Тепловая модель обмотки электрооборудования переменного тока Советский патент 1984 года по МПК H02H6/00 H02H5/04 H02H7/85 

1П Изобретение относится к электротехнике, а именно к области устройст защиты, и может быть использовано при выполнении тепловой заидиты обмот ки электрических шин, трансформаторо и другого электрооборудования переменного тока. Известна физическая модель тепловых процессов, протекающих в обмотке якоря малоинерционного электродвигателя, содержащая изолированные нагре ваемый проводник, включаемый последо вательно с якорем, и термодатчик с токовыми выводами. Модель располагается в непосредственной близости от якоря электродвигателя с тем, чтобы температура среды, окружающей якорь модель, была одинаковой. Конструкция модели позволяет получить при малых габаритах тепловую постоянную времени, соответствующую постоянной обмот ки якоря малоинерционного электродви гателя. Намотка проводника модели на изолированной от него металлической пластине улучшает динамическую характеристику охлаждения модели, приближая ее к характеристике обмотки якоря lj . Однако ввиду наличия двойного сло изоляции между нагреваемым проводником и термодатчиком модели, ее динамическая характеристика нагревания в области больших кратностей токов перегрузки двигателя и. тока КЗ, т.е. при высоких скоростях роста температуры обмотки, остается неудовлетвори тельной, что обуславливает.существен ное запаздывание срабатывания защиты в указанных режимах и тем самым значительно снижает ее эффективность. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для защиты от токовой перегрузки электрического оборудованияэ содержащее датчик тока (трансформатор) , -тепловой аналог электрического оборудования и измерительный орган, вьшолненный в виде терморезистора у находящегося в тепловом контакте с тепловым аналогом. Тепловой аналог защищаемого электрооборудования выполнен в виде многослойной катушки или однородным из материала, проводящего электрический ток по всему , объему 2 . Основной недостаток устройства наличие электрической изоляции между терморезистором и тепловым аналогомэ 2 2 ухудшающее их теплово контакт, НЕЯИду чего динамическая характеристика известного устройства неудовлетворительна. Кроме того, габаритные размеры и масса теплового аналога, моделирующего тепловые процессы защищаемого электрооборудования в целом, у известного устройства весьма велики. Цель изобретения - повьшение точности моделирования путем улучшения динамической характеристики модели и уменьшения ее габаритов. Поставленная цель достигается тем, что в тепловой модели обмотки электрооборудования переменного тока, содержащей датчик тока, выполненный в виде трансформатора тока, тепловой аналог обмотки электрооборудования, и находящийся с ним в тепловом контакте терморезистор, трансформатор тока выполнен с короткозамкнутыми вторичными витками, являющимися тепловыми аналогами обмотки злектрооборудованиЯэ а терморезистор расположен между вторичными витками трансформатора тока и находится с ними в электрическом контакте. На фиг.1 показан один из возможных вариантов конструктивного выполнения предлагаемого устройства; на фиг.2 вариант выполнения устройства с последовательным включением нескольких терморезисторов, Проводник 1 цепи питания защищаемого электрооборудования охвачен магнитопроводом 2 трансформатора тока и является первичной обмоткой последнего о Вторичной обмоткой трансформатора служат короткозамкнутые витки 3. Между ними расположен терморезистор 4,выполненный в виде тонкостенной шайбы. Витки 3 плотно прилегают к двум противоположным плоскостям терморезистора, причем соприкасающиеся поверхности не имеют электрической изоляции. Комплект витков и терморезистора покрыт слоем теплоизоляции 5,параметры которой выбраны такими, чтобы температура нагрева витков соответствовала температуре нагрева обмотки защищаемого электрооборудования „ С этой же целью тепловая модель располагается в зоне тепловыделений защищаемого электрооборудования или же может помещаться в кожух, имитирующий тейповое сопротивление между обмоткой и окружающей средой 3 Короткозамкну.тые витки 3 снабжены выводами 6, посредством которых изме рительный терморезистор 4 включают в исполнительную цепь устройства защиты. Последовательное включение не- скольких терморезисторов используется для согласования напряжения испол нительной цепи с допустимым значением приложенного к терморезистору напряжения (фиг.2). Тепловая модель работает следующи образом. При протекании переменного тока по проводнику 1 возникает переменный магнитный поток в магнитопроводе 2 трансформатора и возбуткдаются токи в витках 3, что вызывает нагрев последних и соответственное повышение температуры терморезистора 4. Поскол ку терморезистор является тонкостенным и нагревается одновременно с дву противоположных поверхностей витками 3 без промежуточной теплоизоляции между ними, температура нагрева терморезистора без существенного запаздывания следует за температурой витков, совпадающей, в свою очередь, с температурой нагрева обмотки защищаемого электрооборудования. Этим обеспечивается высокое качество динамической характеристики тепловой модели во всем практически возможном диапазоне кратностей токов перегрузки, вплоть до тока КЗ. Предлагаемая тепловая модель по параметрам своего измерительного органа - терморезистора (обычно в подобных устройствах используются тер724морезисторы с положительным температурным коэффициентом- позисторы) может сочетаться простейшими исполнительными органами устройства защиты - коммутационными аппаратами, Это дает дополнительные возможности упрощения и сокращения стоимости защитного устройства в целом. По сравнению с известной предлагаемая тепловая модель обладает лучшей динамической характеристикой в области больших кратностей тока, имеет значительно меньшие размеры. Ее использование позволяет также упростить и сократить стоимость защитного устройства. Предлагаемое размещение измерительного терморезистора обеспечивает наилучший тепловой контакт его с тепловыми аналогами и наибольшую скорость передачи тепла от аналогов к измерительному органу, благодаря чему сокращается до минимума запаздывание реагирования модели на изменение теплового состояния обмотки защищаемого электрооборудования. Возможность осуществления электрического контакта с терморезистором одновременно двух витков вторичной обмотки трансформатора обусловлена предложенным новым их выполнением - короткозамкнутыми, что одновременно позволяет минимизировать размеры и массу трансформатора тока. Предлагаемое использование указанных витков в качестве тепловых аналогов обмотки защищаемого электрооборудования приводит к | резкому сокращению габаритов и массц тепловой модели.

. ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ ОБМОТКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащая датчик тока, выполненный в виде трансформатора тока, тепловой аналог обмотки электрооборудования, и находящийся с ним в тепловом контакте терморезистор, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности моделирования путем улучшения .динамической характеристики модели и уменьшения габаритов, трансформатор тока выполнен с короткозам-. кнутыми вторичными витками, являющимися тепловыми аналогами обмотки электрооборудования, а терморезистор расположен между вторичными витками ; трансформатора тока и находится с ними в электрическом контакте. Фмг,1