УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ОБРЫВОВ ВТОРИЧНЫХ ЦЕПЕЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите элементов электроснабжения и может быть использовано в тех случаях, когда в силовых цепях переменного тока используют трансформаторы тока с четырьмя вторичными обмотками. К первой вторичной обмотке подключаются токовые цепи счетчика технического учета электроэнергии и амперметр, ко второй вторичной обмотке подключатся токовые цепи первой релейной защиты, к третьей вторичной обмотке подключаются токовые цепи второй релейной защиты, а к четвертой вторичной обмотке подключаются токовые цепи счетчика коммерческого учета электроэнергии. Нарушение целости вторичных цепей трансформаторов тока приводит к перегреву магнитопроводов трансформаторов тока, от этого нарушается изоляция вторичной обмотки, и трансформатор тока выходит из строя.

Известно устройство для контроля обрыва токовых цепей защиты установок трехфазного переменного тока с глухозаземленной нейтралью [1], содержащее включенный между общей заземленной точкой вторичных обмоток трансформаторов тока и через блок ИЛИ с нулевыми точками нагрузки нуль-индикатор, входы которого подключены к потенциальным выводам плоских трехфазных шунтов, к каждому из которых подключены фазные провода вторичных цепей трансформаторов тока, а нулевой провод - к центру шунта.

Недостатком этого устройства является его сложность настройки в связи с использованием подвижно фиксированных потенциальных выводов плоских трехфазных шунтов.

Известно также устройство для защиты от обрыва вторичных цепей трансформаторов тока [2], содержащее трансформатор тока с одной первичной и двумя вторичными обмотками, причем к первой вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные первая нагрузка и первая первичная обмотка промежуточного трансформатора, ко второй вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные вторая нагрузка и вторая первичная обмотка промежуточного трансформатора, включенная встречно с первой первичной обмоткой промежуточного трансформатора, а вторичная обмотка промежуточного трансформатора соединена с реагирующим органом, органом выдержки времени и с исполнительным органом.

Недостатком этого устройства является невозможность одновременного контроля целости вторичных цепей у трансформаторов тока с четырьмя вторичными обмотками.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство для защиты от обрывов вторичных цепей трансформаторов тока [3], содержащее трансформатор тока с одной первичной и тремя вторичными обмотками, первую, вторую и третью нагрузки вторичных цепей трансформаторов тока, промежуточный трансформатор с первой, второй и третьей первичными обмотками, а вторичная обмотка промежуточного трансформатора соединена с реагирующим органом, органом выдержки времени и с исполнительным органом, причем к первой вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные первая нагрузка и первая первичная обмотка промежуточного трансформатора, ко второй вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные вторая нагрузка и вторая первичная обмотка промежуточного трансформатора, к третьей вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные третья нагрузка и третья первичная обмотка промежуточного трансформатора, первая и вторая первичные обмотки промежуточного трансформатора включены согласно, а третья первичная обмотка включена встречно с первой и второй, согласно с третьей обмоткой включена четвертая первичная обмотка, к которой подключены последовательно соединенные четвертая нагрузка и четвертая первичная обмотка промежуточного трансформатора, причем третья и четвертая первичные обмотки промежуточного трансформатора имеют одинаковое число витков с первой и второй первичными обмотками, а первичная обмотка трансформатора тока включена между выключателем и линией электропередачи, питающей потребителей.

Каждая из четырех вторичных обмоток трансформатора тока заземлена для снижения напряжения прикосновения в случае повреждения изоляции между первичной и вторичными обмотками.

Элементы схемы предлагаемого устройства представлены на фиг. 1.

От сборных шин 1 подстанции через выключатель 2, через трансформатор тока 3 с первичной обмоткой 4 и четырьмя вторичными обмотками 5, 6, 7, 8 по линии электропередачи 9 получают электроэнергию потребители 10. Для суммирования и вычитания вторичных токов трансформатора тока установлен промежуточный трансформатор 11 с четырьмя первичными обмотками 12, 13, 14, 15, проходящими через окно магнитопровода 16, на котором намотана вторичная обмотка 17, соединенная с реагирующим органом 18, который через орган выдержки времени 19 связан с исполнительным органом 20.

Между началом 21 и концом 22 первой вторичной обмотки 5 трансформатора тока 3 через первую первичную обмотку 12 промежуточного трансформатора 11 подключены токовые цепи первого измерительного прибора 23. Между началом 24 и концом 25 второй вторичной обмотки 6 трансформатора тока 3, включенной согласно с первой первичной обмоткой, через вторую первичную обмотку 13 промежуточного трансформатора 11 подключены токовые цепи первой релейной зашиты 26.

Между началом 27 и концом 28 третьей вторичной обмотки 7 трансформатора тока 3 через третью первичную обмотку 14, включенную встречно с первой и второй первичными обмотками промежуточного трансформатора 11, подключены токовые цепи второй релейной зашиты 29. Между началом 30 и концом 31 четвертой вторичной обмотки 8 через четвертую первичную обмотку 15 промежуточного трансформатора 11 подключены токовые цепи второго измерительного прибора 32.

Устройство работает следующим образом. При протекании тока нагрузки по первичной обмотке 4 трансформатора тока 3 в четырех вторичных обмотках 5, 6, 7, 8 индуктируются одинаковые ЭДС, под действием которых в замкнутых вторичных обмотках протекает одинаковый ток, так как коэффициент трансформации у трансформатора тока 3 одинаковый для всех вторичных обмоток. Звездочкой обозначены начала обмоток.

От начала 21 первой вторичной обмотки трансформатора тока 3 вторичный ток протекает от начала к концу первой первичной обмотки 12 промежуточного трансформатора 11, через токовые цепи 23 первого измерительного прибора к концу 22 первой вторичной обмотки 5 трансформатора тока 3.

От начала 24 второй вторичной обмотки трансформатора тока 3 вторичный ток протекает от начала к концу второй первичной обмотки 13 промежуточного трансформатора 11, через токовые цепи 26 первой релейной защиты к концу 25 второй вторичной обмотки 6 трансформатора тока 3.

От начала 27 третьей вторичной обмотки трансформатора тока 3 вторичный ток протекает от конца к началу третьей первичной обмотки 14 промежуточного трансформатора 11, через токовые цепи 29 второй релейной защиты к концу 28 третьей вторичной обмотки 7 трансформатора тока 3.

От начала 30 четвертой вторичной обмотки трансформатора тока 3 вторичный ток протекает от начала к концу четвертой первичной обмотки 15 промежуточного трансформатора 11, через токовые цепи 32 второго измерительного прибора к концу 31 четвертой вторичной обмотки 8 трансформатора тока 3.

В нормальном режиме работы электрической сети геометрическая сумма токов первой 12 и второй 13 первичных обмоток промежуточного трансформатора 11 и включенных встречно с ними токов третьей 14 и четвертой 15 первичных обмоток промежуточного трансформатора 11 равна нулю. Тогда в магнитопроводе 16 промежуточного трансформатора 11 протекает только магнитный поток небаланса и во вторичной обмотке 17 наводится незначительная ЭДС, от которой реагирующий орган 18 не срабатывает.

Например, трансформатор тока 3 имеет коэффициент трансформации 100/5, тогда при протекании по первичной обмотке 4 тока нагрузки потребителей 50 Ампер, во всех вторичных обмотках 5, 6, 7, 8 будут протекать токи 2,5 А.

Если первичные обмотки 12, 13 промежуточного трансформатора 11 имеют по одному витку, то первая обмотка 12 создаст магнитодвижущую силу (МДС) 2,5 Ампер-витка, вторая обмотка 13 создаст МДС также 2,5 Ампер-витка. Витки обмоток 12 и 13 включены согласно, поэтому их общая МДС составит 5 Ампер-витков. В третьей первичной обмотке 14 протекает ток также 2,5 Ампера, и в четвертой первичной обмотке 15 промежуточного трансформатора 11 также протекает ток 2,5 А, поэтому общая МДС третьей 14 и четвертой 15 первичных обмоток составит 5 Ампер-витков, но МДС третьей 14 и четвертой обмоток направлена встречно с МДС первой 12 и второй 13 обмоток. В сумме МДС четырех первичных обмоток 12, 13, 14 и 15 равна нулю, тогда в магнитопроводе 16 формируется только небольшой магнитный поток небаланса, который наводит во вторичной обмотке 17 ЭДС небаланса, от которой реагирующий орган 18 не срабатывает.

При обрыве любой вторичной цепи трансформатора тока нарушается равенство МДС в окне магнитопровода 16 промежуточного трансформатора 11, по магнитопроводу протекает магнитный поток и во вторичной обмотке 17 наводится ЭДС, под действием которой срабатывает реагирующий орган 18 и через выдержку времени 19 срабатывает исполнительный орган 20, сигнализирующий о неисправности.

Так при обрыве в любой точке цепи вторичной обмотки 5 трансформатора тока 3, по первичной обмотке 12 промежуточного трансформатора 11 ток не протекает и, соответственно, не создается МДС этой обмоткой. Тогда МДС первичной обмотки 13 составит 2,5 Ампер-витка, а навстречу им будет направлена сумма МДС третьей и четвертой обмоток 5 Ампер-витков. Разность МДС составит 2,5 Ампер-витка. Эта МДС создает магнитный поток в магнитопроводе 16 промежуточного трансформатора, во вторичной обмотке 17 наведется ЭДС, под действием которой протекает ток через реагирующий орган 18, который сработает и запустит выдержку времени 19, а через выдержку времени сработает исполнительный орган 20, оповещающий персонал об обрыве вторичной цепи трансформатора тока.

При коротком замыкании в силовой цепи, например, у потребителя 10 ток в первичной обмотке 4 трансформатора тока 3 резко увеличится. Из-за разных магнитных свойств магнитопроводов вторичных обмоток 5, 6, 7 и 8 на их выводах может быть разная ЭДС, поэтому токи в обмотках 5, 6, 7 и 8 могут отличаться друг от друга, соответственно разные токи будут и в первичных обмотках 12, 13, 14, 15 промежуточного трансформатора 11. Эти токи создадут разные по величине МДС и в магнитопроводе 16 будет протекать магнитный поток. От этого потока в обмотке 17 наведется ЭДС, от которой может сработать реагирующий орган 18, но исполнительный орган 20 не сработает, так как выдержка времени 19 выбирается по времени больше времени срабатывания релейной защиты, которая отключает выключатель 2 линии электропередачи 9.

Таким образом включение в схему трансформатора тока с четырьмя вторичными обмотками, промежуточного трансформатора с четырьмя первичными обмотками и одной вторичной обмоткой обеспечивает контроль целости вторичных цепей одновременно четырех вторичных обмоток трансформатора тока, имеющих одинаковый коэффициент трансформации.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №530385, Устройство для контроля обрыва токовых цепей защиты, МК² Н02Н 3/14. Автор Ю.С. Кузник. Заявлено 28.04.1971 г. №1650476/07. Опубликовано 30.09.76, бюллетень №36.

2. Патент на изобретение №2621706, МПК Н02Н 7/04, Устройство для защиты от обрывов вторичных цепей трансформаторов тока. Авторы Попов Н.М., Кичигин В.В.. Заявлено 07.05.2014 №2014118664. Опубликовано 07.06.2017. Бюл. №16.

3. Патент на изобретение №2670271, МПК Н02Н 7/04, Устройство для защиты от обрывов вторичных цепей трансформаторов тока. Авторы Попов Н.М., Кирилин А.А., Балабан Л.П., Рожнов А.В. Заявка №2017126874 от 25.07.2017. Опубликовано 22.10.2018. Бюл. №30.