Устройство токовой защиты силового трансформатора от внутренних и внешних коротких замыканий

(51) 02 7/045 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ В предлагаемом устройстве дополнительно введены для каждой фазы второй геркон, второй расширитель импульсов, первые и вторые указательные реле, причем первый и второй герконы установлены в магнитном поле токопроводов стороны высшего напряжения трансформатора так, что на них не действуют магнитные поля токов нулевой последовательности,вход второго расширителя импульсов подключен к контактам второго геркона,вход первого указательного реле - к выходу реле времени, вход второго указательного реле - к выходу второго расширителя импульсов, вход исполнительного органа - к выходам обоих указательных реле. Технико-экономическая эффективность заключается в экономии материальных ресурсов, а именно, меди и проката черных металлов,необходимых для производства трансформаторов тока, с помощью которых получают информацию о защищаемом объекте. Предлагаемое изобретение позволяет обойтись без трансформаторов тока путем использования магнитоуправляемых элементов.(73) Республиканское государственное казенное предприятие Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Клецель М.Я., Мусин В.В. Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты без трансформаторов тока на герконах // Промышленная энергетика. 1990, 4, с. 32-36(54) УСТРОЙСТВО ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ОТ ВНУТРЕННИХ И ВНЕШНИХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ(57) Изобретение относится к технике релейной защиты, а именно к токовым-защитам силовых трансформаторов. Технический результат изобретения - повышение устойчивости несрабатывания защиты трансформатора при внешних замыканиях. 22075 Изобретение относится к технике релейной защиты, а именно к токовым защитам силовых трансформаторов. Известно устройство для токовой защиты силового трансформатора, содержащее токовые реле, входами подключенные к трансформатору тока со стороны высшего напряжения, а выходами,через указательные реле и реле времени, к исполнительному органу ( Федосеев. Релейная защита электрических систем. - М. Энергия, 1976. 560 с, с.419). Однако,трансформаторы тока являются дорогими и металлоемкими устройствами,насыщаются в переходных режимах, что ведет к несрабатыванию или задержке в срабатывании защиты. Наиболее близким к предлагаемому, по технической сущности и достигаемому эффекту,является устройство максимальной токовой защиты,содержащее для каждой фазы геркон, расширитель импульсов, входом подключенный к контактам геркона, реле времени, входом подключенное к выходу расширителя импульсов, и исполнительный орган (Клецель М.Я., Мусин В.В. Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты без трансформаторов тока на герконах // Промышленная энергетика. - 1990.4. с.32-36). Однако при использовании этого устройства в качестве защиты трансформатора, у которого нейтраль с питающей стороны глухо заземлена, она будет ложно срабатывать при внешних замыканиях на землю в питающей сети, когда по обмоткам высшего напряжения проходят токи нулевой последовательности, что снижает устойчивость несрабатывания защиты при внешних замыканиях. Технический результат изобретения - повышение устойчивости несрабатывания защиты трансформатора при внешних замыканиях. Технический результат достигается тем, что в устройство токовой защиты силового трансформатора от внутренних и внешних коротких замыканий,содержащее для каждой фазы геркон, расширитель импульсов, входом подключенный к контактам геркона,реле времени, входом подключенное к выходу расширителя импульсов, и исполнительный орган дополнительно введены для каждой фазы второй геркон, второй расширитель импульсов, первые и вторые указательные реле, причем первый и второй герконы установлены в магнитном поле токопроводов стороны высшего напряжения трансформатора так, что на них не действуют магнитные поля токов нулевой последовательности,вход второго расширителя импульсов подключен к контактам второго геркона,вход первого указательного реле - к выходу реле времени, вход второго указательного реле - к выходу второго расширителя импульсов, вход исполнительного органа - к выходам обоих указательных реле. На фиг. 1 представлена принципиальная однолинейная схема токовой защиты силового трансформатора от внутренних и внешних коротких замыканий. На фиг. 2 представлено расположение герконов относительно токопроводов фаз А, В и С стороны высшего напряжения силового трансформатора. Устройство содержит герконы 1, 2 с нормально разомкнутыми контактами расширители 3, 4 импульсов реле 5 времени указательные реле 6, 7 исполнительный орган 8. Герконы 1, 2 установлены в магнитном поле токопровода стороны высшего напряжения. Контакты геркона 1 подключены к входу расширителя 3 импульсов, выход расширителя 3 импульсовк входу реле 5 времени, выход реле 5 времени - к входу указательного реле 6, контакты геркона 2 - к входу расширителя 4 импульсов, выход расширителя 4 импульсов - к входу указательного реле 7, выходы указательных реле 6, 7 - к исполнительному органу 8. Предлагаемое устройство токовой защиты представляет один из вариантов решения задачи построения для силовых трансформаторов недорогих и устойчиво функционирующих защит,использующих герконы в качестве измерительных преобразователей тока. Для правильного решения этой задачи рассмотрим известное выражение индукции ВПР магнитного поля, действующего вдоль продольной оси герконов 1, 2(1) В ПРВ А 1230 / 2,где, , С - индукции магнитных полей в воздуха ,и С - коэффициенты, полученные с месте установки герконов от токов фаз А, В, С помощью элементарной геометрии и закона Био 12,3 - углы между осью геркона и ВА , ВВ В С , Савара-Лапласа для определения индукции соответственно 0 -магнитная проницаемость магнитного поля, находятся по формулам(2 ).2 2 2 22(2 )2 где- расстояние в вертикальной плоскости от- угол между горизонталью, проходящей через центры центров поперечного сечения токопроводов фаз А, тяжести герконов и продольными осями герконов. В, С до горизонтальной плоскости, проходящей Рассмотрим принципы построения устройства через центры тяжести герконов х - расстояние в защиты, например, для фазы А. Для того, чтобы герконы 1, 2 реагировали только горизонтальной плоскости от вертикали - (фиг.2),проходящей через центр поперечного сечения на ток фазы А необходимо чтобы токопровода фазы А до центров тяжести герконов(4)ПР 0 / 2. Для того, чтобы герконы 1, 2 ложно не срабатывали при внешних замыканиях на землю в питающей сети,когда по обмоткам высшего напряжения проходят токи нулевой последовательности, необходимо рассчитать координаты установки герконов так, чтобы на них не действовало магнитное поле, созданное токами нулевой после-довательности. Известно, что составляющие токов нулевой последовательности образованы тремя векторами,совпадающими по фазе( 0 )( 0 )0 , следовательно, уравнение (1) для этих токов должно быть равно нулю,то есть В уравнении (5) 0/2 не может быть равным нулю, поэтому 300 откуда следует, что 0. Поэтому с учетом (3) получим Для нахождения координат установки герконов будем рассматривать (3) и (6) как совместные уравнения с неизвестной . Из (3) с учетом (2) получим При этом значение индукции В ПР магнитного поля, действующего вдоль продольной оси герконов 7, 2, находится при подстановке (6) в (4) Откуда, приравнивая выражения в скобках, при Первая ступень защиты, построенная на герконе 0 находим Г 2 0,8165(8) 2, при таком выборе СР защищает лишь часть Г Напряженность Н СР 2 , срабатывания геркона 2 обмотки трансформатора. Коэффициент чувствиивыбирается больше напряженности тельности этой ступени проверяется при коротком замыкании на стороне включения защиты (точка(3) Н КЗвн.магнитного поля, созданного током К 2), который должен быть не меньше двух. Г где ЗАП - коэффициент запуска, зависит от удаленности, процентного содержания в нагрузке и порядка отключения двигателей (определяется расчетом). Выдержка времени, устанавливаемая на реле 5 времени должна бытьпд.,(11) где пд. - максимальная выдержка времени защит предыдущих элементов (линий или секций шин приемной стороны - фиг.1)- время равное ступени селективности, обычно 0,5 с. Коэффициент чувствительности этой ступени проверяется при коротком замыкании на приемной стороне (точка КЗ), который должен быть не меньше 1,5. Работа защиты как резервной оценивается при коротком замыкании в конце элементов, присоединенных к шинам приемной стороны. Необходимо в этом случае иметь коэффициент чувствительности не меньше 1,2. Устройство работает следующим образом В нормальном режиме работы (режим нагрузки) защита не работает, так как напряженность магнитного поля, созданного номинальным током,меньше напряженности срабатывания герконов 1, 2. В режиме внешнего короткого замыкания со стороны низшего напряжения(точка К 1) срабатывает геркон 1. Сигнал с его контактов через расширитель 3 импульсов подается на реле 5 времени. Реле 5 отсчитывает время , определяемое по(11),позволяя защитам отходящих присоединений сработать. Если за времяони не сработали, то сигнал с выхода реле 5 времени, через указательное реле 6, поступает на исполнительный орган 8. Защита срабатывает, и внешнее короткое замыкание отключается вместе с защищаемым трансформатором. В режиме внешнего короткого замыкания в питающей сети(сторона высшего напряжения) по обмоткам высшего напряжения проходят токи нулевой последовательности. Герконы не срабатывают, так как координаты их установки рассчитаны с учетом (5) и (6). Поэтому защита не работает. При включении трансформатора под напряжение или восстановлении напряжения после отключения внешнего короткого замыкания происходит бросок тока намагничивания. Геркон 2 не срабатывает, так как напряженность его срабатывания больше 22075 напряженности магнитного поля, созданного током броска. Геркон 1 сработает, однако время в течении которого происходит бросок меньше времени ,устанавливаемого на реле 5 времени. Поэтому защита не работает. В режиме внутреннего короткого замыкания в трансформаторе на стороне низшего напряжения(точка КЗ) срабатывает только геркон 1. Сигнал с его контактов через расширитель 3 импульсов подается на реле 5 времени. Реле 5 отсчитывает время , и через указательное реле б, подает сигнал на исполнительный орган 8. Защита срабатывает и отключает трансформатор. В режиме внутреннего короткого замыкания в трансформаторе со стороны высшего напряжения(точка К 2) срабатывает геркон 2. Сигнал с его контактов через расширитель 4 импульсов и указательное реле 7 поступает на исполнительный орган 8. Защита срабатывает и отключает трансформатор. Технико-экономическая эффективность заключается в экономии материальных ресурсов, а именно, меди и проката черных металлов, необходимых для производства трансформаторов тока, с помощью которых получают информацию о защищаемом объекте. Предлагаемое изобретение позволяет обойтись без трансформаторов тока путем использования магнитоуправляемых элементов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для токовой защиты силового трансформатора от внутренних и внешних коротких замыканий, содержащее для каждой фазы геркон,расширитель импульсов, входом подключенный к контактам геркона, реле времени, входом подключенное к выходу расширителя импульсов, и исполнительный орган отличающееся тем, что дополнительно введены для каждой фазы второй геркон, второй расширитель импульсов, первые и вторые указательные реле, причем первый и второй герконы установлены в магнитном поле токопроводов стороны высшего напряжения трансформатора так, что на них не действуют магнитные поля токов нулевой последовательности,вход второго расширителя импульсов подключен к контактам второго геркона,вход первого указательного реле - к выходу реле времени, вход второго указательного реле - к выходу второго расширителя импульсов, вход исполнительного органа - к выходам обоих указательных реле.