Трансформатор тока нулевой последовательности Советский патент 1993 года по МПК H01F40/06 

Quzf

Изобретение относится к устройствам защиты от поражения электрическим током в сетях с глухозаземленной нейтралью трансформатора.

Целью изобретения является повыше- ние чувствительности и надежности срабатывания устройства в широком диапазоне рабочих токов нагрузки.

На фиг. 1 приведена схема трансформатора тока; нафиг.2 показано подсоединение концов жил кабелей, подсоединение к центральному (нулевому) стержню сделано в той же плоскости, что и к наружному цилиндру; на фйг.З условно показано подсоединение жил кабелей в одной плоскости, в действительности плоскости этих подсоединений повернуты в пространстве на 120° одна относительно другой,.как показано на фиг.2.

Схема трансформатора тока, изобра- женная на фиг. 1, содержит датчик тока утечки 1, релейный блок 2, подключенный к вторичной обмотке датчика тока утечки, автоматический выключатель или магнитный пускатель 3, вход которого связан с выходом релейного блока 2. Сквозь окно сердечника датчика тока утечки пропущен коаксиальный трубчатый токопровод 4, состоящий из цилиндрического стержня 5 и коаксиальных цилиндров б, 7, 8 по числу фаз, к каждому из которых с двух концов, по двум диаметрально противоположным образующим подсоединены концы силовых жил кабелей 9-9 , 10-10 , 11-11 и нулевого провода 12-12 (фиг.2 и 3), причем плоскости этих подсоеди- нений повернуты в пространстве на 120° одна относительно другой, а отношение длины наружного цилиндра I к его диаметру d не менее шести.

Устройство работает следующим обра- зом.

При наличии тока утечки на землю, равного или большего значения уставки сраба- тывания защитного отключения из-за низкого сопротивления изоляции или при прикосновении человека к токоведущим частям, на вторичной обмотке датчика тока утечки 1 наводится ЭДС, которая после усиления приводит к срабатыванию реле релейного блока 2, контакты которого разрывают цепь управления магнитным пускателем 3, приводя к размыканию контактов магнитного пускателя.

Так как в коаксиальном трубчатом токо- проводе 4 распределение тока по всей по- верхности каждого из цилиндров 5-8 равномерно, то при отсутствии тока утечки, когда сумма мгновенных значений токов всех трех фаз равна нулю, напряженность магнитного поля в любой точке внешнего

пространства, в том числе и в любой точке ферромагнитного сердечника датчика тока, на основании закона полного тока, равна нулю при сколь угодно больших токах, проходящих по коаксиальным цилиндрам.

При наличии тока утечки возникает переменное намагничивание сердечника и во вторичной обмотке датчика тока утечки индуцируется ЭДС.

Практически идеально равномерное то- кораспределение по поверхности каждого из цилиндров неосуществимо вследствие наличия сосредоточенных мест припайки 9- 9, 10-10, 11-11, 12-12 к каждому из цилиндров 5, 6, 7, 8 силовых жил.

Для получения возможно меньшей неравномерности токораспределения в месте прохождения коаксиального трубчатого то- копровода сквозь окно датчика тока утечки необходимо иметь достаточно большую длину цилиндров, а места припайки силовых жил располагать на диаметрально про- тивоположных образующих данного цилиндра.

Для приблизительной оценки остаточной неравномерности распределения токов по поверхности цилиндра в месте его прохождения сквозь сердечник датчика тока утечки были проделаны графоаналитические расчеты для случаев I 4d и I 6d, где I -длина цилиндра коаксиального трубчатого токопровода; d - диаметр цилиндра.

Цилиндр мысленно разрезался по плоскости мест подпайки к нему силовых жил, и одна из его половин развертывалась в плоскость. Картина прохождения силовых линий тока по поверхности цилиндра в каждой из его половин определялась по методу сеток и с учетом того, что плотность тока по данной силовой линии тока обратно пропорциональна длине этой линии.

Из анализа картины поля вытекает, что в случае I 4d различие значений плотности тока в разных точках поверхности цилиндра в месте прохождения токопровода сквозь окно сердечника датчика тока утечки составляет примерно ±8%, а в случае l 6d-около ±4%.

В случае прохождения сквозь окно датчика тока утечки трех силовых проводов (как это выполнено в ЗОУП-25 и РУД-0,5) неравномерность токораспределения можно оценить как порядка 150%, так как в момент амплитудного значения тока, скажем в проводнике фазы А, токи в проводниках фазы В и С составляют 50% амплитудного значения и протекают при этом в противоположном направлении относительно тока фазы А. При этих же условиях в предлагаемом решении в случае I 4d неравномерность токораспределения снижена примерно в 20 раз, а в случае I 6d - в 30 раз.

Это, возможно, позволит в случае I 4d снизить ток уставки в РУД-05сЗООдо 15мА, а в случае I 6d - до 10 мА.

Уточнить эти соотношения и выбрать необходимые значения I/a1 возможно лишь экспериментально.

Таким образом, изобретение позволяет существенно повысить уровень электробе- зопасности эксплуатации электрооборудования с большими рабочими токами за счет возможности создания защитно-отключающих устройств с малыми уставками тока срабатывания (10-15 мА), тогда как в настоящее время, например, в РУД-05 уставка при больших рабочих токах - 300 мА.

Формула изобретения

1. Трансформатор тока нулевой последовательности, содержащий вторичную об-

мотку и тороидальный магнитопровод, в окне которого пропущен токопровод, состоящий из цилиндрического стержня и трех коаксиально расположенных цилиндрических шин трубчатого сечения, по концам которых расположены контактные зажимы для подсоединения жил внешних силовых кабелей, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, контактные зажимы на каждой шине размещены на диаметрально противоположных концах цилиндра, причем плоскости центрального сечения, проходящие по этим зажимам в каждой отдельной шине, повернуты одна относительно другой на 120°.

2. Трансформатор по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что отношение длины наружной трубчатой шины к ее внешнему диаметру составляет не менее шести.

Фиа.$.

Использование: в области электротехники. Сущность: устройство содержит сер- дечник, через который пропущен коаксиальный трубчатый токопровод 4, состоящий из цилиндрического стержня 5 и коаксиальных цилиндров по числу Фаз, к каждому из которых с двух концов по двум диаметрально противоположным образующим подсоединены концы силовых жил кабелей 9, 10, 11, 12, плоскости этих подсоединений повернуты в пространстве на 1206 одна относительно другой. Отношение длины наружного цилиндра к его диаметру равно шести. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.