УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКАХ
SINGLE-PHASE TRANSFORMER WINDING FAILURE PROTECTOR

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты трансформаторов от замыканий в обмотках.
Известно техническое решение устройства для защиты однофазного трансформатора от замыканий в обмотках [А.С. СССР №866639, кл. Н02Н 7/04, от 23.09.1981, бюл. №35], содержащее измерительный преобразователь и реагирующий орган.
Измерительный преобразователь этого устройства защиты содержит по две измерительные катушки на каждый стержень сердечника трансформатора, что снижает надежность устройства защиты трансформатора. Кроме того, такое устройство защиты трансформатора имеет зону нечувствительности в середине обмоток трансформатора.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для защиты однофазного трансформатора от замыканий в обмотках [Патент KZ №19884, кл. Н02Н 7/04 от 15.08.2008, бюл. №9], содержащее измерительный преобразователь и реагирующий орган.
Однако преобразователь и этого устройства защиты содержит две измерительные катушки, которые размещаются на плоскости, перпендикулярной стержням сердечника трансформатора и проходящей через их середину. Такое расположение измерительных также катушек снижает надежность устройства защиты трансформатора. Кроме того, чувствительность этого устройства защиты трансформатора недостаточна из-за сложности обеспечения точности изготовления и установки этих измерительных катушек, а также элементов конструкции.трансформатора.
Задачей изобретения является  повышение надежности и чувствительности устройства защиты однофазного трансформатора от замыканий в обмотках.
Поставленная задача решается за счет того, что измерительный преобразователь выполнен в виде одной катушки индуктивности, которую размещают на равном расстоянии от каждого из стержней сердечника трансформатора так, чтобы ее продольная ось была параллельна стержням этого сердечника.
Работа устройства защиты однофазного трансформатора от замыканий в обмотках основана на измерении величины разности магнитных потоков рассеяния двух одинаковых катушек с несколькими обмотками на разных стержнях сердечника однофазного трансформатора. Каждая такая катушка имеет обмотку высокого и низкого напряжения.
Число витков в обмотках этих катушек и токи в них одинаковы во всех эксплуатационных режимах работы. Катушка индуктивности измерительного преобразователя располагается на равном удалении от катушек на разных стержнях сердечника однофазного трансформатора. Поэтому индуцированная в измерительном преобразователе электродвижущая сила магнитными полями рассеяния этих катушек однофазного трансформатора будет равна нулю. Витковое или иное замыкание в одной из катушек однофазного трансформатора или ее замыкание на землю сопровождается резким изменением ее магнитного поля рассеяния. Поэтому электродвижущая сила в измерительном преобразователе не будет равна нулю.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного числом измерительных катушек и местом их расположения.
Сравнение заявляемого технического решения с известным техническим решением показывает, что измерительные преобразователи, например в виде катушек, известны. Однако указанное число и размещение таких измерительных катушек проявляет в заявляемом техническом решении новые свойства, что приводит к повышению надежности и чувствительности устройства защиты однофазного трансформатора от коротких замыканий в обмотках.
На фиг. 1 приведены конструкция однофазного трансформатора и схема размещения измерительного преобразователя, а на фиг. 2 - кривая зависимости величины электродвижущей силы Е в измерительном преобразователе от места положения поврежденного витка на стержне сердечника трансформатора.
Измерительный преобразователь 1 в виде катушки индуктивности размещается на равном расстоянии от каждого из стержней 2, 3 сердечника трансформатора. При этом его продольная ось 4 располагается параллельно стержням 2 и 3. На стержнях 2 и 3 сердечника трансформатора размещены первичная 5 и 6 и вторичная 7 и 8 обмотки. Поврежденные витки 9 находятся в обмотке 8. Их положение на стержне определяется координатой Y.
В произвольном эксплуатационном режиме работы трансформатора по одинаковому числу витков в обмотках 7, 8 и 9, 10 протекают одинаковые токи. Поэтому электродвижущая сила Е в измерительном преобразователе 1, размещенном на равном расстоянии от каждого из стержней 2 и 3 сердечника от магнитных полей рассеяния обмоток 5, 6 и 7, 8, будет равна нулю.
При витковом замыкании, например в обмотке 8, появятся короткозамкнутые витки 9. Ток в этих витках значительно отличается от тока в остальной части обмотки 8, что приведет к изменению распределения магнитного поля рассеяния поврежденной обмотки. В результате электродвижущая сила E, индуцируемая в измерительном преобразователе, будет не равна нулю. Причем ее величина будет зависеть как от числа замкнувшихся витков, так и от места их расположения на стержне сердечника трансформатора, а также от расположения измерительного преобразователя. Зависимость величины электродвижущей силы места их расположения на стержне сердечника трансформатора показана на фиг. 2. При появлении на выходе измерительного преобразователя электродвижущей силы реагирующий орган защиты сформирует сигнал на отключение трансформатора от сети и выведет его из эксплуатации.
При замыкании на землю первичной или вторичной обмотки по ней дополнительно начинают протекать токи однофазного замыкания на землю, что приведет к значительному изменению распределение магнитного поля рассеяния поврежденной обмотки. В результате индуцируемая в измерительном преобразователе электродвижущая сила Е будет отлична от нуля. Поэтому реагирующий орган защиты сформирует сигнал на отключение трансформатора от сети и выведет его из эксплуатации.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в своевременном определении замыкания в обмотках трансформатора и отключении его от сети, а следовательно, в сокращении времени и стоимости послеаварийного ремонта.