Патент на изобретение №2356153

(54) РЕЛЕ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ОТСЕЧКИ ТРАНСФОРМАТОРА

(57) Реферат:

Использование: в электротехнике для релейной защиты силовых трансформаторов. Технический результат заключается в упрощении устройства и расширении области его применения. На входе устройства установлен небольшой по сопротивлению термоустойчивый резистор, далее инерционное звено и низковольтные стабилитроны, с которых через разделительный конденсатор запитан миниатюрный повышающий трансформатор и затем резонансный контур, в котором в качестве индуктивности использована многовитковая обмотка измерительного реле максимального тока. 3 ил.

Устройство относится к электротехнике, а именно к релейной защите силовых трансформаторов распределительных сетей, когда как и в главных схемах электрических соединений подстанций, так и в релейной защите стремятся к наиболее простым и, следовательно, надежным решениям. Особенно полезно заявляемое устройство для расширения области использования простых дифференциальных отсечек в случае ограничения их применения условием отстройки от броска тока намагничивания силового трансформатора и когда достаточно использовать простые частотно-зависимые цепи.

Известен аналог предлагаемого устройства /1/, содержащий трансреактор, к выходу которого подключен выпрямительный мост, резонансный контур, настроенный на частоту сети, и последовательно соединенные релейный элемент, элемент выдержки времени и выходной орган, причем резонансный контур включен между выпрямительным мостом и входом релейного элемента. За счет наличия последовательно с индуктивностью резонансного контура резистора его добротность значительно снижена и не превосходит двух. Поэтому последующие и реле выдержки времени, и выходной орган выполнены по сравнительно сложной электронной схеме и требуют специального источника оперативного питания. Указанное приводит к потере простоты дифференциального реле и затрудняет применение этого аналога в дифференциальной отсечке.

Бóльшую добротность может иметь резонансный контур в устройстве для дифференциальной защиты трансформатора /2/. Однако он обеспечивает только разделение режимов короткого замыкания (к.з.) и броска, а не саму работу выходного реле защиты энергетически, которое в данном прототипе является только блокирующим. Для реализации высокой добротности резонансного контура в прототипе приходится сильно ограничивать отток мощности в направлении реагирующего органа, поэтому он должен быть особенно чувствительным, электронным и использовать энергию источника оперативного тока. Все это усложняет устройство в целом и затрудняет применение его в качестве простого реле дифференциальной отсечки.

Более того, для аналога и для прототипа характерно размещение резонансного контура после выпрямителя – нелинейность, являющаяся источником кратных и комбинационных частот, значительно расширяющих полосу частот, занимаемую анализируемым сигналом. Поэтому применение узкополосных устройств анализа в прототипе и аналоге сразу за выпрямительным мостом ведет к заметной потере информации и энергии сигнала и к неиспользованию всех потенциальных возможностей защит.

Сущность предлагаемого устройства направлена на максимальное упрощение и расширение области возможного применения реле дифференциальной отсечки по условию отстройки ее от броска тока намагничивания. Для этого в качестве информационной выбрана узкая полоса низких частот, когда узкополосное, а следовательно, и простое устройство реле защиты оказывается согласованным с ней по частоте. С этой целью дифференциальный выход вторичных обмоток измерительных трансформаторов тока подключен к небольшому по сопротивлению термоустойчивому резистору, соединенному с активно-емкостной инерционной цепочкой с разрядным резистором, и далее к ограничителю напряжения, выполненному на двух встречно включенных стабилитронах с балластным питающим резистором, а затем через разделительный конденсатор – к первичной обмотке миниатюрного повышающего трансформатора, вторичная обмотка которого через другой балластный резистор подключена к высокодобротному параллельному резонансному колебательному контуру 50 Гц с конденсатором и индуктивностью, причем для реализации последней использована токовая многовитковая обмотка измерительного реле максимального тока.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства реле. Здесь 1 – измерительные трансформаторы тока; 2 – дифференциальный выход вторичных обмоток измерительных трансформаторов, нагруженный на активный низкоомный термоустойчивый резистор 3; далее, 4 и 5 – зарядный, разрядный резисторы и конденсатор 6 инерционной цепочки; 7 – балластный резистор стабилитронов 8; 9 – разделительный конденсатор; повышающий трансформатор – 10; 11 – балластный резистор резонансного контура с конденсатором 12 и обмоткой реле 13.

Устройство функционирует следующим образом. При подаче в первичную обмотку одного из измерительных трансформаторов 1 тока броска на низкоомном сопротивлении нагрузки 3 выделяется напряжение, смещенное в сторону апериодической составляющей так, что кривая лежит на оси времени или даже пересекает ее за счет обратных постоянному току трансформированных полуволн. Далее, через зарядный резистор 4 инерционной цепочки как фильтра низкой частоты (ФНЧ) конденсатор 6 заряжается постоянной составляющей напряжения на резисторе 3 и перемещает переменную составляющую достаточно далеко от оси времени. Для установки нужной полосы пропускания ФНЧ используется разрядный резистор 5. В результате переменная составляющая оказывается вся расположена над уровнем напряжения стабилизации стабилитронов 8 и за счет наличия балластного сопротивления 7 полностью срезается стабилитронами 8 так, что на них образуется постоянное напряжение, которое за счет наличия конденсатора 9 не поступает далее в обмотку трансформатора 10, и реле с обмоткой 13 не срабатывает. При токе к.з. напряжение с выхода 2 обмоток образует токи и напряжения на всех элементах. Ограничение по амплитуде происходит только на стабилитронах 8, но переменный характер напряжения сохраняется. Поэтому это переменное напряжение через разделительный конденсатор 9 уже поступает на первичную обмотку миниатюрного повышающего трансформатора 10. В результате повышенное напряжение с его вторичной обмотки через другой балластный резистор 11 начинает раскачивать резонансный контур 50 Гц с конденсатором 12 и индуктивностью обмотки 13 реле в принципе до уровня напряжения на этой вторичной обмотке. Это происходит за счет большой добротности контура и резонанса токов. Практически ток в обмотке реле 13 уже через 2-3 периода достигает величины тока срабатывания реле. При этом восполняются потери в предыдущих элементах схемы. В случае необходимости может быть получена почти любая чувствительность реле, но при условии, что время раскачки контура до срабатывания будет приемлемым по условию термической и динамической устойчивости системы в месте установки защищаемого трансформатора, а реле токовой отсечки не станет выполнять функцию максимальной токовой защиты.

Элементная реализация реле не представляет затруднений и предлагаемое устройство свободно размещается на арматуре реле РТ-40 и частично на его цоколе, что позволяет получить практически новую модификацию РТ-40 специально для выполнения простейших дифференциальных отсечек силовых трансформаторов мощностью до 25 МВА согласно ПУЭ.

На осциллограммах показаны процессы в предлагаемом устройстве. На фиг.2 приведена осциллограмма трансформированного тока броска (внизу) с отрицательными полуволнами и тока в обмотке реле (вверху). Видно, что ток в реле мал. Вначале имеются совершенно незначительные колебания за счет начала процесса интегрирования. На фиг.3 те же лучи осциллографа показывают гармонический ток к.з. (внизу) и быстрое нарастание тока в обмотке реле, который уже через 2-3 периода достигает максимального установившегося значения, что для распределительных сетей вполне приемлемо.

Литература

1. Реле дифференциальной защиты, а.с. СССР, 439876, 07.03.75 БИ 30.

2. Устройство для дифференциальной защиты трансформатора, а.с. СССР, 1101946, 07.07.84, БИ 25.

Формула изобретения

Реле для дифференциальной отсечки трансформатора, подключенное к дифференциальной цепи вторичных обмоток измерительных трансформаторов тока и содержащие реле максимального переменного тока с многовитковой обмоткой, резисторы и конденсаторы, отличающееся тем, что дифференциальная цепь от измерительных трансформаторов тока подключена к небольшому по сопротивлению термоустойчивому резистору, соединенному с активно-емкостной инерционной цепочкой с разрядным резистором и далее к ограничителю напряжения, выполненному на двух встречно включенных стабилитронах с балластным резистором, а затем через разделительный конденсатор к первичной обмотке миниатюрного повышающего трансформатора, вторичная обмотка которого через другой балластный резистор подключена к высокодобротному параллельному резонансному колебательному контуру 50 Гц с конденсатором и индуктивностью, причем для реализации последней использована токовая обмотка измерительного реле максимального тока.

РИСУНКИ