ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ ТОКА С КОРРЕКТОРОМ Российский патент 2009 года по МПК H02H3/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты распределительных сетей, когда по условиям термической и динамической устойчивости допускается небольшое увеличение времени ее срабатывания до двух-четырех периодов, при этом измерительные трансформаторы тока (т.т.) работают с погрешностью, искажающей форму тока в реле, что приводит к недопустимой вибрации системы электромагнитных измерительных реле. Одновременно наличие апериодической составляющей в токе короткого замыкания (к.з.) или в токе броска защищаемого трансформатора приводит к завышению расчетных уставок защит и к снижению их чувствительности.

Предлагаемое устройство позволяет конструктивно просто отстроиться как от апериодической составляющей токов, так и устранить вибрацию при несинусоидальных токах путем введения между т.т. и электромагнитным реле корректора, использующего специальный составной трансреактор с диодами и резонансный контур промышленной частоты. Причем трансреакторы поочередно переходят из режима дифференцирования в режим работы трансформатора тока с зазором.

Широко известны устройства, содержащие трансреакторы /1, 2 и др./, которые эффективно отстраивают устройства защит от апериодических составляющих токов. Однако одновременно при искажениях вторичных токов измерительных т.т. усиливаются высшие гармонические, что нарушает работу реле и защиты. В предлагаемом устройстве эти интервалы времени с искажениями выбрасываются, что не известно.

Известен аналог предлагаемого устройства /3/, в котором за счет сдвига гармоник тока при введении трансформатора с зазором изменяется форма намагничивающего тока реле, однако апериодическая составляющая не удаляется, а увеличение погрешности т.т. сопровождается возрастанием тока срабатывания реле по первичному току т.т. и соответствующим снижением коэффициента чувствительности защиты, в которой использован аналог.

Известен прототип предлагаемого устройства /4/, в котором использован и трансреактор, и резонансный контур, настроенный на частоту 50 Гц. Однако из-за другой конструкции трансреактора и резонансного контура и отсутствия диодов это устройство обладает только свойством отстройки от бросков тока намагничивания силового трансформатора, так как здесь подчеркиваются бестоковые паузы анализируемого тока. При увеличении погрешности измерительных т.т. кратность тока в выходном органе прототипа относительно уставки снижается.

В заявляемом устройстве за счет устранения постоянной составляющей в анализируемом токе броска и в токе к.з., отсутствия снижения измеряемого параметра при увеличении погрешности т.т. и применения резонансного контура достигается независимая надежная безвибрационная работа реле одновременно и от увеличения погрешности т.т., и от наличия апериодической составляющей тока к.з., и частично от тока броска. Указанное сочетание свойств в сравнительно простой конструкции не известно.

Сущность предлагаемого устройства, таким образом, заключается в том, что между электромагнитным измерительным реле тока и измерительным т.т. включено корректирующее звено, которое выполнено в виде двух трансреакторов, первичные токовые обмотки которых включены между собой последовательно, а обе вторичные обмотки через небольшие токоограничивающие сопротивления подключены к отдельным диодам так, что каждый диод оказывается в проводящем состоянии только при одном направлении первичного тока, а сами диоды присоединены разнополярными электродами к земле, в то время как другие электроды диодов через свои балластные резисторы соединены с общей точкой емкости и индуктивности параллельного колебательного контура, другая общая точка элементов которого присоединена к земле, причем в качестве индуктивности использована обмотка реле, а контур настроен на промышленную частоту с возможностью установки добротности с помощью параллельного контуру активного резистора.

На фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства, где 1 - измерительный трансформатор тока; 2 - первый трансреактор с первичной обмоткой 3 и вторичной - 4; 5 - второй трансреактор с первичной обмоткой 6 и вторичной - 7; 8, 9 - небольшие резисторы с сопротивлением, соизмеримым с прямым сопротивлением диода; 10, 11 - диоды; 12, 13 - балластные сопротивления; 14, 15 - конденсатор и индуктивность обмотки реле, образующие колебательный контур; 16 - заземления; 17 - резистор для установки добротности контура.

Заявляемое устройство реле функционирует следующим образом. Вторичный ток от измерительного трансформатора тока 1 подается в последовательные первичные обмотки 3 и 6 трансреакторов 2 и 5. При поступлении тока в начало обмотки 3 из начала вторичной обмотки 4 ток через резистор 8 поступает в диод 10. Однако цепь на этом диоде оказывается практически разомкнутой и трансреактор 2 работает как дифференцирующее звено. При этом же токе в трансреакторе 5 ток из начала его вторичной обмотки 7 поступает в диод 11 и свободно замыкается на конец этой же обмотки. Трансреактор оказывается в режиме трансформатора тока. Напряжение на диоде 11 близко к нулю за счет наличия небольшого сопротивления 9. Напряжение на закрытом диоде 10 сохраняется только до момента достижения первичным током максимума, когда производная этого тока еще положительная, но затем она меняет знак и через диод 10 оказывается приложенной к резистору 8. На самом диоде напряжения нет. Таким образом, на диоде 10 образуется напряжение только при положительном направлении первичного тока и при положительной его производной. В частности, при синусоидальном первичном токе время существования напряжения лежит между нулем и пятой миллисекундой. При отрицательном направлении этого тока напряжение выделяется уже на диоде 11 и существует от десятой до пятнадцатой миллисекунды. При насыщении измерительного трансформатора тока при активной нагрузке и при погрешности порядка 30% в кривой вторичного тока искажаются фрагменты на интервалах от 5-й до 10-й и от 15-й до 20-й миллисекунды. Таким образом, устройство обнуляет интервал, где ток может быть искажен, т.е. заменяет эту случайную ошибку на этом интервале при измерении тока на систематическую, которая просто учитывается при расчете уставок реле. На балластных резисторах образуются разнополярные полуволны тока длительностью по 5 мс, которые за допустимое время раскачивают резонансный контур с конденсатором 14 и индуктивностью обмотки реле 15. За счет резонанса токов восстанавливается чувствительность реле, потерянная на балластных сопротивлениях 12 и 13, но необходимых для обеспечения дифференцирования первичного тока трансреакторами.

Испытания предлагаемого устройства показывают высокую четкость его функционирования. На фиг.2 приведена осциллограмма первичного тока вверху и напряжения на диоде 10 внизу. На фиг.3 - осциллограммы напряжений на диодах 10 и 11.

На осциллограмме фиг.4 вверху - первичный ток, внизу - нарастающее напряжение на контуре 14, 15.

Реализация предлагаемого устройства очень проста. Какие-либо настройки отсутствуют, за исключением установки добротности резистором 17. Установка тока срабатывания, коэффициента возврата осуществляется в механической части реле по известным методикам. Реле надежно замыкает свои контакты при погрешности по току измерительных трансформаторов тока до 65-70%. Ток срабатывания дифференциальной отсечки силового трансформатора при использовании предлагаемого реле по условию отстройки от броска тока намагничивания снижается от (3.5÷4,5) I_ном до (2,5÷3,0) I_ном. Влияние апериодической составляющей тока к.з. на работу реле отсутствует.

Литература

1. А.С. СССР №1356110, Н02Н 7/045, 1987. Бюл.№44.

2. А.С. СССР №439876, Н02Н 3/28, 1974. Бюл. №30.

3. А.С. СССР №222501, Н02Н, 1968. Бюл. №23.

4. А.С. СССР №439876, Н02Н 3/28. 1974. Бюл. №30.

Использование: в электротехнике. Технический результат заключается в увеличении надежности работы. Реле содержит между измерительным трансформатором тока и своей обмоткой корректирующее звено, которое выполнено в виде двух трансреакторов, первичные токовые обмотки которых включены между собой последовательно, а обе вторичные обмотки через небольшие токоограничивающие сопротивления подключены к отдельным диодам так, что каждый диод оказывается в проводящем состоянии только при одном направлении первичного тока, а сами диоды присоединены разнополярными электродами к земле, в то время как другие электроды диодов через свои балластные резисторы соединены с общей точкой емкости и индуктивности параллельного колебательного контура, другая общая точка элементов которого присоединена к земле, причем в качестве индуктивности использована обмотка реле, а контур настроен на промышленную частоту с возможностью установки добротности с помощью параллельного контуру активного резистора. 4 ил.

Электромагнитное измерительное реле тока, содержащее между измерительным трансформатором тока и своей обмоткой корректирующее звено, отличающееся тем, что это звено выполнено в виде двух трансреакторов, первичные токовые обмотки которых включены между собой последовательно, а обе вторичные обмотки через небольшие токоограничивающие сопротивления подключены к отдельным диодам так, что каждый диод оказывается в проводящем состоянии только при одном направлении первичного тока, а сами диоды присоединены разнополярными электродами к земле, в то время как другие электроды диодов через свои балластные резисторы соединены с общей точкой емкости и индуктивности параллельного колебательного контура, другая общая точка элементов которого присоединена к земле, причем в качестве индуктивности использована обмотка реле, а контур настроен на промышленную частоту с возможностью установки добротности с помощью параллельного контуру активного резистора.