Устройство для блокировки защиты трансформатора от бросков токов намагничивания Советский патент 1977 года по МПК H02H1/04 

1

Изобретение относится к устройствам для блокировки защиты трансформатора.

Аналогами предлагаемого устройства являются устройства, основанные на сравнении амплитуд разнополярных полуволн тока, измерении соотношения между переменной и постоянной составляюпдих токов фаз защиты, а также соотнопления второй производной тока по времени при амплитудном значении токак по времени при амплитудном значении тока к величине этой амплитуды.

Такие устройства блокировки имеют недостаточную точность измерения амплитуд тока при их резко пикообразной форме из-за применения промежуточных трансформаторов тока, искажающих форму тока, а также сложную конструкцию.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее в каждой фазе промежуточный трансформатор с двумя вторичными обмотками, присоединенными к выпрямительным мостам. К выходу одного моста, шунтированного резистором, через конденсатор присоединен другой выпрямительный мост, выход которого, шунтированный сглаживающим конденсатором и резистором, присоединен к первому входу устройства сравнения напряжений. Выход выпрямительного моста другой обмотки трансформатора шунтирован сглаживающим конденсатором и потенциометром, и выход последнего присоединен к другому входу устройства сравнения напряжений. Выходы устройства сравнения напряжений всех фаз присоединены к одному реагирующему органу, осуществляющему блокировку дифференциальной защиты трансформаторов.

Принцип действия устройства основан на сравнении -между собой напряжений, пропорциональных постоянной и переменной составляющим тока каждой фазы.

Для такого устройства характерца несовершенная фильтрация постоянной и переменной

составляющих тока, обусловленная применением промежуточного трансформатора, искажающего гармонический состав тока из-за насыщения сердечника постоянной составляющей тока, и применение стабилитрона для

срезания пиков напряжения, что приводит к различной степени искажения формы напряжения канала фильтрации переменной составляющей напряжения в зависимости от величины тока устройства. Все это влечет за собой недостаточную надежность распознавания бросков тока намагничивания, что особенно сильно проявляется при использовании в защите сильнонагруженных трансформаторов тока, плохо трансформирующих апериодическую составляющую тока.

Цель изобретения - улучшение селективности защиты трансформатора за счет более надежного распознавания бросков токов намагничивания.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем измерительный трансформатор тока с резистором нагрузки, нараллельно которому нрисоединен промежуточный трансформатор, к вторичной обмотке которого подключены мостовой выирямитель, сглаживающий конденсатор и потенциометр, присоединенные к входу тормрзного наиряжения блока сравнения напряжений, к резистору нагрузки через хокоограничивающий резистор подключен вход дифференциального транзисторного усилителя напряжения с общей базой, на выход которого включен интегрирующий конденсатор, присоединенный к входу рабочего напряжения блока сравнения напряжений, рабочий орган которого шунтирован стабилитроном.

Кроме того, с целью расширения функциональных возможностей устройства при использовании в защитах сильнонагруженных трансформаторов тока, между резистором нагрузки и входом дифференциального транзисторного усилителя через разнополярно включенные диоды присоединены два резистора, параллельно которым включены последовательно соединенные дифференцирующие конденсаторы и мостовые выпрямители.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для блокировки защиты трансформатора от бросков то,ка намагничивания; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства для блокировки защиты трансформатора от бросков токов намагничивания, использующей сильнонагруженные трансформаторы тока; на фиг. 3 приведены графики временных характеристик устройства; на фиг. 4 - графики временных характеристик устройства, показанного на фиг. 2.

Устройство содержит трансформатор тока 1 с резистором нагрузки 2, параллельно которому через резистор 3 включен вход дифференциального транзисторного усилителя напряжения с общей базой на транзисторах 4 и 5, питаемого от делителя стабилизированного напряжения, состоящего из стабилитронов 6 и 7 и резистора 8.

Нагрузкой дифференциального усилителя является интегрирующий конденсатор 9, параллельно которому присоединен выпрямительный мост 10. Параллельно резистору 2 присоединена первичная обмотка трансформатора И, а во вторичную обмотку его включен выпрямительный мост 12 со сглаживающим конденсатором 13 и потенциометром 14.

Отрицательные и положительные выводы мостов 10 и 12 связаны между собой непосредственно. Положительный вывод моста 10 присоединен к эмиттеру транзистора 15, база которого подведена к движку потенциометра 14. Коллектор транзистора 15 через измерительное релр 16 постоянного тока, шунтированное стабилитроном 17, присоединен к отрицательным выводам мостов 10 и 12.

Принцип работы устройства блокировки поясняется графиками временных характеристик реле, изображенных на фиг. 3. Эмиттерные токи транзисторов 4 и 5 дифференциального усилителя напряжения пропорциональны соответственно положительным и отрицательным полуволнам тока реле i. При достаточно большом коэффициенте усиления по току транзисторов 4 и 5 токи коллекторных цепей весьма близки к токам эмиттерных цепей. В полупериоды тока реле одного знака ток в конденсаторе 9 одного направления, а

15 в другие полупериоды - другого направления. Количество электричества, запасаемое интегрирующим конденсатором 9 за период Т тока ip,

KTI,,

о

где К - коэффициент передачи токовой цепи;

Го постоянная составляющая тока. Приращение напряжения на интегрирую5 щем конденсаторе 9 за период Т

--

С

где С--емкость интегрирующего конденсате 0 ра 9.

При установившемся токе длительность переходного режима определяется соотношением напряжения на выходе потенциометра 14 UT и приращением напряжения конденсатора 9 за период At/c- На фиг. 2 длительность переходного процесса соответствует двум периодам тока ip, после чего количество электричества, поступающего за период Т через устройство сравнения напряжений на транзисторе 15 в реле 16 и стабилитрон 17, равно количеству электричества, запасаемому за это время конденсатором 9, т. е.

Ад КТТо.

5- Ограничение амплитуды импульсов тока измерительного реле 16 с помощью стабилитрона 17 в значительной степени уменьшает зависимость отношения постоянной и переменной составляющих тока устройства блокировки при его срабатывании от величины тока. При этом отношение постоянной и переменной составляющих тока известной формы определяется длительностью импульсов тока реле 16 за период, т. е. , соответст5 вующей условию

TI. i,,df. ttt,

В режимах рабочего тока или тока корот0 кого замыкания после затухания апериодической слагающей, кривая тока близка к синусоиде и количества электричества, поступающих в интегрирующий конденсатор 9 за положительные и отрицательные полупериоды незначительно отличаются друг от друга, что обусловливает протекание в реле 16 коротких импульсов тока, не вызывающих его срабатывания. При броске тока намагничивания по крайней мере в двух фазах содержится значительная постоянная составляющая, обусловливающая большое различие в количествах электричества заряда и разряда интегрирующего конденсатора 9, а следовательно и относительно продолжительные импульсы тока реле 16, вызывающие его срабатывание. Настройка устройства блокировки на срабатывание при заданном отнощении постоянной и неременной составляющих тока производится нутем выбора соответствующего тока срабатывания измерительного реле тока 16. При использовании в защите сильнонагруженных трансформаторов тока, плохо трансформирующих апериодическую составляющую тока, в устройстве (фиг. 2) параллельно резистору нагрузки 2 через резистор 3 и разнополярно включенные диоды 18 и 19 присоединен резистор 20, а через диоды 21 и 22 - резистор 23. Параллельно резисторам 20 и 23 через дифференцирующие конденсаторы 24 и 25 и мостовые выпрямители 26 и 27 присоединен вход дифференциального транзисторного усилителя на транзисторах 4 и 5. Принцип работы устройства поясняется графиками временных характеристик, изображенными на биг. 4. Напряжение на резисторе нагрузки 2 пропорционально току устройства i. Положительные полуволны этого напряжения выделяются на резисторе 20, а отоинательные - на резисторе 23. Через дифференцирующие конденсаторы 24 и 25, выппямительные мосты 26 и 27 и цепи эмиттер-база транзисторов 4 и 5 протекают соответственно токи ic+ и tc- ic C, ,-,- t где r,T - сопротивление цепи, состоящей из резисторов 2 и 3 и 20 (23); Сд - емкость дифференцирующих конденсатооон 24 и 25; и, i+, /, i- - напряжения и токи положительных и отрицательных полуволн. При большом коэффициенте усиления по току транзисторов 4 и 5 токи ic+ и Ic- приблизительно равны токам заряда и разряда интегрирующего конденсатора 9 и тогда количества электричества, поступающие в интегрирующий конденсатор за положительный и отрицательный цолупериоды тока i (фиг. 4), t-i,n+ +- ic+di 2r,,C { Йг 2т1„д.; t,т /,(7- Пс-df -2г„Сд С dl - 2-сг„. Абсолютное значение приращения заряда интегрирующего конденсатора за период Т Дд- I (. + (7 I г 2t I г„+ - /« I. Выпрямленное напряжение интегрирующего конденсатора 9 сравнивается с выпрямленным и сглаженным напряжением выхода потенциометра 14, пропорциональным току устройства. По завершении переходного процесса в устройстве приращение количества электричества А через транзистор 15 органа сравнения напрял ений поступает в каждый период в измерительное реле 16 и стабилитрон 17. Ограничение тока измерительного реле 16 но амплитуде уменьшает зависимость характеристики срабатывания устройства блокировки от величин амплитуд сравниваемых полуволн тока. При малом напряжении стабилизации стабилитрона 17 относительно приращения напряжения на конденсаторе 9 относнтельная длительность за пеоиод тока измерительного реле 16, определяющая среднее значение этого тока, соответствует длительности существования избыточного заряда интегрирующего конденсатора 9, прямо зависящий от соотношения амплитуд тока i и отвечающий условиюД(7 2-|гш+ - гш- т f При нормальной работе защищаемого силового трансформатора или коротком замыкании его после затухания апериодической слагающей амплитуды соседних разнополярных ПОЛУВОЛН тока устройства незначительно отличаются друг от друга, и в измерительном реле постоянного тока 16 протекают короткие ИМПУЛЬСЫ тока небаланса, не вызывающие срабатывания реле 16 и устройства блокировки. При броске тока намагничивания по крайней мере в двух базах трехсЬазной системы ток имеет асимметричную форму с различными амплитудами разнополяоных полуволн тока, что обусловит значительную длнте.льность имнульсов тока измерительного реле 16 и его срабатывание. Ток срабатывания измерительного реле 16 органа сравнения нанряженнй рассчитывается из условия срабатывания от импульсов тока при бросках тока намагничивания и несрабатывания от импульсов тока при токах КОРОТКИХ замыканий. Коэффициент передачи цепи тормозного напряжения органа сравнения напряжений (элементы 11-14) определяет лищь длительность переходного процесса устройства, не влияя на ток измерительного реле 16 в малоизменяющемся режиме тока устройства. Трехфазный комплект устройства блокировки включается в дифференциальную цепь дифференциальной защиты трансформатора при наличии многостороннего питания и в питающее плечо защиты при наличии одпостороинего питания трансформатора. Если силовой трансформатор оборудован только устройством токовой защиты, то комплект реле блокировки включается с питающей стороны трансформатора.

Преимущество изобретения СОСТОИТЕ уменьщении экономических потерь электрических систем и систем электроснабжения вследствие уменьшения количества излишних срабатываний устройств защиты силовых трансформаторов при включении последних под напряжение, а также вследствие уменьшения количества отказов в срабатывании при внутренних коротких замыканиях из-за того, что применение предложепного реле блокировки устраняет необходимость отстройки измерительного органа защиты трансформатора от бросков периодического тока намагничиван ия.

изобретения

Формула

1. Устройство для блокировки защиты трансформатора от бросков токов намагничивания, содержащее измерительный трансформатор тока с резистором нагрузки, параллельно которому присоединен промежуточный трансформатор, к вторичной обмотке которого подключены мостовой выпрямитель, сглаживаюший конденсатор и потёнпиометр, присоединенные к входу тормозного напряжения блока сравнения напряжений, отличающее с я тем, что с целью улучшения селективности более надежного распознавания броска тока намагничивания, к упомянутому резистору нагрузки через токоограничиваюший резистор нодключен вход дифференциального транзисторного усилителя напряжения с общей базой, на выход которого включен интегрирующий конденсатор, присоединенный к входу рабочего напряжения упомянутого блока сравнения напрял ений, рабочий

орган которого шунтирован стабилитроном.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при использовании в защитах сильнонагруженных трансформаторов

тока, между упомянутым резистором нагрузки и входом дифференциального транзисторного з силителя напряжения через разнополяоно включенные диоды присоединены два резистора, параллельно которым включены

последовательно соединенные дифференцирующие конденсаторы и мостовые выпрямители.

Ur,

n I-

ts

pue.3

.

fi/e.