Устройство для измерения напряжения Советский патент 1984 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для защиты высоковольтных измерительных трансформаторов напряжения от феррорезонанса.

Известно устройство для измере-ния напряжения, содержащее измерительный трансформатор напряжения емкостного типа с магнитопровод ом из электротехнической стали, первичной и вторичной обмотками, размещенными на магнитопроводе, и демпфирующую нагрузку, подключенную параллельно вторичной обмотке трансформатора, выполненную в виде низкоомных резисторов ij .

Недостатками известного устройства являются его конструктивная сложность, обусловленная необходимостью дополнительных элементов для подключения резисторов, а также пониженная надежность из-за перегрева резисторов и возможности выхода их из строя.

Наиболее близким к предлагаемому является устррйство для измерения напряжения, содержгщеё измерительный трансформатор напряжения с магнитопроводом из электротехнической стали, первичной и вторичной обмотками, размещенными на магнитопроводе, и демпфирующую нагрузку, подключенную параллельно вторичной обмотке 2 .

Недостатками устройства являются повьшзенная конструктивная сложность, обусловленная использованием в качестве нагрузки двух цепочек из последовательно соединенных трех стабилитронов и резистора, подключенных параллельно вторичной обмотке через контакты промежуточного реле, а также пониженная нгщежность из-за наличия большого количества дополнительных элементов, в частности стабилитронов, и нестабильная работа устройства при номинальном фазном напряжении сети.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности путем ограничения феррорезонанса в переходном режиме.

. , поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения напряжения, содержащем измерительный трансформатор напряжения с магНИТОПРОВОД9М из электротехнической стали, первичной и вторичной рбмоткалш, размещенными на магнитопроводе, и демпфирующую нагрузку, подключенную параллельно вторичной обмотке, нагрузка выполнена в виде нелинейного дросселя с обмоткой и магнитопроводом вреимупественно из электротехнической стали, магнитная проницаемость которой ниже магнитной проницаемости стали магни

топровода измерительного трансформатора напряжения.

На фиг.1 показана эквивалентная расчетная схема устройства для измерения напряжения; на фиг.2 - характеристики намагничивания измерительного трансформатора напряжения и нелинейного дросселя; на фиг.З - кривые тока в первичной обмотке трансформатора напряжения при отсутствии нелинейного дросселя и при подключении нелинейного дросселя.

Устройство для измерения напряжения содержит измерительный

5 трансформатор напряжения с магнитопроводом. из электротехнической стали,) первичной и вторичной обмотками, размещенными на магнитопроводе, и демпфирующую нагрузку, подключен0 ную параллельно вторичной обмотке, причем демпфирукнцая нагрузка выполнена в виде нелинейного д зосселя с обмоткой и магнитопроводом преимущественно из электротехнической

5 стали, магнитная проницаемость которой ниже магнитной проницаемости стали магнитопровоДа измеритель- : ного трансформатора напряжения, в расчетной схеме устройства

g (фиг.1) трансформатор напряжения замещен ветвью 1 намагничивания (с.

динамической индуктивностью 1м.Аий ) индуктивностью 2 рассеяния первичной обмотки (с индуктивностью L, ду((, ) J

резистором 3 первичной обмотки трансформатора напряжения {с сопротивлением « ) , резистором 4 основной вторичной обмотки трансфор-. матора напряжения (с сопротивлением

2 }г индуктивностью 5 рассеяния -. 0 основной вторичной обмотки трансформатора (с ин уктивностью ). Параллельно основной вторичной обмотке трансформатора .напряжения подключен нелинейный дроссель б 5 (с динамической индуктивностью

i-iAviH) Питание от источника 7

(с ЭДСЕ) подается через конденсатор

(емкостью С).

, Расчет перехо цных процессов

в схеме (фиг.1) проводится с использованием приближенного аналити- . ческого выражения характеристик не-; линейных элементов Характеристики нелинейной индуктивности трансформа-

5 тора напряжения и нелинейного селя аналитически описываются гиперболическим синусом 4о ««эЬ ptf, где 0, - ток намагничивания, (| - потокосцепление. Коэффициенты оСч и (

0 для трансформатора напряжения находятся из рпытной кривой нам гничи вания для трансформатора типа НКФ на 220 кВ. Методика нахождения этих коэффициентов известна из

5 теории нелинейных цепей. Совтветственно эти коэффициенты для нелин ноге дросселя подбираются при ра чете на ЭВМ переходных процессов схеме (фиг,1) с целью надежного ограничения бросков тока в перви ной обмотке трансформатора напря жения при феррорезонансе. ДЦ1намические индуктивности тр Форматора напряжения и нелинейно дросселя имеют аналитические выр жения соответственно 41 АЙН iPiCh(p,(,) 45|уин ((%, Система интегродифферендиальных уравнений описывающих переходной процесс в схеме (фиг.1)имеет сле дукяций вид: E lln,eJn(,witiy)i ) Oi(VLiAHH e-iJ,a-iiR. 2К1.Ч,„1.е-1|,}Ня,+.,й «АНИ«;,(, ch(p,(v,) А«««,(,сь(п.,ц|,) ,р;, - l ie-gJ.H. Заданными параметрами являются Е, С, U, , t, , ly, ч , 1 , /3 , V Парамет|)ы нелинейного дросселя K и Рг определяются в процессе рас чета переходных процессов в схем (фиг.1) . Все параметры переведен в относительные величины с целью упрощения как расчета, так и пос дующего определения абсолютных п рамётров нелинейногодросселя в ковольтной вторичной цепи трансф матора напряжения. За базистые параметры приняты Е-мацо Uq, i макс (р4( макс. . .., ААакс -7;Г : : Емакс . «мькс:. ., Es t ««Mvco i Vg Расчет переходных процессов в .схеме (фиг.1) проводится на двух ЭВМ EG-1033 и М-222 по различным методикам с целью получения убедительности проводимых поисков ме тода ограничения феррорёзонанса. Аналитическая зависимость тока намагничивания измерительного транС форматора напряжения высших классов напряжения типа НКФ имеет вид io--o.,b8v); Найденная аналитическая зависимость тока намагничивания нелинейного дросселя имеет вид fo 0,0085 sh ffiij). I .. Для сравнения приведены кривые (фиг.2) намагничивания измерительного трансформатора типа НКФ (кривая . 8) и нелинейного дросселя (кривая 9). Для физической реализации предлагаемого устройства необходимо, чтобы магнитопровод нелинейного дросселя был выполнен из электротехнической стали с магнит- L НОЙ проницаемостью на 7-10% меньше, чем магнитная проницаемость электротехнической стали, трансформатора напряжения в магнитном поле с напряженностью от О до 1000 А/м. Этому требованию отвечают электротехнические стали типа Э-42, из которой набирается сердечник трансформатора напряжения, типа Э-44 толщиной 0,1 мм и Э-48 толщиной 0,2 мм, из которых должен быть выполнен магнитопровод нелинейного дросселя. Число витков дросселя, сечение его магнитопровода предварительно вычисляются по известной методике расчета дросселей и трансформаторов. U .. , vij т4, Максимальную мощность дросселя находят из тока О вторичной цепи, который длительно может пропускать измерительный трансформатор при напряжении вторичной обмотки U . Сечение сердечника предварительно находят по известцо й формуле ечение сердечника можно выразить геометрические размеры ScepA-a-bLcM } Jде о - ширина пластин, (см); Ъ - тотацина пакета пластин ысоту; прямоугольного стержня дросе.ля Можно вычислить по, формуле ;:Н(2.5-Ъ,(л1) оотношение размеров сечения сердечика может находится в пределах ;i-.5-2. ирина окна сердечника

где К - коэффициент, учитывающий раэмеры окна сердечника

k 2.5-3.

Расчетное значение магнитной индукции для сталей Э-44 и Э-48 принимается в среднем Тл. ; Таким образом можно вычислить по к вышеприведенным формулг1м размеры нелинейного дросселя и число витко Окончательное число витков нелийёйного дросселя.определяется в процессе опытной отстройки защитного Действия предлагаемого устройства.

Расчетные кривые тока показаны (фиг.З) в первичной обмотке трансформатора напряжения при отсутстви демпфирующего действия нелинейного дросселя (кривая 10) и при подключении нелинейного дросселя параллельно вторичной обмотке трансформатора напряжения (кривая 11). Как видно из характера этих кривых, демпфирующее действие дросселя весьма ощутимо (более чем в 5 раз) Нелинейный дроссель в интервале возбуждения имеет небольшую индуктивность, так как магнитопровЬд работает на ненасыаенной части кривой намагничивания, где дифференциальная магнитная проницаемость велика. Поэтому в нормальном режиме индуктивное сопротивление нелинейного дросселя достаточно большое, следовательно нелинейный дроссель можно непосредственно подключать параллельно вторичной обмотке.

Можно отметить еще один положитеный эффект предлагаемого устройства Известно, что в электромагнитных трансформаторах напряжения на классы напряжения 330-500 кВ, присоединенных непосредственно к линиям электропередачи, наблюдаются броски тока во вторичной .цепи до 47 А при отключении данных ненагруженных линий. При этом ложно срабатывает защита. Предлагаемое устройство ограничения феррорезонанса позволяет шунтировать нагрузку вторичной обмотки трансформаторов в моменты броска тока, тем самым защищая релейную защиту от ложного срабатывания.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее измерительный трансформатор напряжения с магнитопроводом из электротехнической стали первичной и вторичной обмотками, размещенными на магнитопроводе, и демпфируквдую нагрузку, подключенную параллельно вторичной обмотке, отличающееся тем, что/ с цблью упрощения устройства и повышения его над1ежности путем ограничения феррорезонанса в переходном режиме, демпфирующая нагрузка выполнена в виде нелиней;ного дросселя с обмоткой и магнитопроводом преимущественно из электротехнической стали, магнитная проницаемость которой ниже магнит(О ной проницаемости стали магнитопровода измерительного трансформатора напряжения. а: ел ЭО

io O.t

5B

r 20

/

/fl

10

25 I

ae.

11

Фиг.З