Устройство для заземления нейтрали трансформатора
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАпИ
ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 070277(21) 2450627/24-0 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—
Опубликовано 05.05.79. Бюллетень М
Дата опубликования описания 05.05.7
Государственный комитет
СССР по делам изобретений н открытий (72) Автор изобретения
A-И.Назаров
Производс-венное энергетическое объединение Днепроэнерго ( (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ
ТРАНСФОРМАТОРА
Изобретение относится к электротехнике, к устройатвам для защиты изоляции обмоток силовых трансформаторов.
Известны устройства для защиты от перенапряжений изоляции у нейтрали обмоток силовых трансформаторов
110-220 кВ. В энергетических систе(мах СССР для этой цели обычно применяется заземление нейтрали вентильным разрядником. Разрядник выбирается по напряжению на ступень ниже номинального напряжения, например разрядник РВС-35, для защиты нейтрали трансформаторов 100 кВ.
Однако при возможных в эксплуатации коммутационных перенапряжениях разрядник в нейтрали срабатывает, и при этом нейтраль трансформатора оказывается глухо заземленной, а протекающий через разрядник, значительный по величине, сопровождающий ток однофаэного замыкания промышленной часто-, ты вызывает черезмерный перегрев и разрушение разрядника.
Известно также устройство для защиты нейтрали трансформатора, содержащее дроссель насыщения, который
"набжен дополнительной обмоткой чодмагничивания, подключенной к постоянному источнику. питания через контакты реле, обмотка которого включена в цепь обмотки подмагничивания (1). Данное устройство позволяет снизить величину коммутациойных перенапряжений на обмотках трансформатора.
Недостатками такого устройства являются значительная инерционность срабатывания устройства, обусловленная относительно большой по величине постоянной времени при включении обмотки управления; повышенная величина тока однофазного короткого замыкания на землю, так как в режиме насыщения дросселя нейтраль трансформатора оказывается практически глухо заземленной.
Наиболее близким к изобретению является устройство для заземления нейтрали трансформатора f,2) °
Известное устройство для заземления нейтрали трансформатора в электрических сетях содержит две заземленные ветви, в одну иэ которых включен через искровой промежуток, шунтированный коммутационным аппаратом, дроссель с рабочей обмоткой и обмоткой управления, подключенный к источнику постоянного тока через
3 661679 размыкающий контакт коммутационного аппарата, и трансформатор тока, à в другую ветвь включен искровой промежуток.
Данное устройство решает задачу снижения уровня коммутационных пере напряжений на нейтрали силовых трансформаторов при одновременном повышении быстродействия и эффективном токоограничении при однофазном замыкании на землю.
Однако искровой промежуток устройства не обеспечивает защиту от перенапряжений пониженных величин, приводящих к преждевременному разрушению изоляционных материалов;предварительно насыщенный дроссель не ограничива- 5 ет ток однофазного короткого замыка:ния и величину динамических воздействий на электрооборудование в связи, С малой велйчиной индуктивного сопротивления рабочей .обмотки насыщенного 20 дросселя;в переходных режимах насыщения дросселя возможно возникновение феррорезонансных явлений при двухфазных коротких замыканиях;предварительное насыщение дросселя до начала воз- 25 никновения перенапряжений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник постоянного тока. .Целью изобретения является повыше.ние эффективности ограничения внут- 30 ренних перенапряжений, сохранение быстродействия при Ограничении .токов однофазного короткого замыкания и исключение независимого источника постоянного тока.
Поставленная цель достигается благодаря тому, что устройство для заземления нейтрали трансформатора в электрических сетях, работающих с заземленной нейтралью, содержащее. две заземленные ветви, в одну из которых включен через искровой промежуток, шунтированный коммутационным аппаРатом, дроссель, рабочая обмотка которого включена последователь- но с искровым промежутком, а обмот- 45 ка управления подключена к источнику постоянного тока через размыкающий контакт-коммутационного .аппарата и трансформатор тока, а во вторую ветвь включен искровой промежуток, 50 . дополнителвно снабжено двумя трансформаторами, подключенными к искровым промежуткам со стороны земли дополнительным коммутационным аппаратом, тремя резисторами и трансформатором тока, включенным во вторую ветвь, причем два указанных резистора соединены между собой последовательно и включены между землей и искровым промежутком второй ветви, а точка соединения резисторов через третий резистор и размыкающий контакт коммутапдонного аппарата подсоединена к точке соединения искрового промежутка и дросселя первой ветви, при этом искровой промежуток второй 65 ветви шунтирован дополнительным коммутационным аппаратом. Источник постоянного тока может быть выполнен в виде моста, собранного на диодах, одна диагональ которого подсоединена к одному из последовательно соединенных резисторов, а вторая диагональ через размыкающий контакт коммутационного аппарата подсоединена к обмотке управления реактора. С целью ограничения тока и напряжения устройство дополнительно снабжено нелинейным ферромагнитным элементом, подключенным параллельно резистору второй .ветви, вывод которого подсоединен
:к искровому промежутку.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предложенного устройства.
К нейтрали трансформатора 1 через искровой проме>куток 2 подключена ветвь из последовательно соединенных резисторов 3 и 4, другой койец этой ветви заземлен через трансформатор тока 5. Параллельно искровому промежутку 2 включены контакты 6 быстродействующего автомата, а параллельнс> резистору 3 подключен нелинейный ферромагнитный элемент, в частности насыщающийся реактор 7.
Через второй искровой промежуток
8 к нейтрали трансформатора 1 подключена рабочая обмотка 9 насыщающегося дросселя„ другой конец этой обмотки заземлен через трансформатор тока 10.
Параллельно искровому промежутку 8 включены контакты 11.
Между резисторами 3 и 4 второй ветви, а также искровым промежутком
8 и рабочей обмоткой 9 насыщающегося дросселя включена промежуточная ветвь, состоящая из последовательно соединенных резистора 12 и контактов 13.
Параллельно резистору 4 подключено выпрямительное устройство 14, питающее постоянным током цепь обмотки управления 15 через контакты 16.
За искровым промежутком 2 и 8 подключены трансформаторы напряжения
17 и 18.
При нормальном режиме работы в се ях нейтраль силового трансформатора изолирована в связи с тем, что кон.такты 6 и 11 разомкнуты. Контакты
13 и 16 находятся во включенном состоянии. При возникновении в нейтрали внутренних перенапряжений пониженных величин искровой промежуток 2 пробивается И нейтраль силового трансформатора 1. заземляется через резисторы 3 и 4, а также трансформатор тока 5. Происходит ограничение внутренних перенапряжений по величине и снижение вероятности развития во времени. Выбор величины пробивного напряжения искрового промежутка 2 осуществляется в зависимости от статистической оценки, усредненных потоков перенапряжения для разных групп подстан661679 6 ций применительно к конкретным сетям соответствующего напряжения .
При воздействии внутренних перенапряжений выше минимально выбранной величины происходит включение контактов 6 от реле трансформатора напряжения 17 и шунтировка искрового промежутка 2. В случае пробоя искрового промежутка 2 при воздействии внутренних перенапряжений ниже минимально выбранной величины, ко при возникновении повышенных токов в нейтрали сило- 1р вого трансформатора, происходит вклю чение контактов 6 от "реле трансформа тора тока 5, при этом напряжение, возникающее на резисторе 4, прикладывается к выпрямительному устройству 14, и по обмотке управления 15 при включенных контактах 16 начинает протекать выпрямленный ток, что приводит к началу процесса уменьшения индуктивного сопротивления рабочей обмотки 9 дросселя насыщения и обеспечению предварительного снижения сопротивления касьпцающегося дросселя до возникновения необходимости его включения в нейтраль силового трансформатора 1 для ограничения Внутренних перенапряжений опасной величины.
Снижение напряжения на резисторе
3 специально подобранным насыщающимся реактором 7 способствует поддержанию напряжения на резисторе 4, не- 30 смотря на шунтировку последнего выпрямленным током обмотки управления 15, и исключает вероятность снижения насыщения дросселя киже требуемой величины. 35
- Такое решение исключает необходимость в постоянном подпитывании обмотки управления 15 от постоянного источника постоянного тока и в дополнительной обмотке управления. 4О
При снижении воздействующих внутренних перенапряжений и токов в нейтрали силового трансформатора 1 ниже минимально выбранных величин контакты 6 размыкаются и устройство полностью возвращается в первоначальное положение.
Ток через активное сопротивление
12 и еще ке сниженное индуктивное сопротивление рабочей обмотки 9 дросселя насыщения весьма незначи- 5О телен по сравнению с током через .резисторы 3, 4 и поэтому существенного влияния в работе устройства не оказывает.
В случае повышения внутренних 55 перенапряжений, выше допустимой величины уже при включенных контактах
6, напряжение в нейтрали силового трансформатора 1 увеличивается и повышается эффективность шунтировки ре- 6р зистора 3 насыщающимся реактором 7, что в комплексе приводит к сохранению или при необходимости к увеличению тока через резистор 4, а следовательно, к увеличению напряжекиФ питания выпрямителького устройства.
14 с последующим увеличением тока в обмотке управления 15 и более интенсивным снижением сопротивления рабочей обмотки 9 насьпцающегося цросселя, а это, в свою очередь, приво1 ит к увеличению тока, протекающего через резистор 12, и росту величинй напряжения на искровом промежутке 8.
Кроме того, подбор величины резистора 12 в зависимости от электрических параметров всего устройства способствует регулировке тока в обмотке управления 15 в зависимости от снижения сопротивления в рабочей обмотке 9, При достижении внутренними перенапряжениями или токами в нейтрали силового трансформатора опасных величин суммарное напряжение на резисторах 3 и 12 достигает пробивной величины искрового промежутка 8, который, пробившись, замыкается контактами 11 быстродействующего, автомата в результате срабатывания еле от трансформатора тока )О. Кратовременное пребывание контактов 6 и 11 в одновременно замкнутом состояHHH способствуют эффектйвному снижению внутренних перенапряжений опасной величины в нейтрали силового трансформатора 1 в начальный момент их воздействия в .связи с сохранением необходимого напряжения на выпрямительном устройстве 14 в результате шунтировки насыщающимся реактором
7 не только резистора 3, но и параллельно подключенного резистора 12.
Далее эффективная шунтировка дополнительной ветви сниженным сопротивлением рабочей обмотки 9 приводит к размыканию контактов 6 в связи со снижением в указанной ветви напряжения и тока, ниже минимально допустимых величин с одновременным исчезновением эффекта шунтировки резистора 12 насыщающимся реактором 7.
В процессе увеличения сопротивления рабочей обмотки 9 с целью ограничения тока короткого замыкания до отключения линейного выключа теля резистор 12, подключенный посЛедовательно с резистором 4, ограничи вает ток, а следовательно, и напря-, жение подпитки выпрямительного устройства 14 до минимальной величины, исключающей работу защит дополнительной ветви. по включению контактов
6, и не допускает возникновение эффективной величины тока в обмотке управления 15.
При снижении тока в рабочей обмотке 9 касы цающегося дросселя, ниже минимально допустимой величины, отключаются контакты 11 от реле трансформатора тока 10 и устройство возвращается в первоначальное положение.
Однако в результате воздействия внутренних перенапряжений опасной величины возможны последующие повреждения изоляции электротехнического обо.
661679
Формула изобретения
55 рудования и линий электропередач с возникновением однофазных токов короткого замыкания еще при включенных контактах 11.
В первый момент времени опасная величина тока однофаэного короткого замыкания в нейтрали силового трансформатора 1 проходит через индуктивное сопротивление рабочей обмотки 9, хотя и предварительно насыщенного дросселя, однако вызывает срабатывание реле от трансформатора напряжения 18 с последующим отключением контактов 16 автомата гащения поля в цепи обмотки управления
15 и контактов 13 в цепи последовательно соединенных резисторов
4 и 12.
Как показали исследования переходного процесса практически беэынерционно индуктивное сопротивление рабочей обмотки 9 насыщающегося дросселя многократно возрастает, что обусловливает соответствующее эффективное ограничение величины тока однофазного короткого замыкания до его отключения линейным выключателем.
Далее происходит срабатывание реле от трансформатора тока 10,и контакты 11 отключаются с последующим включением контактов 1б и 13 при срабатывании реле от трансформатора напряжения 18. устройство возвращается в первоначальное- положение.
Технико-зкономическая эффективность изобретения определяется тем, что его использование в сетях любого класса напряжения независимо от режима заземления нейтрали существенно повышает надежность работы основного электротехнического оборудования в энергетике.
В системах с изолированной нейтралью предлагаемое устройство снижает перенапряжение при возникновениях перемещающейся дуги замыкания на землю, неполнофазных режимах и феррорезонансных явлениях с сохранением токов замыкания в регламентируемых пределах.
В системах с эффективным заземлением нейтрали предлагаемое устройствб устраняет все выше укаэанные недостатки прототипа. ф системах с глухим заземлением нейтрали предлагаемое устройство способствует эффективному снижению однофазных токов короткого замыкания, будучи включенным в нейтраль мощных трансформаторов, ограничивает повышение напряжения на изоляции нейтрали до допустймой величины.
Важным пРеимуществом предлагаемого устройства является комплексное ограничение» внутренних перенапряжений и токОв короткого замыкания при сохранении положительных Факторов быстродействия в связи с предварительным возбуждением дросселя до появления аварийных режимов. Устройство может быть применено не только в энергосетях высокого напряжения, но и в различных электрических аппаратах для эффективного ограничения внутренних перенапряжений и токов однофазного короткого замыкания
1. Устройство для заземления нейтрали трансформатора в электрических сетях, работающих с заземленной нейтралью, содержащее две заземленные ветви, в одну из которых включен через искровой промежуток, шунтированный коммутационным аппаратом дроссель, рабочая обмотка которого включена последовательно с искровым промежутком, а обмотка управления подключена к источнику постоянного тока через размыкающий контакт коммутационного аппарата и трансформатор тока, а во вторую ветвь включен искровой промежуток, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью эффективного ограничения внутренних перенапряжений и сохранения быстродействия при ограничении токов однофаэного короткого замыкания, оно дополнительно снабжено двумя трансформаторами напряжения, подключенными .к искровым промежуткам со стороны земли, дополнительным коммутационным аппаратом, тремя резисторами и трансформатором тока, включенным во вторую ветвь, причем два указанных резистора соединены между собой последовательно и включены между землей и искровым промежутком второй ветви, а точка соеинения резисторов через третий реистор и размыкающий контакт коммутационного аппарата подсоединена к точке соединения искрового промежутка и дросселя первой ветви, при этом искровой промежуток второй ветви шунтирован дополнительным коммутационным аппаратом.
2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что источник постоянного тока выполнен в виде моста,. собранного на диодах, одна диагональ которого подсоединена к одному из последовательно соединенных резисторов, а вторая диагональ через размыкающий контакт коммутационного аппарата подсоединена к обмотке управления реактора.
3. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем,что с целью: увеличения ограничения тока и напряжения оно дополнительно снабжено нелинейным ферромагнитным элементом, подключенным параллельно резистору ,второй ветви, подсоединенному к искровому промежутку.
661679
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР в478387, кл. Н 02 Н 1/04, 1973.
2. Заявка 92083586/07, .кл. Н 02 Н 3/00, 16.12;74, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.
Составитель Л. Дементьева 1 екред Ц. Бабурка .. Корректор С.Шекмар
Редактор В. Фельдман
Тираж 856 Подписное
ЦНИИПИ,Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035„москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
t .
Филиал tllltl Патент, г.Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 2503/59