Устройство дифференциальной защиты на герконах для двухобмоточного трансформатора с соединением обмоток звезда с глухозаземленной нейтралью-треугольник

(51) 02 7/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Технический результат изобретения - повышение чувствительности и устойчивости несрабатывания дифференциальной защиты трансформатора при внешних замыканиях. В предлагаемом устройстве дополнительно введены геркон, для каждой фазы элемент И с двумя входами один из которых инверсный и элемент ВРЕМЯ. Предлагаемая дифференциальная защита не работает при бросках тока намагничивания, в режиме нагрузки и внешних коротких замыканиях как со стороны низшего, так и высшего напряжения,а срабатывает при внутренних коротких замыканиях. Технико-экономическая эффективность заключается в экономии материальных ресурсов,расходуемых на производство трансформаторов тока, с помощью которых традиционно получают информацию о токе в защищаемом трансформаторе. 2 ил.(73) Республиканское государственное казенное предприятие Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Предварительный патент РК 18939. кл. Н 02 Н 7/04, 2007(54) УСТРОЙСТВО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ НА ГЕРКОНАХ ДЛЯ ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА С СОЕДИНЕНИЕМ ОБМОТОК ЗВЕЗДА С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮТРЕУГОЛЬНИК(57) Изобретение относится к технике релейной защиты, а именно к дифференциальным защитам силовых двухобмоточных трансформаторов. 21488 Изобретение относится к технике релейной защиты, а именно к дифференциальным защитам силовых двухобмоточных трансформаторов. Известен способ дифференциальной защиты элемента разветвленной электрической сети от короткого замыкания, содержащий для каждой фазы геркон, расположенный в магнитном поле токопроводов фаз, и исполнительный орган (А.с. 1056838 Н 02 Н 3/28 17.11.81). Однако при использовании этого устройства в качестве дифференциальной защиты силового трансформатора, необходимо отстраиваться от броска тока намагничивания, что ограничивает его чувствительность. Наиболее близким к предлагаемому по достигаемому эффекту является устройство дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора на герконах,содержащее исполнительный орган,для каждой фазы расширитель импульсов, выходом подключенный к входу исполнительного органа, блок отстройки от броска тока намагничивания,выходом подключенный к входу расширителя импульсов и геркон, установленный в магнитном поле созданном токами вводов фаз сторон высшего и низшего напряжения трансформатора (Предварительный патент 18939 Республики Казахстан Н 02 Н 7/04 15.11.2007 Бюл.11). Однако если использовать это устройство в качестве дифференциальной защиты трансформатора с соединением обмоток звезда с глухозаземленной нейтралью - треугольник, то появится дополнительная составляющая напряженности небаланса, обусловленная углом в 30 сдвига по фазе между первичными токами одноименных фаз трансформатора, что приведет к резкому уменьшению чувствительности защиты в целом. Кроме того при внешних замыканиях на землю со стороны высшего напряжения она будет ложно срабатывать под воздействием токов нулевой последовательности, что снижает устойчивость несрабатывания защиты при внешних замыканиях. Технический результат изобретения - повышение чувствительности и устойчивости несрабатывания дифференциальной защиты трансформатора при внешних замыканиях. Технический результат достигается тем, что в устройство дифференциальной защиты на герконах для двухобмоточного трансформатора с соединением обмоток звезда с глухозаземленной нейтралью треугольник,содержащее исполнительный орган,для каждой фазы расширитель импульсов, выходом подключенный к входу исполнительного органа, блок отстройки от броска тока намагничивания,выходом подключенный к входу расширителя импульсов и геркон, установленный в магнитном поле созданном токами вводов фаз сторон высшего и низшего напряжения трансформатора,дополнительно введены геркон, для каждой фазы элемент И с двумя входами один из которых инверсный и элемент ВРЕМЯ, причем выход элемента ВРЕМЯ подключен в входу блока отстройки от броска тока намагничивания, выход элемента И - к входу элементу ВРЕМЯ,контакты геркона,установленного в магнитном поле, созданном токами вводов фаз защищаемого трансформатора так, что его центр тяжести совпадает с рассчитанными координатами - к прямому входу элемента И, контакты дополнительно введенного геркона, установленного в магнитном поле,созданном током нейтрали защищаемого трансформатора так, что его центр тяжести совпадает с рассчитанными координатами - к инверсному входу элемента И. На фиг. 1 для фазы А представлена схема предлагаемой дифференциальной защиты на герконах и индукции магнитных полей,действующих на герконы а) в режиме нагрузки защищаемого трансформатора 6) в режиме внешних замыканий на землю со стороны высшего напряжения. На фиг. 2 для фазы А представлены индукции магнитных полей, действующих на герконы а) в режиме внутреннего короткого замыкания защищаемого трансформатора без подпитки точки замыкания со стороны низшего напряжения б) в режиме внутреннего короткого замыкания защищаемого трансформатора с подпиткой точки замыкания со стороны низшего напряжения. Устройство защиты содержит герконы 1, 2,элемент И 3 с двумя входами один из которых инверсный, элемент ВРЕМЯ 4, блок 5 отстройки от броска тока намагничивания, расширитель 6 импульсов, исполнительный орган 7. Контакты геркона 1 подключены к прямому входу элемента И 3, контакты геркона 2 - к инверсному входу элемента И 3, выход элемента И 3 подключен к входу элемента ВРЕМЯ 4, выход элемента ВРЕМЯ 4 - к входу блока 5 отстройки от броска тока намагничивания, выход блока 5 - к входу расширителя б импульсов,выход расширителя б импульсов - к исполнительному органу 7. Предлагаемое устройство дифференциальной защиты на герконах представляет один из вариантов решения задачи построения для двухобмоточных трансформаторов недорогих, чувствительных и устойчиво функционирующих защит, которые в качестве измерительных преобразователей тока используют герконы. Для правильного решения этой задачи рассмотрим формулу для определения индукции магнитного поля, действующего вдоль продольной оси геркона 1 со стороны вводов низшего напряжения где 0 - магнитная постоянная, равная 410-7 гн/м , ,- коэффициенты, полученные из закона Био-Савара-Лапласа с помощью элементарной геометрии, для стороны НН трансформатора , с, са - токи вводов НН фаз А,В и С соответственно , , с - токи в обмотках НН фаз А, В и С трансформатора- расстояние от ввода фазы А со стороны низшего напряжения трансформатора до горизонтальной плоскости,проходящей через центр тяжести геркона 1 у - угол между горизонтальной плоскостью, проходящей через центр тяжести геркона 1, и продольной осью геркона 1 х - расстояние от оси, проходящей через ввода фазы А сторон высшего и низшего напряжения силового трансформатора, до центра тяжести геркона 1- расстояние между вводами фаз НН защищаемого трансформатора. Вдоль продольной оси геркона 1 со стороны вводов высшего напряжения (ВН) трансформатора действует магнитное поле (МП) с индукцией 2 С(В(2 е)) /( В(2 е) 2 ) где , ,- коэффициенты, полученные из закона Био - Савара - Лапласа, для стороны ВН трансформатора - токи вводов ВН трансформатора фаз А, В и С соответственнорасстояние от ввода фазы А со стороны ВН трансформатора в плоскости, проходящей через токопроводы всех фаз, до линии пересечения этой плоскости с горизонтальной плоскостью,проходящей через центр тяжести геркона 1 е расстояние между вводами фаз ВН защищаемого трансформатора. Для того, чтобы на геркон 1 со стороны вводов НН трансформатора действовало МП пропорциональное току а, необходимо принять 1 2(5) где К 1, К 2 - коэффициенты, зависящие друг от друга, введенные для того, чтобы компенсировать влияние МП от вводов соседних фаз В и С на геркон 1. Если, например, принять 1-0,4 а К 20,3 уравнение (1) примет вид 0(1,40,7(/ 2 Общеизвестно, что в симметричных режимах работы электрооборудования -. С учетом этого уравнение (6) примет вид Н ВПР 2,10/ 2 Из уравнения (7) видно, что МП, действующее на геркон 1 со стороны вводов НН трансформатора с Тогда с учетом (8) уравнение (3) примет вид индукцией ВПР пропорционально току а. Для того,чтобы МП, действующее на геркон 1 со стороны вводов ВН трансформатора было пропорционально току А, необходимо принять вс Для того, чтобы геркон 1 не срабатывал в режиме нагрузки защищаемого трансформатора,действующие на его продольную ось проекции В ПР векторов напряженностей ( НН ) МП,созданные токами вводов контролируемой одноименной фазы сторон высшего и низшего напряжения трансформатора, должны быть равны и противоположно направлены. То есть В Н Н ПР - Н ПР(10) С учетом того, что напряженность МП связана с индукцией В 0 Н ( - относительная магнитная проницаемость, для воздуха 1), уравнение (10) можно записать как В Н В Н ВПР /0 ПР /0 или ВПРПР Как известно коэффициент Ктр трансформации силового трансформатора равен КТР/. С учетом этого уравнение (12) примет видА2,1 К ТРили Решая совместно уравнения (5), (8), (14) находим значения координат(или ), х и , при установке в которые геркон 1 не реагирует на магнитные поля,создаваемые токами вводов соседних фаз В и С, а в режиме нагрузки трансформатора сумма магнитных 21488 полей, действующих на геркон 1, со стороны вводов высшего и низшего напряжения, равна нулю. Аналогично находятся формулы для определения координат герконов. устанавливаемых в МП фаз В и С. Для того, чтобы блокирующий сигнал с контактов геркона 2 появился на инверсном входе элемента И 3 не позже того, как появится сигнал с контактов геркона 1 на прямом входе элемента И 3,необходимо, чтобы геркон 2 при внешнем однофазном замыкании фазы А на землю со стороны ВН сработал одновременно с герконом 1. В этом режиме по вводам фазы А и по токопроводу нейтрали проходит один и тот же ток 30. Поэтому,Г 2 индукция ВСР срабатывания геркона 2 должна быть равна Г ВГ ВСР 2 ВСР 1 . где- коэффициент, зависящий от координат установки геркона 2 относительно токопровода 2 нейтрали,/,расстояние от токопровода нейтрали до горизонтали, проходящей через центр тяжести геркона 2- расстояние от вертикали,проходящей через ввод нейтрали силового трансформатора до центра тяжести геркона 2,следует 2,.(17) Решая уравнение (17) находим значения координат х,и , в которые необходимо установить геркон 2. Устройство работает следующим образом В режиме нагрузки защищаемого трансформатора и внешних коротких замыканиях со стороны низшего напряжения направления токов в фазах показаны на фиг. 1,а. Откуда, а также из формулы (11), следует, что суммарное магнитное поле, в месте установки геркона 1, созданное этими токами равно нулю, и геркон не срабатывает. Поэтому защита не работает. В режиме внешних замыканий на землю со стороны высшего напряжения под действием токов 30 срабатывают герконы 1 и 2 (фиг. 1,6). Сигнал с контактов геркона 2 подается на инверсный вход элемента И 3, тем самым блокируя сигнал на выходе этого элемента. Поэтому защита не работает. При включении трансформатора под напряжение или восстановлении напряжения после отключения внешнего короткого замыкания происходит бросок тока намагничивания. Геркон 1 срабатывает, так как во вторичной обмотке трансформатора нет тока, и В вдоль его продольной оси действует только ВПР . Геркон 2 не срабатывает, так, как при этом токов нулевой последовательности нет, поэтому сигнал с выхода элемента И 3 через выдержку времени 3 мс,устанавливаемую на элементе ВРЕМЯ 4 поступает в блок 5 отстройки от броска тока намагничивания. 4 Элемент ВРЕМЯ 4 учитывает возможную неодновременность срабатывания герконов 1 и 2. На выходе блока 5, выполненного на любом из известных принципов, сигнал отсутствует. Защита не работает. В режиме внутреннего короткого замыкания в трансформаторе в случае, когда отсутствует двигательная нагрузка, и исключена возможность подпитывания током точки короткого замыкания со стороны низшего напряжения, геркон 7 срабатывает В под действием ВПР , геркон 2 не срабатывает (фиг. 2,а). Сигналы с выхода элемента ИЗ через выдержку времени 3 мс, поступают в блок 5, который распознает ток короткого замыкания и подает сигнал через расширитель 6 импульсов на исполнительный орган 7. Защита срабатывает и отключает трансформатор. В режиме внутреннего короткого замыкания в трансформаторе в случае, когда присутствует двигательная нагрузка, и происходит подпитывание током точки короткого замыкания со стороны низшего напряжения, геркон 1 срабатывает под В(фиг. 2,6). Далее защита ведет себя аналогично режиму внутреннего замыкания без подпитки, то есть срабатывает и отключает трансформатор. Таким образом, защита не работает при бросках тока намагничивания, в режиме нагрузки и внешних коротких замыканиях как со стороны низшего, так и высшего напряжения, а срабатывает при внутренних коротких замыканиях. Технико-экономическая эффективность заключается в экономии материальных ресурсов,расходуемых на производство трансформаторов тока, с помощью которых традиционно получают информацию о токе в защищаемом трансформаторе. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство дифференциальной защиты на герконах для двухобмоточного трансформатора с соединением обмоток звезда с глухозаземленной нейтралью треугольник,содержащее исполнительный орган,для каждой фазы расширитель импульсов, выходом подключенный к вход)1 исполнительного органа, блок отстройки от броска тока намагничивания,выходом подключенный к входу расширителя импульсов и геркон, установленный в магнитном поле созданном токами вводов фаз сторон высшего и низшего напряжения трансформатора, отличающееся тем,что дополнительно введены геркон, для каждой фазы элемент И с двумя входами один из которых инверсный и элемент ВРЕМЯ, причем выход элемента ВРЕМЯ подключен в входу блока отстройки от броска тока намагничивания, выход элемента И - к вход) элементу ВРЕМЯ, контакты геркона, установленного в магнитном поле,созданном токами вводов фаз защищаемого трансформатора так, что его центр тяжести совпадает с рассчитанными координатами - к прямому входу элемента И, контакты дополнительно введенного 21488 геркона, установленного в магнитном поле,созданном током нейтрали защищаемого трансформатора так, что его центр тяжести совпадает с рассчитанными координатами - к инверсному входу элемента И.