе резистор, который подключен между первичной обмоткой трансформатора напряжения и питающей сетью, цепь, подключенную параллельно резистору, состоящую из трансформатора, первичная обмотка которого соединена с его вторичной обмоткой, предохранителя, подключенного параллельно вторичной обмотке. Предохранитель состоит из металлического контактного стержня, один конец которого проложен сверху на проволоке плавкой вставки, другой шарнирно закреплен и подключен к питающей сети. Технический результат снижение мощности и весогабаритных размеров трансформатора, повышение эффективности и снижение погрешности. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ, состоящее из резистора в каждой фазе, включенного между первичной обмоткой трансформатора напряжения и питающей сетью, цепи, подключенной параллельно резистору и состоящей из вспомогательного трансформатора, один конец первичной обмотки которого подключен к первичной обмотке трансформатора напряжения, отличающееся тем, что в цепь, подключенную параллельно резистору, включен предохранитель, состоящий из проволочной плавкой вставки и металлического контактного стержня, при этом проволочная плавкая вставка предохранителя включена параллельно вторичной обмотке вспомогательного транформатора, соединенной с другим концом его первичной обмотки, один конец металлического контактного стержня проложен сверху на проволоке плавкой вставки, другой закреплен шарнирно и подключен к сети.