УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА
DEVICE FOR DIFFERENTIAL PROTECTION OF TRANSFORMER

Устройство относится к электротехнике, а именно к релейной защите силовых трансформаторов. Областью применения изобретения являются распределительные сети, когда бросок тока включения силового трансформатора сопровождается частичным поглощением постоянной составляющей и появляются фрагменты вторичного тока, частично заполняющие его бестоковые паузы, что усложняет распознавание броска.
Известно электромагнитное реле для дифференциальной защиты силового трансформатора типа РНТ с насыщающимся трансформатором [1]. Этот аналог заявляемого устройства реле отстроен от бросков намагничивающего тока с частично потерянной постоянной составляющей за счет насыщения сердечника измерительного трансформатора тока и снижения в нем переменной составляющей потока относительно постоянной составляющей специальной короткозамкнутой обмоткой. Недостатком реле является сниженная кратность тока в исполнительном реле.
Лучшая отстройка от броска намагничивающего тока достигается в прототипе [2], использующем процессы заряда и разряда активно-емкостных цепей с диодами. Однако и в этом устройстве после выпрямительного моста необходимо использовать стабилитрон, ограничивающий энергию анализируемого сигнала, и сглаживающий конденсатор, заполняющий небольшие паузы при токе к.з., а для снижения влияния отрицательных полуволн в трансформированном броске приходится устанавливать трансреактор. Указанное ограничивает область применения прототипа и усложняет его.
Сущность предлагаемого изобретения направлена на упрощение устройства при одновременном улучшении отстройки от токов броска, в том числе и с отрицательной полуволной. Для этого к нагрузочному сопротивлению выпрямительного моста, питающемуся от измерительного трансформатора, подключаются две инерционные цепочки. Первая составлена из индуктивности и активного сопротивления, а вторая - из резистора и конденсатора. При появлении входного напряжения на нагрузочном сопротивлении в случае короткого замыкания небольшие бестоковые паузы эффективно сглаживаются двумя инерционными цепочками и на выходе устройства образуется однополярное положительное напряжение. При появлении сравнительно больших бестоковых пауз в случае броска и даже при наличии во вторичном токе трансформатора тока их частичного заполнения конденсатор второй инерционной цепочки, предварительно и эффективно заряженный от выпрямителя без стабилитрона, интенсивно разряжается через индуктивность первой цепочки с поддержанием ею тока разряда, что приводит к его переполюсовке. Далее, через две диодно-резистивные цепи осуществляется алгебраическое сложение средних значений токов этих встречно включенных параллельных цепей на сглаживающем конденсаторе с разрядным сопротивлением и последующие срабатывание измерительного органа или блокировка при отрицательном напряжении на его входе, т.е. при броске.
На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства. Здесь 1 - первичная обмотка промежуточного трансформатора с замкнутым или разомкнутым сердечником 2; 3 - выпрямительный мост с нагрузочным сопротивлением 4; 5 - многовитковая вторичная обмотка трансформатора; индуктивность - 6; конденсатор 7; активные резисторы 8, 9, 11, 13, 14; сглаживающий конденсатор 15; выход устройства 16; выходной орган 17.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. В первичную обмотку 1 промежуточного трансформатора с любым сердечником 2, например без зазора, подается анализируемый ток короткого замыкания или ток броска защищаемого трансформатора. Вторичная обмотка измерительного трансформатора 5 через диодный мост 3 питает выпрямленным током нагрузочное сопротивление 4. Образующееся напряжение подается на две инерционные цепочки 6, 8 и 9, 7, которые эффективно сглаживают небольшие пульсации при токе короткого замыкания, и далее подается через диод 10 и резистор 11 на выход устройства 16. В случае появления бестоковых пауз напряжения на резисторе 4 конденсатор 7 разряжается сначала до нулевого напряжения, а затем за счет поддержания индуктивностью 6 разрядного тока начинает перезаряжаться с образованием на верхней обкладке минуса даже при наличии частичного заполнения бестоковых пауз фрагментами трансформированного тока броска. Параметры инерционных цепочек выбираются так, чтобы переполюсовка конденсатора 7 происходила только при наличии пауз броска. Отрицательные импульсы тока подаются на выход 16 через диод 12 и резистор 13. Сравнение постоянных составляющих токов происходит на резисторе 14, а переменные составляющие блокируются конденсатором 15. Следовательно, подбор или расчет параметров предлагаемого устройства, в том числе и резисторов 11, 13, обеспечивает разделение знаков напряжения в точке 16 для всего диапазона токов в обмотке 1 следующим образом: 1. положительный потенциал - в режиме к.з.; 2. отрицательный потенциал - режим броска.
Переходный процесс может нарушать это разделение в течение первых 0,02-0,05 секунды, что вполне приемлемо для распределительных сетей. Установка на выходе предлагаемого устройства выходного органа 17 в виде максимального реле с небольшой задержкой обеспечивает правильную работу. Таким образом, независимость принятого решения от величины анализируемого тока позволяет отказаться от ограничения напряжения на выходе моста 3 и тем самым реализовать любую кратность измеряемой величины по отношению к положительной уставке реле 17, что выгодно отличает предлагаемое устройство от аналога и прототипа и упрощает устройство.
Элементная реализация не представляет затруднений, т.к. она осуществляется на широко доступных элементах. Некоторые затруднения возникают при аналитических расчетах, особенно в переходных режимах. Однако цифровое моделирование на ЭВМ позволяет получить эти параметры сравнительно просто и быстро.
На осциллограммах приведены результаты этого моделирования в виде осциллограмм напряжения на выходе устройства в точке 16. На фиг.2 показана осциллограмма режима короткого замыкания. Видно нарастание положительного значения напряжения. На фиг.3 - режим броска. Виден непродолжительный переходный процесс и далее переход напряжения в отрицательную область, когда устройство не работает. Нижний луч на осциллограммах показывает форму анализируемого сигнала на выходе моста 3.