СХЕМА ЗАЩИТЫ ДЛЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

2420-147974RU/011
СХЕМА ЗАЩИТЫ ДЛЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Объектом полезной модели является схема защиты для трансформаторов напряжения, находящая применение при ослаблении феррорезонансных колебаний, возникающих в трансформаторах напряжения в сети высокого напряжения.
Для ослабления феррорезонансных колебаний в электрооборудовании, а особенно, в трансформаторах напряжения, которые работают в трехфазных сетях, типично используется ослабляющий резистор с сопротивлением в несколько десятков Ом. Такой резистор присоединен к трем вспомогательным вторичным обмоткам трех однофазных трансформаторов, формирующих схему разомкнутого треугольника. Хотя это решение использует простую конструкцию, оно имеет значительные недостатки. В случае продолжительного разбаланса в питающей сети небольшое значение сопротивления ослабляющего резистора, которое требуется для результативности ослабления феррорезонансных колебаний, оборачивается опасностью теплового повреждения трансформаторов напряжения или самого резистора. На практике используются ослабляющие резисторы с мощностью в несколько сотен Ватт и большими размерами.
Из описания патента Германии DE 1 265 836 известна схема для гашения релаксационных колебаний в однополюсном заземленном индуктивном трансформаторе напряжения в трехфазной сети. В этой схеме ослабляющий резистор присоединен к скомпонованным разомкнутым треугольником вспомогательным обмоткам трех
однофазных трансформаторов рабочими контактами трех реле. Рабочие контакты активируются вторичными обмотками трансформаторов. Использование таких реле дает возможность отсоединять ослабляющий резистор в случае разбаланса сети, который вызывается коротким замыканием на землю.
Недостаток этого решения состоит в необходимости использования электромеханических элементов, таких как реле, и неизбежности управлять ими посредством дополнительных вторичных обмоток трансформаторов.
Из описания патента Великобритании GB 1 150 865 известна управляемая антиферрорезонансная схема для емкостного трансформатора напряжения. Эта схема содержит гасящую нагрузку, управляемый затвором полупроводниковый ключ и средство запуска. Полупроводниковый ключ обеспечивает присоединение гасящей нагрузки к промежуточному трансформатору. Средство запуска обеспечивает рабочее состояние управляемого затвором полупроводникового ключа во время наличия нежелательных колебаний.
Подобным образом, из заявки DE 2 704 112 на выдачу патента Германии, известна система защиты, которая защищает вторичную обмотку переходного индуктивного трансформатора. Эта система содержит гасящую нагрузку, которая соединена с резистором PTC (с положительным температурным коэффициентом), который соединяется с ключом. Ключ управляется элементом настройки выдержки, который включает гасящую нагрузку на время нагрева резистора PTC.
Из публикации к международной заявке WO 2005/008859 известна система защиты трансформатора напряжения средней мощности, которая содержит ослабляющий резистор, присоединенный к системе разомкнутого треугольника из трех вспомогательных вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов. Между ослабляющим резистором и выходом промежуточной вторичной обмотки одного из однофазных трансформаторов есть элемент, обладающий характеристикой порогового напряжения и тока, и плавкая вставка, которые соединены последовательно. Предпочтительно, плавкая вставка принимает вид резистора PTC, а элемент с характеристикой порогового напряжения и тока принимает вид двух стабилитронов, двухтактным образом соединенные друг с другом, или варистор.
Недостаток представленной системы состоит в том, что, в случае использования элемента, обладающего характеристикой порогового тока и напряжения, значительная тепловая мощность рассеивается, когда превышается порог напряжения. Это является результатом большого значения произведения порогового напряжения и тока. Таковое является причиной того, что элементы, имеющие характеристики порогового напряжения и тока, то есть стабилитроны или варисторы, должны иметь такие пространственные размеры, чтобы они выдерживали значительную тепловую нагрузку. Поэтому есть необходимость в нахождении другого элемента или схемы, содействующих протеканию тока через гасящий резистор и через термистор PTC, присоединенные к скомпонованным разомкнутым треугольником вспомогательным обмоткам трех однофазных трансформаторов напряжения, в случае появления феррорезонансных колебаний в по меньшей мере одном из трех трансформаторов в трехфазной сети.
Сущность схемы защиты для трансформаторов напряжения, присоединенных к схеме скомпонованных разомкнутым треугольником вспомогательных обмоток трех однофазных трансформаторов напряжения, содержащей гасящий резистор и элемент тепловой защиты, имеющий вид термистора PTC, которые присоединены к схеме скомпонованных разомкнутым треугольником вспомогательных обмоток трех однофазных трансформаторов напряжения электронной коммутационной схемой, имеющей пороговую коммутационную характеристику, с тем, чтобы превышение порогового напряжения на выводах скомпонованных разомкнутым треугольником вспомогательных обмоток трех однофазных трансформаторов напряжения обращало электронную коммутационную схему в ее проводящее состояние, состоит в том, что гасящий резистор и элемент тепловой защиты присоединены к схеме скомпонованных разомкнутым треугольником вспомогательных обмоток трех однофазных трансформаторов напряжения посредством коммутационной схемы, которая содержит симистор, имеющий затвор, управляемый посредством динистора.
Преимущество полезной модели состоит в значительном повышении тепловой мощности, рассеиваемой на элементе, содействующем протеканию тока через гасящий резистор и через термистор PTC, присоединенные к скомпонованным разомкнутым треугольником вспомогательным обмоткам трех однофазных трансформаторов напряжения, в случае появления феррорезонансных колебаний в по меньшей мере одном из трех трансформаторов в трехфазной сети.
Объект полезной модели представлен в вариантах осуществления на чертежах, где фиг. 1 показывает схему защиты для трансформаторов напряжения графическим образом, фиг. 2 - защитный элемент, известный из предшествующего уровня техники, фиг. 3 - обладающее признаками изобретения устройство с электронной коммутационной схемой.
VT1
VT2
VT3
A-N
RST
a-n
da
dn
da
VT1
1
dn
VT3
da
dn
VT2
da
VT2
dn
VT1
da
VT1
dn
VT3
U
0
Вспомогательные обмотки трех однофазных трансформаторов , ,  напряжения соединены друг с другом для формирования компоновки разомкнутого треугольника. Первичные обмотки  непосредственно связаны с трехфазной сетью  и землей. Выводы вторичных обмоток  отдельных трансформаторов являются рабочими выходами этих трансформаторов. Выводы вспомогательных вторичных обмоток  и  трансформаторов соединены один с другим таким образом, что вывод  вспомогательной вторичной обмотки трансформатора  соединен со входом системы  защиты, чей выход соединен с выводом  вспомогательной вторичной обмотки третьего трансформатора , и чей вывод  соединен с выводом  вспомогательной вторичной обмотки второго трансформатора . Затем, вывод  второго трансформатора  соединен с выводом  первого трансформатора . Во время работы устройства между выводом  первого трансформатора  и выводом  третьего трансформатора  возникает напряжение , которое прикладывается к выводам системы защиты.
1
2
3
4
VT1
VT2
VT3
4
8
9
10
Система  защиты содержит соединенные последовательно: гасящий резистор , элемент  тепловой защиты, имеющий вид термистора PTC, и электронный коммутационный элемент или схему  с пороговой коммутационной характеристикой, с тем, чтобы превышение порогового напряжения на выводах скомпонованных разомкнутым треугольником обмотках трех однофазных трансформаторов ,  и/или  напряжения обращало коммутационный элемент или схему  в их проводящее состояние. В схеме защиты, известной из предшествующего уровня техники, коммутационный элемент имеет вид динистора 5. В обладающей признаками изобретения схеме защиты схема коммутации содержит симистор 6, чей затвор управляется посредством динистора 7, соединенного с резисторами ,  и с конденсатором . Есть другие возможные варианты осуществления изобретения, в которых симистор управляется другим электронным средством, не показанным на чертеже, которое выбрано так, что симистор активируется после того, как превышено предопределенное пороговое напряжение.
Работа обладающей признаками изобретения схемы является следующей:
U
1
0
В случае полного баланса в трехфазной сети напряжение  нулевой последовательности имеет значение = 0, и никакой ток не протекает через систему  защиты.
U
4
1
0
В случае небольшого разбаланса трехфазной сети напряжение  имеет ненулевое значение, но меньшее, чем значение порогового напряжения коммутационного элемента или схемы . В таком случае, также нет протекания тока через схему  защиты.
U
4
U
4
U
4
2
3
2
3
2
3
3
1
4
0
0
0
Если феррорезонансные колебания появляются в трехфазной сети, напряжение  имеет значение, превышающее пороговое значение коммутационного элемента или схемы . В таком случае, в каждом цикле колебания напряжения  включение коммутационного элемента или схемы  происходит два раза: в течение положительной и в течение отрицательной половины колебания , соответственно. Коммутационный элемент или схема  проводит ток через гасящий резистор  и через термистор  PTC. Вследствие небольшого значения сопротивления резистора  и термистора  PTC, при появлении феррорезонансных колебаний, происходит их немедленное затухание. Сумма сопротивления гасящего резистора  и термистора  PTC, а также теплоемкость термистора  PTC выбираются таким образом, чтобы полное гашение феррорезонансных колебаний достигалось до того, как температура термистора 3 PTC достигнет уровня, при котором эквивалентное сопротивление схемы  защиты является слишком высоким для гашения феррорезонансных колебаний. Применение коммутационного элемента или схемы  с пороговой коммутационной характеристикой минимизирует рассеяние тепла на этом элементе или схеме, в то время как они проводят ток.
U
4
1
2
3
1
1
4
1
0
Если значительный продолжительный разбаланс возникает в трехфазной сети, который может быть вызван, например, коротким замыканием на землю одного из фазовых проводников, напряжение  также имеет значение, превышающее пороговое значение коммутационного элемента или схемы . Ток высокой интенсивности протекает через схему  защиты. Однако, поскольку такое условие не требует действия гасящего резистора , активируется термистор  PTC, давая, в результате, большой прирост в эквивалентном сопротивлении схемы  защиты. В этом случае ток, протекающий через схему  защиты, существенно снижается. Подобным образом, в этом случае, применение коммутационного элемента или схемы  с пороговой коммутационной характеристикой минимизирует рассеяние тепла на этом элементе или схеме, в то время как они проводят ток. Когда причина разбаланса исчезает, и термистор 3 PTC остывает, схема  защиты будет возвращаться в исходное состояние.