Способ защиты измерительного трансформатора напряжения от перегрузки Советский патент 1992 года по МПК H02H7/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите измерительных трансформаторов напряжения от перегрузки в сетях с изолированной нейтралью при нормальных рабочих режимах, а также при замыкании на землю.

Известны способы защиты измерительных трансформаторов напряжения (ИТН), основанные на фиксировании тока перегрузки или последовательно с первичной обмоткой активного сопротивления, или созданием параллельного пути тока через трансформатор собственных нужд.

Основным недостатком этих способов является очень малая эффективность в повышении ресурса работы трансформаторов напряжения. Это связано с тем, что во всех способах не учитываются параметры изоляции электрической сети относительно земли в совокупности с полным сопротивлением трансформатора напряжения, а защиты не работают при нормальном режиме электрической сети при наличии незначительной несимметрии фазных напряжений. При определенных параметрах изоляции данные

способы или не дают существенного понижения тока перегрузки, или, наоборот, повышают его.

Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты ИНТ от перегрузки, в котором измеряют ток перегрузки по уровню высших гармоник в напряжении нулевой последовательности при дуговом замыкании на землю или феррорезонансных процессах и сравнивают с допустимой величиной, В случае превышения вводится автоматически активное сопротивление в нейтраль трансформатора напряжения.

Основной-недостаток известного способа защиты от перегрузки заключается в том, что в нормальном рабочем режиме электрической сети, т.е. когда дуговых замыканий фазы на землю и высших гармоник практически нет, а имеется незначительная несимметрия фазных напряжений, то активное сопротивление не включается в нейтраль трансформатора, что приводит при определенных параметрах изоляции относительно земли к перегрузке трансформатора, сни(/)

С

XI

со

Јь

Й

жая тем самым его ресурс работы и точность измерений.

Целью изобретения является повышение ресурса работы трансформатора путем снижения перегрузок при несимметрии питающего напряжения в сети.

Цель достигается тем, что в известном способе защиты измерительного трансформатора напряжения от перегрузки, основан- ном на измерении контролируемой величины и сравнении ее с первой заданной уставкой, при превышении которой включают активное сопротивление в нейтраль защищаемого трансформатора, в качестве контролируемой величины используют ток промышленной частоты в нейтрали защищаемого трансформатора, при этом, если после указанного включения активного сопротивления контролируемый ток превышает вторую заданную уставку, на защищаемый трансформатор подают пониженное напряжение.

На фиг.1 приведена схема замещения электрической сети с изолированной нейтралью и защищаемого измерительного трансформатора; на фиг.2 - схема устройства, реализующего данный способ защиты; на фиг.3-зависимости тока 1из от активного и емкостного сопротивлений изоляции электрической сети относительно земли; на фиг.4 - временная диаграмма работы устройства, где RH - активное сопротивление в нейтрали трансформатора напряжения; U - величина подводимого к трансформатору напряжения; 1Ср.1, Icp2-токи срабатывания первого и второго пороговых элементов соответственно.

Предлагаемый способ основан на условии передачи мощности от источника энергии к приемнику. Трансформатор напряжения при этом рассматривается как приемник. Рассмотрим схему замещения электрической сети с параметрами изоляции относительно земли и трансформатором напряжения (фиг.1). На фиг.1 приняты следующие условные обозначения; U - фазное напряжение сети; хс из, гиз емкостное и активное сопротивление изоляции фазы сети относительно земли; Rrp, хтр - активное и индуктивное сопротивления фазы трансформатора напряжения. Схему замещения изоляции электрической сети можно преобразовать из параллельной в последовательную. Тогда ток, протекающий через трансформатор, учитывающий параметры изоляции сети относительно земли, определяют;

kH -UH

из - V у кз , D -.2 , (, Ь из 2

(- + RTP) + (х Тр +-)

У из

У из

где UH номинальное линейное напряжение, подводимое к трансформатору напря- ч жения;

Уиз, ЬИЗ.УИЗ-- измеренные активная, ем-

костная и полная проводимости изоляции фазы сети относительно земли;

KH - коэффициент, учитывающий повышение фазного напряжения выше номинального в результате несимметрии фазных

напряжений.

Кроме того, через трансформатор протекает постоянная составляющая тока Пр, вызванная потреблением мощности, подключенными к трансформатору напряжения

приборами Таким образом, протекающий через трансформатор ток состоит из двух составляющих: переменной Из, зависящей от величины активного и емкостного сопротивлений изоляции и их соотношения, и постоянной 1Пр:

тр из + Inp.

Ток Тр через трансформатор определяется из условия Тр доп, где 1ДОп -допустимая величина тока для определенного

класса точности. Если измерять величины из, то можно контролировать и ток перегрузки трансформатора. Для того, чтобы трансформатор напряжения не вносил погрешность при измерениях выше требуемой, а ресурс работы оставался в пределах заданного, ему задают заводом-изготовителем допустимую мощность для определенного класса точности, т.е. допустимую величину тока доп, из условия симметричности фазных напряжений. Так, например, для трансформатора типа НТМИ-6 в первом классе точности 5ДОп.1 150 ВА (I доп.1 14,4 мА, а в классе точности 0,5-75 ВА Одоп.о,5 7,2 мА). При незначительной несимметрии фазных напряжений величина тока из определяется параметрами изоляции фаз относительно земли гиз и Сиз. Таким образом, при ограничении тока перегрузки необходимо учитывать параметры изоляции

электрической сети относительно земли.

Предлагаемый способ позволяет повысить ресурс работы трансформатора напряжения, а также снизить погрешность измерений в нормальном режиме работы

электрической сети. Для повышения ресурса работы и снижения погрешности необходимо снизить ток трансформатора путем снижения тока из. При определенном соотношении параметров изоляции уменыиение тока |из при введении активного сопротивления последовательно с трансформатором может не произойти. Например, при Сиз 0,25 мкФ; Виз 5000 Ом и допустимом токе для первого класса точности I доп.ч 14,4 мА ток из равен 14,55 мА, а при включении последовательно с трансформатором активного сопротивления в 5000 Ом ток Из увеличивается и становится равным 15,13 мА(при этом увеличивается погрешность измерений, снижается ресурс работы трансформатора, который переходит в третий класс точности). В этом случае необходимо выбрать другой путь снижения тока - введение индуктивного сопротивления в нейтраль трансформатора или подача пониженного напряжения, которое снимается с делителя напряжения, а величина пониженного напряжения выбирается так, чтобы ток через трансформатор был близок к току срабатывания второго порогового элемента (см. фиг.4).

Устройство (фиг.2) для защиты трансформатора 1 напряжения содержит резистор 2 в цепи нейтрали первичной обмотки, включенной последовательно с первым пороговым элементом 3, выполненным в виде токового реле, которое имеет размыкающий контакт 4; выпрямительный мост 5, второй пороговый элемент 6, выполненный в виде реле напряжения, которое имеет замыкающий контакт 7, индуктивный делитель 8 напряжения с отпайками от фазных обмоток и высоковольтный контакт, состоящий из кон- такторной катушки 9, замыкающих 10, 12 и размыкающих 11 контактов.

При этом параллельно резистору 2 включены размыкающий 4 контакт и выпрямительный мост 5, к выходу которого присоединен второй пороговый элемент 6, а делитель 8 напряжения присоединен между фазами сети и землей через замыкающий контакт 10 высоковольтного контактора: первичная обмотка трансформатора 1 напряжения присоединяется через размыкающие 11 контакты к фазам сети и через замыкающие 12 контакты высоковольтного контактора к отпайкам от обмоток делителя 8 напряжения, а контакторная катушка 9 подключена к источнику питания через замыкающие контакты 7 второго порогового элемента 6.

Первый пороговый элемент 3 предназначен для включения резистора 2 в нейтраль трансформатора, а второй элемент 6 - для включения трансформатора 1 напряжения через делитель 8 напряжения с помощью высоковольтного контактора, при

этом ток срабатывания первого порогового элемента меньше, чем второго.

Емкостное и активное сопротивление изоляции отдельных фаз электрической сети относительно земли обозначены на фиг.2 как Хиз и Гиз соответственно.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Для того, чтобы проконтролировать ток

0 перегрузки в трансформаторе Up (из + Inp) достаточно измерить ток 1Из, так как ток Пр является постоянной величиной и определяется постоянно подключенными измерительными приборами. Ток из измеряется с

5 помощью первого 3 и второго 6 пороговых элементов. При известных величинах Сиз, Гиэ (см. зависимости 1 и 2 на фиг.З) ток Из не превышает допустимого для определенного класса точности и контакты 4 первого поро0 гового элемента 3 шунтируют резистор 2. В этом случае контакт 7 второго порогового элемента 6 разомкнут, а контакты 10 и 12 высоковольтного контактора разомкнуты, а контакты 11 замкнуты.

5 Таким образом, полное номинальное напряжение сети UH подается на трансформатор 1 через контакты 11. При уменьшении величины Виз (см. фиг.З, зависимость 1 и 2) через пороговый элемент 3 ток повышается.

0 Это приводит к срабатыванию первого порогового элемента 3 (см. фиг.4, время ti), который размыкает свои контакты 4 и включает в нейтраль трансформатора 1 активное сопротивление, тем самым снижая ток Кр до

5 величины 1ср. I ср.2 (см. фиг.4).

Если Тр увеличивается при включении активного сопротивления (см. фиг.З, зависимость 3) и превышает ток срабатывания второго порогового элемента 6, то он

0 срабатывает (см. фиг.4, время t2) и своими замыкающими контактами 7 замыкает цепь питания контакторной катушки 9, которая производит переключение контактов 10-12 высоковольтного контактора, и на транс5 форматор 1 напряжения подается пониженное напряжение (см. фиг.4, время хз), которое выбирается из наиболее тяжелых условий эксплуатации трансформатора напряжения при известных параметрах изоля0 ции относительно земли для рассматриваемого района эксплуатации электрических сетей с соблюдением условия I ср.2 I доп.1

Таким образом, с помощью предлагае5 мого способа можно выбрать более оптимальный путь снижения тока перегрузки трансформатора напряжения с учетом параметров сопротивления изоляции электрической сети относительно земли.

С,

Использование предлагаемого способа защиты трансформатора от перегрузки по сравнению с существующими способами позволяет повысить ресурс его работы и снизить погрешность измерений.

Формула изобретения Способ защиты измерительного трансформатора напряжения от перегрузки, основанный на измерении контролируемой величины тока и сравнении ее с первой заданной уставкой, при превышении которой включают активное сопротивление в нейт

раль защищаемого трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения ресурса работы трансформатора путем снижения перегрузок при несимметрии питающего напряжения в сети, в качестве контролируемой величины используют ток промышленной частоты в нейтрали защищаемого трансформатора, при этом, если после упомянутого включения активного сопротивления контролируемый ток превышает вторую заданную уставку, на защищаемый трансформатор подают пониженное напряжение.

Сущность изобретения: путем подачи пониженного напряжения на защищаемый трансформатор при превышении током промышленной частоты в нейтрали защищаемого трансформатора второй заданной уставки обеспечивается снижение перегрузки трансформатора при несимметрии питающего напряжения в сети, что повышает ресурс его работы. 4 ил.

I/

ХСиэ 1ис

фиг. /

риг. 2 1из м А

10 15 20 Фиг.З