УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ОБРЫВОВ ВТОРИЧНЫХ ЦЕПЕЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА Российский патент 2018 года по МПК H02H7/04 

Изобретение относится к области релейной защиты элементов электроснабжения и может быть использовано в тех случаях, когда в силовых цепях переменного тока используют трансформаторы тока с тремя вторичными обмотками. К первой вторичной обмотке подключаются токовые цепи релейной защиты, ко второй вторичной обмотке подключатся токовые цепи счетчика технического учета и амперметра, а к третьей вторичной обмотке подключаются токовые цепи счетчика коммерческого учета.

Известно устройство токовой защиты, в котором по первичной обмотке протекает ток нагрузки, а каждая из двух вторичных обмоток включена на свою нагрузку [1].

Недостатком этого устройства является отсутствие контроля целости вторичных цепей.

Известно устройство для контроля обрыва токовых цепей защиты установок трехфазного переменного тока с глухозаземленной нейтралью [2], содержащее включенный между общей заземленной точкой вторичных обмоток трансформаторов тока и через блок ИЛИ с нулевыми точками нагрузки нуль-индикатор, входы которого к потенциальным выводам плоских трехфазных шунтов, к каждому их которых подключены фазные провода вторичных цепей трансформаторов тока, а нулевой провод - к центру шунта.

Недостатком этого устройства является его сложность настройки в связи с использованием подвижно фиксированных потенциальных выводов плоских трехфазных шунтов.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является устройство для защиты от обрыва вторичных цепей трансформаторов тока [3], содержащее трансформатор тока с первичной и двумя вторичными обмотками, каждая из которых замкнута на свою нагрузку, промежуточный трансформатор с двумя первичными и одной вторичной обмоткой, одна из первичных обмоток промежуточного трансформатора включается в рассечку цепи первой вторичной обмотки трансформатора тока, а вторая первичная обмотка промежуточного трансформатора включена встречно с первой обмоткой в рассечку цепи другой вторичной обмотки трансформатора тока, к вторичной же обмотке промежуточного трансформатора подключен реагирующий орган, соединенный через выдержку времени с исполнительным органом.

Недостатком этого устройства является невозможность одновременного контроля целости вторичных цепей у трансформаторов тока с тремя вторичными обмотками.

Предлагаемое устройство для защиты от обрыва вторичных цепей трансформаторов тока, содержит трансформатор тока с первичной и тремя вторичными обмотками, каждая из которых замкнута на свою нагрузку, промежуточный трансформатор с тремя первичными и одной вторичной обмоткой, связанной с реагирующим органом, органом выдержки времени и с исполнительным органом, причем к первой вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные первая нагрузка и первая первичная обмотка промежуточного трансформатора, ко второй вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные вторая нагрузка и вторая первичная обмотка промежуточного трансформатора, согласно включенная с первой первичной обмоткой этого трансформатора, а к третьей вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные третья нагрузка и третья первичная обмотка промежуточного трансформатора, включенная встречно относительно первой и второй первичных обмоток и имеющая в двое большее количество витков, чем первой и второй первичных обмоток промежуточного трансформатора.

Элементы схемы предлагаемого устройства представлены на фиг. 1

Фаза линии электропередачи 1 от силового трансформатора подстанции через трансформатор тока 2 подключается к одной из обмоток потребительских трансформаторов 3. Трансформатор тока 2 имеет первичную обмотку 4, начало которой 26, а конец 27 и, расположенные каждая на своем магнитопроводе, три вторичные обмотки с одинаковым коэффициентом трансформации: - первая вторичная обмотка 5: - вторая вторичная обмотка 6: - третья вторичная обмотка 7. В схему введен промежуточный трансформатор 8, в окне магнитопровода 9 которого размещены три первичные обмотки 10, 11, 12 и одна вторичная обмотка 13, к которой через реагирующий орган 14 и элемент выдержки времени 15 подключен исполнительный орган 16. Две из первичных обмоток промежуточного трансформатора 10 и 11 имеют одинаковое число витков и включены согласно, а третья первичная обмотка 12 имеет число витков в два раза больше, чем у обмоток 10 (11). К началу первой вторичной обмотки 5 (обозначено звездочкой) трансформатора тока 2 проводом 17 подключена первая первичная обмотка 10 промежуточного трансформатора 8, токовая обмотка прибора 18 и обратный провод 19. К началу второй вторичной обмотки 6 (обозначено звездочкой) трансформатора тока 2 проводом 20 подключена вторая первичная обмотка 11 промежуточного трансформатора 8, токовая обмотка реле 21 и обратный провод 22. К началу третьей вторичной обмотки 7 (обозначено звездочкой) трансформатора тока 2 проводом 23 подключена третья первичная обмотка 12 промежуточного трансформатора 8, включенная встречно по отношению к к обмоткам 10 и 11, токовая обмотка прибора 24 и обратный провод 25.

Схема работает следующим образом. При наличии тока в первичной обмотке 4 трансформатора тока 2 первый вторичный ток протекает от начала первой вторичной обмотки 5 трансформатора тока 2 по проводу 17, через первую первичную обмотку 10 промежуточного трансформатора 8, через измерительный прибор 18, по обратному проводу 19 к концу первой вторичной обмотки 5 трансформатора тока.

Второй вторичный ток протекает от начала второй вторичной обмотки 6 трансформатора тока 2 по проводу 20, через вторую первичную обмотку 11 промежуточного трансформатора 8, включенную согласно с первой первичной обмоткой 10, через реле 21 по обратному проводу 22 к концу второй вторичной обмотки 6 трансформатора тока.

Третий вторичный ток протекает от начала третьей вторичной обмотки 7 трансформатора тока 2 по проводу 23 через третью первичную обмотку 12 промежуточного трансформатора 8, через измерительный прибор 24 по обратному проводу 25 к концу третьей вторичной обмотки 7 трансформатора тока. Причем третья обмотка 12 включена встречно с первой 9 и второй 10 первичными обмотками промежуточного трансформатора 8.

Например, трансформатор тока 2 имеет коэффициент трансформации 100/5, тогда при протекании по первичной обмотке 4 нагрузки потребителей 50 Ампер, во всех вторичных обмотках 5, 6, 7 будут протекать токи 2,5 А. Если первичные обмотки 10, 11 промежуточного трансформатора 8 имеют по одному витку, то первая обмотка 9 создаст магнитодвижущую силу (МДС) 2,5 Ампер-витка, вторая обмотка 10 создаст МДС также 2,5 Ампер-витка. Витки обмоток 9 и 10 включены согласно, поэтому их общая МДС составит 5 Ампер-витков. В третьей первичной обмотке 12 протекает ток также 2,5 Ампера, но число витков в ней в два раза больше обмотки 10, т.е 2 витка. Эта обмотка создадет МДС 5 Ампер-витков, направленную встречно с МДС первой 9 и второй 10 обмотками. В сумме МДС трех первичных обмоток 10, 11, 12 равна нулю, тогда в манитопроводе 9 формируется только небольшой магнитный поток небаланса, который наводит во вторичной обмотке 1.3 ЭДС небаланса, от которой реагирующий орган 14 не срабатывает.

При обрыве любой вторичной цепи трансформатора тока нарушается равенство МДС в окне магнитопровода 9 промежуточного трансформатора, по магнитопроводу протекает магнитный поток и во вторичной обмотке 13 наводится ЭДС, под действием которой срабатывает реагирующий орган 14 и через выдержку времени 15 срабатывает исполнительный орган 16.

Так при обрыве цепи вторичной обмотки 5 трансформатора тока, по первичной обмотке 10 промежуточного трансформатора 8 ток не протекает и, соответственно не создается МДС этой обмоткой. Тогда МДС первичной обмотки 12 составит 5 Ампер-витков, а навстречу им будет направлена МДС только первичной обмотки 11 2,5 Ампер-витка. Разность МДС составит 2,5 Ампер-витка. Эта МДС создает магнитный поток в магнитопроводе 9 промежуточного трансформатора, во вторичной обмотке 13 наведется ЭДС, под действием которой сработает реагирующий орган 14, запустится выдержка времени 15 и через выдержку времени сработает исполнительный орган, оповещающий персонал об обрыве вторичной цепи трансформатора тока.

При коротком замыкании в силовой цепи, например, у потребителя 3 ток в первичной обмотке 4 трансформатора тока 2 резко увеличится. Из-за разных магнитных свойств магнитопроводов вторичных обмоток 5, 6 и 7, на их выводах может быть разная ЭДС, поэтому токи в обмотках 5, 6 и 7 могут отличаться друг от друга, соответственно разные токи будут и в обмотках 10, 11, 12 промежуточного трансформатора 8. Эти токи создадут разные по величине МДС и в магнитопроводе 9 будет протекать магнитный поток. От этого потока в обмотке 13 наведется ЭДС, от которой может сработать реагирующий орган 14, но исполнительный орган 16 не сработает, так как выдержка времени 15 выбирается по времени больше времени срабатывания релейной защиты, которая отключает линию электропередачи 1.

Таким образом включение в схему трансформатора тока с тремя вторичными обмотками промежуточного трансформатора с тремя первичными обмотками и одной вторичной обмоткой обеспечивает контроль целости вторичных цепей одновременно трех вторичных обмоток трансформатора тока, имеющими одинаковый коэффициент трансформации.

Источники информации

1. Беркович Б.А. Основы техники релейной защиты / М.А. Беркович, В.В. Молчанов, В.А. Семенов. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 376 с. (стр. 157)

2. Авторское свидетельство №530 385, Устройство для контроля обрыва токовых цепей защиты, МК² Н02Н 3/14. Автор Ю.С. Кузник. Заявлено 28.04.1971 г. №1 650 476/07. Опубликовано 30.09.76, бюллетень №36

3. Патент на изобретение №2621706, МПК Н02Н 7/04, Устройство для защиты от обрыва вторичных цепей трансформаторов тока. Авторы Попов Н.М., Кичигин В.В.. Заявлено 07.05.2014 №2014 118 664. Опубликовано 07.06.2017. Бюл. №16

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение контроля целостности вторичных цепей у трансформаторов тока с тремя вторичными обмотками, имеющими одинаковый коэффициент трансформации. Размыкание вторичной обмотки трансформатора тока вызывает перегрев сердечника, нарушение изоляции и может являться причиной пожара, а также создает угрозу персоналу от повышенного напряжения. В схему трансформатора тока с тремя вторичными обмотками введен промежуточный трансформатор с тремя первичными обмотками и с одной вторичной обмоткой, соединенной с реагирующим органом, органом выдержки времени и с исполнительным органом, причем к каждой вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные нагрузка и одна из первичных обмоток промежуточного трансформатора, первая и вторая первичные обмотки промежуточного трансформатора имеют одинаковое число витков и включены согласно, а третья первичная обмотка промежуточного трансформатора имеет число витков в два раза больше и включена встречно к первой и второй вторичным обмоткам промежуточного трансформатора. 1 ил.

Устройство для защиты от обрывов вторичных цепей трансформаторов тока, содержащее трансформатор тока с одной первичной и двумя вторичными обмотками, первую и вторую нагрузки вторичных цепей трансформаторов тока, промежуточный трансформатор с первой и второй первичными обмотками, имеющими одинаковое число витков, и с одной вторичной обмоткой, соединенной с реагирующим органом, органом выдержки времени и с исполнительным органом, причем к первой вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные первая нагрузка и первая первичная обмотка промежуточного трансформатора, ко второй вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные вторая нагрузка и вторая первичная обмотка промежуточного трансформатора, отличающееся тем, что первая и вторая первичные обмотки промежуточного трансформатора включены согласно и в схему введена третья вторичная обмотка трансформатора тока, к которой подключены последовательно соединенные третья нагрузка и третья первичная обмотка промежуточного трансформатора с числом витков в два раза больше, чем у первой или второй первичной обмотки, включенная встречно к первой и второй первичным обмоткам промежуточного трансформатора.