СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОДНОФАЗНОГО ПЕЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА С КОРОТКОЙ СЕТЬЮ В ВИДЕ ГРУППЫ ШИН ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
METHOD OF PROTECTING A SINGLE-PHASE FURNACE TRANSFORMER WITH A SHORT NETWORK IN FORM OF A GROUP OF BUSES FROM ELECTRICAL DAMAGES

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты печных трансформаторов с короткой сетью в виде группы шин от витковых замыканий в первичной обмотке трансформатора, а также коротких замыканий и обрывов в цепи шин короткой сети.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ защиты однофазного печного трансформатора с короткой сетью в виде группы шин от электрических повреждений, при котором измеряют магнитное поле рассеяния обмоток трансформатора в плоскости перпендикулярной ярмам его сердечника и проходящей через их середину, и если оно будет больше нуля отключают трансформатор от сети и формируют сигнал «витковое замыкание» [Патент KZ № 27097 опубл. 14.06.2013, бюл. №6].
Однако этот способ не позволяет выявлять электрические повреждения в виде коротких замыканий, а также обрывов в цепи шин короткой сети.
Технический результат – расширение функциональных возможностей в виде способности выявлять короткие замыкания и обрывы в цепи шин короткой сети, а также в возможности отличать повреждения трансформатора от повреждения короткой сети.
Технический результат достигается тем, что дополнительно измеряют магнитные поля рассеяния у верхнего и нижнего торцов обмоток на одном из стержней сердечника трансформатора, сравнивают их между собой и если их разница будет больше нуля, то формируют сигнал на отключение трансформатора от сети, а также сигнал «повреждение короткой сети», который блокируется при наличии сигнала «витковое замыкание».
Поставленная задача решается за счет того, что магнитное поле рассеяния обмотки на любом стержне сердечника однофазного печного трансформатора симметрично относительно ее середины. Поэтому магнитное поле рассеяния этих обмоток у верхнего и нижнего их торцов одинаковы, а их разница будет равна нулю. При коротком замыкании или разрыве гибкой связи в любой паре шин короткой сети магнитные поля рассеяния у верхнего и нижнего торцов этих обмоток будут различны, а их разница больше нуля. А так как подобное может возникнуть и при витковом замыкании в обмотке трансформатора, то в этом режиме сигнал о повреждении короткой сети блокируется.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного технического решения числом и последовательностью операций.
Сравнение заявляемого технического решения с известным техническим решением показывает, что эти операции известны. Однако, их последовательность позволяет проявить в заявляемом техническом решении новые свойства, что приводит к расширению функциональных возможностей за счет способности выявлять электрическое повреждение в короткой сети, а также в возможности различить витковое замыкание в обмотках трансформатора и электрические повреждения в короткой сети.
На фиг.1 приведена конструкция однофазного печного трансформатора с участком короткой сети, а также размещение измерительных преобразователей в этом трансформаторе. На фиг.2 показана схема устройства защиты для реализации способа защиты однофазного печного трансформатора с короткой сетью в виде группы шин от электрических повреждений.
Печной однофазный трансформатор выполняется в виде сердечника 1 и двух одинаковых катушек, которые размещаются на его стержнях 2 и 3. Каждая катушка содержит части 4 и 5 многовитковой первичной и элементы двухвитковой вторичной обмотки. Причем при монтаже части 4 и 5 многовитковой первичной соединяются согласно – последовательно. Поэтому замыкание витков 6 может возникнуть только в первичной обмотке. Вторичная обмотка трансформатора выполняется расщепленной. Она состоит из нескольких, в данном случае четырех, изолированных друг от друга двухвитковых обмоток 7-10, которые располагаются на частях 4 и 5 первичной обмотки. При этом каждая из них присоединяется к одной из пар изолированных друг от друга шин короткой сети 11, которые в свою очередь присоединяется к электродам печи с помощью гибких связей. Эти элементы на рисунках не показаны.
<mrow><mi>Δ</mi><mi>I</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>
Первый измерительный преобразователь 12 в виде цилиндрической катушки индуктивности с выводом из середины размещается на плоскости R, которая проходит через оси 13 и 14 стержней 2 и 3 сердечника 1, так чтобы его продольная ось 15 была параллельна оси 13. При этом в соответствии со схемой на фиг.2 начало 16 и конец 17 катушки измерительного преобразователя 12 присоединены к крайним выводам переменного резистора 18, а средний вывод 19 этого преобразователя и подвижный контакт 20 резистора к обмотке реле 21. При этом нормально разомкнутый контакт 22 этого реле подключен к отключающей цепи 23 выключателя и к блоку 24 индикации вида повреждения. Переменный резистор 20 предназначен для выставления тока  в реле 21 при отсутствии виткового замыкания в обмотках 4 и 5, а также электрического повреждения в короткой сети 11. Второй измерительный преобразователь 25 в виде цилиндрической катушки индуктивности размещается на плоскости Q, которая перпендикулярна ярмам 26 и 27 сердечника 1 однофазного печного трансформатора и проходит через их середину. При этом его продольная ось 28 располагается параллельно осям 13 и 14 стержней 2 и 3. Выводы 29 и 30 этого измерительного преобразователя присоединяется к обмотке реле 31. При этом нормально разомкнутый контакт 32 реле 31 подключен к отключающей цепи 33 выключателя и к блоку 24 индикации вида повреждения, а нормально замкнутый контакт 34, который является блокировочным, включают последовательно с контактом 22.
<mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><mi>I</mi></mrow>
Устройство защиты работает следующим образом. В произвольном эксплуатационном режиме работы печного трансформатора с короткой сетью 11 по одинаковому числу витков в его обмотках 4, 5 и 7-10, которые расположены на разных стержнях сердечника, протекают одинаковые токи. При точном изготовлении и установке этих обмоток токи в них будут индуктировать в измерительном преобразователе 25 электродвижущую силу равную нулю, а электродвижущие силы верхней и нижней обмоток в измерительном преобразователе 12 будут равны по величине. В результате в ток  в обмотке реле 31 будет равен нулю, а его контакты 32 и 34 будут находиться в исходном положении. В свою очередь токи  и  будут равны между собой, их разность  в обмотке реле 21 будет равна нулю, а контакты 22 реле 21 будут также находиться в исходном положении. Поэтому сигнал с контактов реле 21 и 31 на отключение печного трансформатора от сети и на входе блока 24 индикации вида повреждения отсутствует. Печной трансформатор не выводится из работы.
<mrow><mi>Δ</mi><mi>I</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
При замыкании витков 6 ток в них будет значительно превышать величину тока в остальной части первичной обмотки. Что приведет к изменению распределения магнитного поля рассеяния поврежденной обмотки на стержне 3 и к появлению в измерительном преобразователе 25 электродвижущей силы. При этом электродвижущие силы верхней и нижней обмоток в измерительном преобразователе 12 будут не равны между собой. В связи с этим токи  и  в обмотках реле 21 и 31 будут не равны нулю. В результате эти реле сработают. При этом контакты 22 и 32 замкнутся, а контакт 34 разомкнется. В результате в отключающей цепи 33 появится сигнал на отключение трансформатора от сети, а блок 24 индикации высветит сообщение «витковое замыкание».
<mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><mi>I</mi></mrow>
При возникновении короткого замыкания в одной из пар шин, например прикрепленной к двухвитковой обмотке 10, ток в ней возрастет и будет значительно больше величины тока в остальных двухвитковых обмотках 7-9. Что приведет к одинаковому изменению распределения магнитного поля рассеяния поврежденной обмотки на обоих стержнях трансформатора. В этом случае электродвижущая сила в измерительном преобразователе 25 будет равна нулю, а электродвижущие силы верхней и нижней обмоток в измерительном преобразователе 12 будут не равны между собой. В связи с этим ток  в обмотке реле 31 будет равен нулю и оно не срабатывает, а разность тока  в обмотке реле 21 будет не равна нулю и оно сработает. При этом контакты 22 замкнутся, а контакты 32 и 34 останутся в исходном положении. В результате в отключающей цепи 23 появится сигнал на отключение трансформатора. При этом блок 24 индикации высветит сообщение «повреждение короткой сети».
<mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><mi>I</mi></mrow>
При возникновении разрыва в цепи одной из шин, например в гибких связях соединяющих двухвитковую обмотку 10 с электродом печи, ток в этой паре шин и присоединенной к ней двухвитковой обмотки 10 печного трансформатора будет равен нулю. Что также приведет к одинаковому изменению распределения магнитного поля рассеяния обмоток на обоих стержнях трансформатора. В этом случае электродвижущая сила в измерительном преобразователе 25 будет равна нулю, а электродвижущие силы верхней и нижней обмоток в измерительном преобразователе 12 будут не равны между собой. В связи с этим ток  в обмотке реле 31 будет равен нулю и оно срабатывает, а разность тока  в обмотке реле 21 будет не равна нулю и оно сработает. При этом контакты 22 замкнется, а контакты 32 и 34 останутся в исходном положении. В результате в отключающей цепи 23 появится сигнал на отключение трансформатора. При этом блок 24 индикации высветит сообщение «повреждение короткой сети».
Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в способности выявлять не только витковые замыкания в обмотках печного трансформатора, но и короткие замыкания и обрывы в цепи шин короткой сети, а также в возможности отличать эти виды повреждения и своевременно отключать трансформатора от сети. Что позволит сократить время и стоимость послеаварийного ремонта.