УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОБМОТОК ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ
DEVICE FOR PROTECTION OF WINDINGS OF ONE-PHASE TRANSFORMER FROM DAMAGES

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для релейной защиты однофазного трансформатора от витковых замыканий и смещения обмоток.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство защиты обмоток однофазного трансформатора от повреждений, содержащее измерительный преобразователь в виде катушки индуктивности, которую размещают на равном расстоянии от каждого из стержней сердечника трансформатора, так чтобы ее продольная ось была параллельна стержням этого сердечника, и реагирующий орган [Патент РФ №2549354, опубл. 27.04.2015].
Однако реагирующий орган этого устройства имеет только один пороговый элемент с фиксированным порогом срабатывания. Что не позволяет выявить смещений обмоток трансформатора, которые возникают под воздействием электромагнитных сил на обмотки при токах короткого замыкания за трансформатором. В результате дальнейшая эксплуатация трансформатора достаточно быстро приводит к витковому замыканию из-за разрушения изоляции под воздействием вибрации в месте соприкосновения сместившихся витков.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей защиты за счет возможности предотвращения возникновения виткового замыкания из-за разрушения изоляции под воздействием вибрации в месте соприкосновения сместившихся витков.
Поставленная задача решается за счет того, что дополнительно введен блок индикации повреждения, а реагирующий орган имеет два пороговых элемента, первый из которых при витковом замыкании формирует сигнал на отключение, а второй пороговый элемент с задержкой сигнала по времени формирует сигнал о смещении обмоток, при этом сигналы с пороговых элементов подаются на блок индикации, который информирует персонал о характере повреждения обмоток трансформатора.
Работа устройства защиты однофазного трансформатора от повреждения обмоток основана на измерении величины разности магнитных потоков рассеяния от двух абсолютно одинаковых обмоток однофазного трансформатора, расположенных на левом и правом стержнях сердечника трансформатора. Для этого измерительный преобразователь в виде катушки индуктивности помещают между ними на равном расстоянии. В результате в любом нормальном режиме работы трансформатора индуцированная в нем магнитными полями рассеяния этих обмоток электродвижущая сила будет равна нулю. Если в результате короткого замыкания за трансформатором одной из обмоток возникнет смещение витков, то в измерительном преобразователе появится электродвижущая сила, которая зависит от числа и величины смещения замкнувшихся витков. В связи с тем, что после смещения витков обмоток витковое замыкание из-за трения в месте их соприкосновения возникает не сразу, а в течение некоторого времени появляется возможность уменьшить порог срабатывания реагирующего элемента, а от броска тока намагничивания или короткого замыкания за трансформатором отстроится с помощью задержки сигнала о повреждении трансформатора.
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается числом и исполнением функциональных элементов. Эти функциональные элементы известны. Однако такое их число и исполнение проявляет в заявляемом техническом решении новые свойства, что приводит к расширению функциональных возможностей защиты за счет возможности предотвращения возникновения виткового замыкания из-за разрушения изоляции в месте соприкосновения сместившихся при эксплуатации трансформаторов.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства защиты однофазного трансформатора от повреждения обмоток, а на фиг. 2 показано взаимное размещение элементов конструкции трансформатора и измерительного преобразователя, а также пример смещения высоковольтной обмотки после короткого замыкания за трансформатором и расположения замкнувшихся витков. На фиг. 3 и фиг. 4 приведены схема соединения измерительного преобразователя и пороговых элементов, а также контактная реализация реагирующего органа и блока индикации.
ип
ип
ип,нб
Измерительный преобразователь 1 в виде катушки индуктивности расположен на равном расстоянии от одинаковых обмоток 2 и 3, расположенных на разных стержнях сердечника трансформатора 4. Таким образом, если трансформатор не поврежден, то по одинаковому числу витков в обмотках 2 и 3 будут протекать одинаковые токи, а индуктированная в измерительном преобразователе 1 электродвижущая сила Е будет равна нулю. Но из-за неточного изготовления обмоток 2 и 3, а также неточной установки измерительного преобразователя Е будет равна электродвижущей силе небаланса Е, которая в произвольном режиме пропорциональна токам в обмотках 2 и 3. Следует добавить, что замкнувшиеся 5 и смещенные витки 6 в обмотке 2 поврежденного трансформатора на фиг. 2 закрашены черным и серым цветами соответственно.
ип,пэ1
ип,пэ2
пер
Обмотка индукционного преобразователя 1 присоединена к входам первого 7 и второго 8 пороговых элементов, которые могут выполняться в виде реле с обмотками 9 и 10, а также контактами 11 и 12. Порог срабатывания этих реле устанавливается с помощью резисторов 13 и 14. Порог срабатывания первого порогового элемента выбирается таким, чтобы его реле не срабатывало от электродвижущей силы Е, возникающей при бросках тока намагничивания во время включения трансформатора в сеть и сверхтоков при трехфазном замыкании за трансформатором. Порог срабатывания второго порогового элемента должен быть таким, чтобы его реле не срабатывало от электродвижущей силы Е возникающей в любых эксплуатационных режимах, за исключением режима включения трансформатора в сеть и при трехфазном замыкании за трансформатором. Время задержки сигнала t в блоке 22 должно превышать время переходного процесса, возникающего при включении трансформатора в сеть и при трехфазном замыкании за трансформатором.
Формирование сигнала с первого 7 порогового элемента о наличии замкнувшихся 5 витков в обмотке 2 осуществляется с помощью промежуточного реле с обмоткой 15 и контактами 16, 17. С помощью контакта 16 промежуточное реле удерживается в сработанном состоянии, а с помощью контакта 17 подается сигнал на светодиод 18 блока индикации 19. Возврат промежуточного реле в исходное положение осуществляется с помощью кнопки 20. Ток в светодиоде 18 ограничивается резистором 21.
Формирование сигнала со второго 8 порогового элемента о наличии смещенных витков 6 в обмотке 2 осуществляется с помощью блока 22 задержки сигнала, выполненного в виде реле времени с обмоткой 23 и контактом 24, а также промежуточного реле с обмоткой 25 и контактом 26. Это промежуточное реле удерживается в сработанном состоянии контактом 26, а с помощью контакта 27 подает сигнал на светодиод 28 блока индикации 19. Возврат этого промежуточного реле в исходное положение осуществляется с помощью кнопки 29. Ток в светодиоде 28 ограничивается резистором 30.
ип,пэ1
В произвольном эксплуатационном режиме работы неповрежденного однофазного трансформатора электродвижущая сила измерительного преобразователя 1 меньше электродвижущей силы Е. Поэтому первый пороговый элемент 7 не срабатывает. Контакты 11 реле с обмоткой 9 остаются разомкнутыми и формирования сигнала о наличии замкнувшихся витков 5 не происходит.
пер
пер
Реле с обмоткой 10 второго порогового элемента 8 в этих режимах срабатывает только при бросках тока намагничивания или сверхтоках при трехфазном замыкании за трансформатором. При этом его контакты 12 запускают реле времени с обмоткой 23 и его контакты 24 замкнутся только через время t. Так как время переходного процесса меньше t, то контакты 24 реле с обмоткой 23 остаются разомкнутыми и формирование сигнала о наличии смещения витков 6 его происходит.
ип,пэ1
При возникновении замкнувшихся витков электродвижущая сила на выходе измерительного преобразователя резко возрастает и если ее величина превысит порог срабатывания Е, то реле с обмоткой 9 сработает, его контакты 11 замкнутся. Это вызывает срабатывание промежуточного реле с обмоткой 15 и замыкание контактов 16 и 17. При этом контакты 16 удерживают реле в сработанном состоянии даже после размыкания контактов 11 при отключении трансформатора от сети, а контакт 17 формирует сигнал на отключение трансформатора и в блок индикации 19. Светодиод 18 начинает светиться, сигнализируя о повреждении «витковое замыкание».
ип,пэ2
пер
При смещении витков, например, в обмотке 2 электродвижущая сила на выходе измерительного преобразователя также возрастает, и если ее величина превысит порог срабатывания Е, то реле с обмоткой 10 сработает, его контакты 12 замкнутся и вызовут срабатывание реле времени с обмоткой 23. Однако его контакты 24 замкнутся только через время t. Что дает возможность отстроить устройство защиты от срабатывания в режиме включения трансформатора в сеть. Замыкание контактов 24 вызывает срабатывание промежуточного реле с обмоткой 25 и замыкание контактов 26 и 27. При этом контакты 26 удерживает реле в сработанном состоянии даже после размыкания контактов 24 при отключении трансформатора от сети, а контакт 27 включает, например, звуковой сигнал и сигнал для блока индикации 19. Светодиод 28 начинает светиться, сигнализируя о повреждении «смещение витков».
Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в сокращении ущерба за счет своевременного отключения трансформатора от сети при возникновении витковых замыканий и смещений витков обмоток, которые приводят к возникновению витковых замыканий.