УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ТОКОПРОВОДА С РЯДНЫМ, БИФИЛЯРНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ТРУБОШИН В ЕГО ШИННОМ ПАКЕТЕ Российский патент 2023 года по МПК H02H3/32 H02H3/16 H02H3/28 

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты токопровода с рядным, бифилярным расположением трубошин в его шинном пакете от коротких замыканий и обрывов в цепи трубошин этого токопровода. Такие токопроводы обычно используются в короткой сети рудотермического комплекса с однофазными печными трансформаторами, которые имеют расщепленную вторичную обмотку.

Наиболее близким к предлагаемому прототипу техническим решенем является устройство защиты токопровода с рядным, бифилярным расположением трубошин в его шинном пакете содержащее измерительный преобразователь и реагирующий орган [Защита короткой сети рудотермических печей / Новожилов Т.А., Новожилов А.Н., Рахимбердинова Д.М. //Электричество. -.2021.-.№5.- С.22-38].

Однако чувствительность этого устройства защиты в значительной степени зависит от места расположения в токопроводе с рядным, бифилярным расположением трубошин короткого замыкания между трубошинами и обрыва в цепи этих трубошин.

Технический результат достигается тем, что измерительный преобразователь состоит из двух элементов, каждый из которых выполнен в виде плоской катушки в электроизолирующем корпусе, он расположен симметрично относительно шинного пакета токопровода, чтобы плоскость этих катушек совпадала с горизонтальной плоскостью, проходящей через горизонтальную ось симметрии сечения этого шинного пакета, а обмотки катушек измерительного преобразователя соединены последовательно и присоединены к реагирующему органу, выполненному в виде двух соединенных последовательно токовых реле с разной величиной порога срабатывания.

Техническая задача – снижение зависимости чувствительности устройства защиты токопровода от места расположения в нем короткого замыкания между трубошинами и обрыва в цепи этих трубошин.

Работа устройства защиты токопровода с рядным, бифилярным расположением трубошин в его шинном пакете основана на том, что в любом режиме работы неповрежденного токопровода токи в его трубошинах создают такое магнитное поле рассеяния, при котором его составляющая, направленная вдоль вертикальной оси симметрии $$Y$$ сечения шинного пакета, будет равна нулю на горизонтальной плоскости, проходящей через горизонтальную ось симметрии $$X$$ этого шинного пакета.

Таким образом, если расположить катушку измерительного преобразователя так, чтобы ее плоскость лежала на горизонтальной плоскости, проходящей через горизонтальную ось симметрии $$X$$ сечения шинного пакета, то в любом режиме работы неповрежденного токопровода электродвижущая сила на выходе этой катушки будет равна нулю. При возникновении в токопроводе короткого замыкания между трубошинами или обрыва в их цепи электродвижущая сила на выходе этой катушки будет не равна нулю. Однако ее величина зависит от места расположения в токопроводе трубошин короткого замыкания между трубошинами и обрыва в цепи этих трубошин. От этого в значительной степени можно избавиться, если для выявления электрического повреждения в токопроводе использовать две располагающиеся симметрично относительно его шинного пакета катушки, плоскость которых лежит на горизонтальной плоскости, проходящей через горизонтальную ось симметрии сечения этого шинного пакета, а обмотки катушек измерительного преобразователя соединены последовательно.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного технического решения количеством и исполнением функциональных элементов.

Сравнение заявляемого технического решения с известным техническим решением показывает, что некоторые функциональные элементы известны. Однако такое исполнение этих функциональных элементов проявляет в заявляемом техническом решении новое свойство в виде расширения функциональных возможностей устройства защиты однофазного токопровода.

На фиг. 1 приведена схема однофазного трансформатора 1 с восемью расщеплениями вторичной обмотки 2, трубошины 3 в шинном пакете токопровода 4 с рядным бифилярным расположением трубошин, которые присоединены ко вторичным обмоткам этого трансформатора, а также конструкция измерительного преобразователя 5 и его расположение относительно этого токопровода. Если электрическое повреждение в шинном пакете отсутствует, то токи во всех трубошинах будут равны по величине. При этом направление тока в трубошинах шинного пакета 4 обозначено знаками ($$\times$$) и ($$•$$). Электрическими повреждениями в токопроводе считаются короткое замыкание или обрыв, например, в цепи трубошин 6 и 7. В связи с этим при коротком замыкании ток в поврежденных трубошинах будет в несколько раз больше величины тока в остальных трубошинах, а при обрыве в их цепи ток в этих трубошинах будет равен нулю.

Измерительный преобразователь 5 состоит из двух соединяемых последовательно одинаковых, плоских катушек 8 и 9, которые помещаются в электроизолирующие корпуса 10 и 11. Относительно шинного пакета 4 катушки 8 и 9 располагаются симметрично так, чтобы их плоскость совпадала с горизонтальной плоскостью, проходящей через горизонтальную ось симметрии Х сечения этого шинного пакета. При таком расположении катушек 8 и 9, составляющие магнитного поля рассеяния пакета трубошин, направленные вдоль оси $$Y$$, индуктируют в них электродвижущие силы $$E_1$$ и $$E_2$$. В свою очередь электродвижущая сила $${Е}_{ип}$$ измерительного преобразователя будет равна их сумме. При этом выводы 12 и 13 этого измерительного преобразователя подключаются к реагирующему органу 14.

Реагирующий орган 14 выполнен в виде двух соединенных последовательно токовых реле 15 и 16 с разной величиной тока срабатывания. При этом токовое реле 15 используют для обнаружения обрывов в цепи трубошин токопровода, а его контакты имеют задержку по времени на срабатывание, равную $$t_{cp}$$. Ток срабатывания этого реле выбирается таким, чтобы оно не срабатывало в самом тяжелом нагрузочном режиме работы токопровода. Токовое реле 16 используется для обнаружения коротких замыканий между трубошинами. Его ток срабатывания выбирается таким, чтобы оно не срабатывало при обрывах в цепи трубошин.

На фиг. 2,а, фиг. 2,б и фиг. 2,в приведены зависимости величин электродвижущих сил $$E_1$$ и $$E_2$$, полученные при перемещении измерительного преобразователя 5 вдоль вертикальной оси Y для случаев, когда отсутствуют повреждения в токопроводе, при обрыве в цепи трубошин 6 и 7, а также при коротком замыкании между двумя этими трубошинами.

В нормальных режимах работы токопровода с рядным, бифилярным расположением в нем трубошин 3 токи во всех трубошинах одинаковы по величине, а их направление соответствует тому, которое указано на фиг. 1. В связи с этим, а также в соответствии с фиг. 2,а величины электродвижущих сил $$E_1$$ и $$E_2$$ в катушках 8 и 9, лежащих на горизонтальной плоскости, проходящей через горизонтальную ось симметрии Х, будут одинаковы. При этом электродвижущая сила $${Е}_{ип}$$ измерительного преобразователя 5, определяемая как сумма электродвижущих сил $$E_1$$ и $$E_2$$ в катушках элементов 8 и 9, а, следовательно, ток в цепи токовых реле 15 и 16 будут равны нулю. В связи с этим эти реле не срабатывают, а их контакты находятся в разомкнутом состоянии. Поэтому сигнал о появлении электрического повреждения токопровода на выходе реагирующего органа будет отсутствовать.

При обрыве, например в цепи пары трубошин 6 и 7 токопровода в катушках 8 и 9 в соответствии с фиг. 1 появятся разные по величине электродвижущие силы. Электродвижущая сила измерительного преобразователя 5, определяемая суммой этих электродвижущих сил будет не равна нулю. При этом в цепи токовых реле 15 и 16 появится ток. И если величина этого тока превысит ток срабатывания токового реле 15, то это реле сработает, а через время $$t_{cp}$$ (время срабатывания) его контакты замкнутся и сформируют сигнал на отключение из-за обрыва в цепи пары трубошин.

При коротком замыкании, например между трубошинами 6 и 7 в катушках 8 и 9 в соответствии с фиг. 1 появятся разные по величине электродвижущие силы, сумма которых вызовет ток в цепи токовых реле 15 и 16. И если величина этого тока превысит ток срабатывания токового реле 16, то реле 15 и 16 сработают.В связи с тем, что контакты реле 16 замкнутся без выдержки времени, а контакты реле 15 имеют задержку по времени на срабатывание, то в результате на выходе реагирующего органа 14 сформируется сигнал на отключение из-за короткого замыкания между трубошинами.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства защиты токопровода с рядным, бифилярным расположением трубошин в его шинном пакете заключается в способности не только выявлять электрические повреждения в токопроводе, но и идентифицировать вид повреждения, а также своевременно отключать токопровод от источника питания. Что позволяет существенно сократить размеры повреждения токопровода, а также время и стоимость послеаварийного ремонта.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты токопровода с рядным, бифилярным расположением трубошин в его шинном пакете от коротких замыканий и обрывов в цепи трубошин этого токопровода. Такие токопроводы обычно используются в короткой сети рудотермического комплекса с однофазными печными трансформаторами, которые имеют расщепленную вторичную обмотку. Технический результат заключается в снижении зависимости чувствительности устройства защиты токопровода от места расположения в нем короткого замыкания между трубошинами и обрыва в цепи этих трубошин. Устройство защиты токопровода с рядным, бифилярным расположением трубошин в его шинном пакете содержит измерительный преобразователь и реагирующий орган. Измерительный преобразователь состоит из двух элементов, каждый из которых выполнен в виде плоской катушки в электроизолирующем корпусе, располагающихся симметрично относительно шинного пакета токопровода так, чтобы плоскость этих катушек совпадала с горизонтальной плоскостью, проходящей через горизонтальную ось симметрии сечения этого шинного пакета. Обмотки катушек измерительного преобразователя соединяют последовательно и присоединяют к реагирующему органу. Реагирующий орган выполнен в виде двух соединенных последовательно токовых реле с разной величиной порога срабатывания. 2 ил.

Устройство защиты токопровода с рядным, бифилярным расположением трубошин в его шинном пакете, содержащее измерительный преобразователь и реагирующий орган, отличающееся тем, что измерительный преобразователь состоит из двух элементов, каждый из которых выполнен в виде плоской катушки в электроизолирующем корпусе, располагающихся симметрично относительно шинного пакета токопровода так, чтобы плоскость этих катушек совпадала с горизонтальной плоскостью, проходящей через горизонтальную ось симметрии сечения этого шинного пакета, а обмотки катушек измерительного преобразователя соединяют последовательно и присоединяют к реагирующему органу, выполненному в виде двух соединенных последовательно токовых реле с разной величиной порога срабатывания.