РЕЛЕ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ОТСЕЧКИ ТРАНСФОРМАТОРА
RELAY FOR DIFFERENTIAL CUTOFF OF TRANSFORMER

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.