Фильтр тока обратной последовательности
NEGATIVE SEQUENCE CURRENT FILTER

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, предназначенным для выделения симметричных составляющих электрического сигнала, и может быть использовано в составе устройств измерения, защиты и сигнализации трехфазных систем переменного тока,с изолированной нейтралью.
Известен фильтр симметричных составляющих электрического сигнала (патент №2209441 по кл. МПК G01R 29/16), в котором зажим фазы А контролируемого сигнала подключен к первому входу первого сумматора, зажим фазы В связан через инвертирующий вход первого блока дифференцирования со вторым входом первого сумматора, а через инвертирующий вход первого пропорционального блока - с третьим входом первого сумматора, зажим фазы С связан через неинвертирующий вход второго блока дифференцирования с четвертым входом первого сумматора, а через инвертирующий вход второго пропорционального блока - с пятым входом первого сумматора, выход которого через неинвертирующий вход третьего пропорционального блока связан с первым выходом устройства, дополнительно содержит третий и четвертый блоки дифференцирования, второй и третий сумматоры и четвертый и пятый пропорциональные блоки, причем зажим фазы А дополнительно подключен к первому входу второго сумматора и к первому входу третьего сумматора, зажим фазы В дополнительно подключен ко второму входу второго сумматора, со вторым входом третьего сумматора соединен через неинвертирующий вход третьего блока дифференцирования, а с третьим входом третьего сумматора - через инвертирующий вход первого пропорционального блока, причем выход второго сумматора через неинвертирующий вход четвертого пропорционального блока связан со вторым выходом устройства, зажим фазы С дополнительно подключен к третьему входу второго сумматора, с четвертым входом третьего сумматора соединен через инвертирующий вход четвертого блока дифференцирования, а с пятым входом третьего сумматора - через инвертирующий вход второго пропорционального блока, причем выход третьего сумматора через неинвертирующий вход пятого пропорционального блока связан с третьим выходом устройства.
Для реализации фильтра тока обратной последовательности требуется применение сложной электронной базы полупроводниковых элементов, что снижает общую надежность работы устройства.
Известно устройство для фильтра токов обратной последовательности трехфазной электрической установки (патент №2134475, по кл. МПК Н02Н 3/34), которое содержит по силовой цепи трехфазную сеть, в рассечку фаз которой включены трансформаторы тока, соединенные между собой по схеме треугольника, токовые цепи и пороговый орган (реле), имеющий уравнительные с выводами один и три, дифференциальную (рабочую) с выводом 6 обмотки, соединенные между собой на выводах два и четыре, особенность заключается в том, что полярные выводы трансформаторов тока разных фаз подключены к одному дифференциальному реле, причем полярный вывод трансформатора тока первой фазы подключен к выводу первой уравнительной обмотки дифференциального реле, полярный вывод второй фазы подключен к выводу второй уравнительной обмотки дифференциального реле, полярный вывод третьей фазы подключен к выводу дифференциальной (рабочей) обмотки дифференциального реле.
Устройство для фильтра токов обратной последовательности трехфазной электрической установки близко к заявляемому фильтру тока обратной последовательности, но не имеет возможности присоединения к исполнительной части на микропроцессорах.
Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения.
Техническим результатом является повышение надежности и точности релейной защиты.
Технический результат достигается тем, что фильтр тока обратной последовательности содержит два тороидальных сердечника, на каждом из которых размещены балластный резистор и дроссель, первая, вторая и третья, четвертая первичные обмотки, которые расположены со сдвигом на 90° относительно друг друга, количество витков первой и четвертой первичных обмоток в два раза больше, чем второй и третьей, двенадцатипульсный выпрямитель, соединенный с первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой вторичными обмотками тороидальных сердечников, соединения которых образуют две шестифазные системы, имеющие пространственный сдвиг относительно друг друга на 60°, при этом первая, третья и пятая вторичные обмотки расположены с пространственным сдвигом на 120° относительно друг друга, а относительно второй, четвертой и шестой вторичноыхобмоток с пространственным сдвигом на 30°, при этом первая вторичная обмотка первого тороидального сердечника соединена с первой вторичной обмоткой второго тороидального сердечника, вторая вторичная обмотка первого тороидального сердечника соединена со второй вторичной обмоткой второго тороидального сердечника, третья вторичная обмотка первого тороидального сердечника соединена с третьей вторичной обмоткой второго тороидального сердечника, четвертая вторичная обмотка первого тороидального сердечника соединена с четвертой вторичной обмоткой второго тороидального сердечника, пятая вторичная обмотка первого тороидального сердечника соединена с пятой вторичной обмоткой второго тороидального сердечника, шестая вторичная обмотка первого тороидального сердечника соединена с шестой вторичной обмоткой второго тороидального сердечника.
Технический результат достигается тем, что данное устройство можно реализовать с помощью совокупности обмоток, расположенных друг относительно друга под определенными углами.
Известно, что ток обратной последовательности для электрической сети с изолированной нейтралью равен:
При этом сумма токов для 3-фазной системы
где , ,  - токи в фазах,
- ток обратной последовательности.
Тогда
При трехфазном коротком замыкании токи в фазах равны:
m
где I - амплитудное значение тока,
t - время,
- угловая частота.
подставляя значения токов в выражение (3), получим, что
При двухфазном коротком замыкании:
подставляя значения токов в выражение (3), получим, что
Таким образом, согласно выражениям устройство выделяет ток обратной последовательности.
Надежность устройства повышается за счет отказа от сложной электронной базы полупроводниковых элементов в пользу более простых и надежных элементов на электромагнитной базе.
Точность данного устройства была доказана экспериментально с помощью перегрузки трансформатора тока, подающего входной сигнал. Результаты экспериментальной проверки показали, что при перегрузке трансформатора тока на 20% фильтр тока обратной последовательности выделяет сигнал, пропорциональный обратной последовательности, с точностью, достаточной для отсутствия ложного срабатывания релейной защиты.
На фиг. 1 представлен фильтр тока обратной последовательности, который содержит: первый тороидальный сердечник 1; второй тороидальный сердечник 2; первую первичную обмотку 3 первого тороидального сердечника 1; вторую первичную обмотку 4 первого тороидального сердечника 1; третью первичную обмотку 5 первого тороидального сердечника 1; четвертую первичную обмотку 6 первого тороидального сердечника 1; дроссель 7 первого тороидального сердечника 1; балластный резистор 8 первого тороидального сердечника 1; первую первичная обмотку 9 второго тороидального сердечника 2; вторую первичную обмотку 10 второго тороидального сердечника 2; третью первичную обмотку 11 второго тороидального сердечника 2; четвертую первичную обмотку 12 второго тороидального сердечника 2; дроссель 13 второго тороидального сердечника 2; балластный резистор 14 второго тороидального сердечника 2; двенадцатипульсный выпрямитель 15; первую вторичную обмотку 16 первого тороидального сердечника 1; вторую вторичную обмотку 17 первого тороидального сердечника 1; третью вторичную обмотку 18 первого тороидального сердечника 1; четвертую вторичную обмотку 19 первого тороидального сердечника 1; пятую вторичную обмотку 20 первого тороидального сердечника 1; шестую вторичную обмоткау21 первого тороидального сердечника 1; первую вторичную обмотку 22 второго тороидального сердечника 2; вторую вторичную обмотку 23 второго тороидального сердечника 2; третью вторичную обмотку 24 второго тороидального сердечника 2; четвертую вторичную обмотку 25 второго тороидального сердечника 2; пятую вторичную обмотку 26 второго тороидального сердечника 2; шестую вторичную обмотку 27 второго тороидального сердечника 2. Где обмотки 3, 5 (9, 11) расположены с пространственным сдвигом на 90 градусов относительно 4, 6 (10, 12), причем количество витков 3 и 6 (9 и 12) обмоткок в два раза больше чем 4 и 5 (10 и 11). Вторичные обмотки выполнены в виде двух систем на каждом сердечнике, каждая из которых состоит из трех фаз, расположенных друг относительно друга под углом 120°. В свою очередь, эти две системы обмоток сдвинуты пространственно на угол 30° относительно друг друга. Начало обмотки 16 соединено с концом обмотки 22, начало обмотки 17 соединено с концом обмотки 23, начало обмотки 18 соединено с концом обмотки 24, начало обмотки 19 соединено с концом обмотки 25, начало обмотки 20 соединено с концом обмотки 26, начало обмотки 21 соединено с концом обмотки 27. Многофазные вторичные обмотки, соединения которых образуют две трехфазные системы, подсоединенные к двенадцатипульсному выпрямителю 15, имеющие пространственный сдвиг относительно друг друга на 60 градусов, выход которого образует выпрямленный сигнал пропорциональный амплитуде тока обратной последовательности.
Разработанный фильтр тока обратной последовательности работает следующим образом: на вход подается переменное напряжение частотой 50 Гц от трансформатора тока. Посредством системы первичных обмоток 3-6, дросселя 7 и балластного резистора 8 тороидального сердечника 1 создается система из двух перпендикулярных и равных по модулю магнитодвижущих сил, которые, в свою очередь, создают вращающееся магнитное поле. Аналогично подается напряжение на первичные обмотки 9-12, дроссель 13 и балластный резистор 14 второго тороидального сердечника 2, где также создается вращающееся магнитное поле. Оба вращающихся магнитных поля наводят электродвижущие силы во вторичных обмотках 16-21 и 22-27, которые выполнены в виде двух систем на каждом сердечнике. В результате, на выходе образуется выпрямленный сигнал, пропорциональный амплитуде тока обратной последовательности.