УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ОБРЫВОВ ВТОРИЧНЫХ ЦЕПЕЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА В ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЯХ
DEVICE FOR PROTECTION AGAINST BREAKS OF SECONDARY CIRCUITS OF CURRENT TRANSFORMERS IN THREE-PHASE NETWORKS

Изобретение относится к области релейной защиты и измерений токов элементов электроснабжения и может быть использована в тех случаях, когда в трехфазных силовых цепях переменного тока к одному комплекту вторичных обмоток трансформаторов тока, соединенным в полную звезду, подключены измерительные приборы, а ко второму комплекту вторичных обмоток трансформаторов тока, соединенных также в полную звезду, подключены цепи релейной защиты. Обрыв вторичной цепи трансформаторов тока, в том числе и внутри обмотки, приводит к перегреву магнитопровода трансформатора тока с последующим разрушением магнитопровода, обмоток и выходу трансформатора тока из строя.
Известно устройство для контроля целости вторичных цепей трансформаторов тока в трехфазных сетях с нулевым проводом [1], содержащее установленные в трех фазных силовых проводах трансформаторы тока, одни выводы вторичных обмоток которых соединены в звезду, а ко вторым выводам вторичных обмоток подключены нагрузки, соединенные в звезду, которая соединена со звездой вторичных обмоток трансформаторов тока нулевым проводом вторичной цепи, в рассечку которого включена первая обмотка реагирующего органа, а встречно с первой обмоткой включена вторая обмотка реагирующего органа, подключенная ко вторичной цепи дополнительного трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в рассечку нулевого провода силовой сети, причем выход реагирующего органа через элемент выдержки времени соединен с исполнительным органом.
Недостатком этого устройства является отсутствие контроля целости вторичных цепей трансформаторов тока.
Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является устройство для контроля целости вторичных цепей трансформаторов тока в трехфазных сетях с изолированной нейтралью [2], содержащем в двух фазах по одному трансформатору тока с двумя вторичными обмотками, концы первых вторичных обмоток трансформаторов тока соединены в первую неполную звезду, а к началам первых вторичных обмоток подключены токовые цепи измерительных приборов, выходы которых соединены также в неполную звезду, соединенную с первой неполной звездой первым обратным проводом, и концы вторых вторичных обмоток трансформаторов тока соединены во вторую неполную звезду, а к началам вторых вторичных обмоток подключены токовые цепи приборов релейной защиты, выходы которых соединены также в неполную звезду, соединенную со второй неполной звездой вторым обратным проводом, причем в рассечку первого обратного провода включена первая обмотка двухобмоточного реагирующего органа, а в рассечку второго обратного провода включена встречно с первой обмоткой вторая обмотка двухобмоточного реагирующего органа, причем выход двухобмоточного реагирующего органа через выдержку времени соединен с исполнительным органом.
Недостатком этого устройства является невозможность контроля целости вторичных обмоток трансформаторов тока, установленных в трех фазах.
В предлагаемом устройстве для контроля целости вторичных цепей в трехфазных сетях, содержащем в первой фазе силовой сети первый трансформатор тока с первой и второй вторичными обмотками, во второй фазе второй трансформатор тока с третьей и четвертой вторичными обмотками, концы первой и третьей вторичных обмоток, соединены между собой в первом узле, а к началам первой и третьей вторичных обмоток подключены токовые обмотки двух измерительных приборов, выходы которых соединены также между собой во втором узле, связанным с первым узлом первым проводом, концы второй и четвертой вторичных обмоток трансформаторов тока соединены между собой в третий узел, а к началам второй и четвертой вторичных обмоток подключены токовые цепи релейных защит, выходы которых соединены между собой в четвертый узел и с третьим узлом вторым проводом, причем в рассечку первого провода включена первая обмотка двухобмоточного реагирующего органа, а в рассечку второго провода включена встречно с первой обмоткой вторая обмотка двухобмоточного реагирующего органа, причем выход двухобмоточного реагирующего органа через выдержку времени соединен с исполнительным органом, причем в рассечку третьей фазы силовой сети включена первичная обмотка третьего трансформатора тока с пятой и шестой вторичными обмотками, конец пятой вторичной обмотки соединен с первым узлом, а начало пятой вторичной обмотки третьего трансформатора тока соединено через токовую обмотку введенного третьего измерительного прибора со вторым узлом, при этом конец шестой вторичной обмотки связан с третьим узлом, а начало шестой вторичной обмотки третьего трансформатора тока соединено через введенную токовую защиту с четвертым узлом.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства.
От распределительного устройства 1 потребители 2 получают питание через трансформаторы тока 3, 4, 5 по трем фазным проводам 6, 7, 8. Трансформатор тока 3 включен в рассечку первого силового фазного провода 6, имеет первичную обмотку 9 и две вторичных обмотки 10 и 11. Трансформатор тока 4 включен в рассечку второго силового фазного провода 7, имеет первичную обмотку 12 и две вторичных обмотки 13 и 14. Трансформатор тока 5 включен в рассечку третьего силового фазного провода 8, имеет первичную обмотку 15 и две вторичных обмотки 16 и 17.
Концы первого комплекта вторичных обмоток 10, 14, 16 соединяются в звезду в первом узле 17, а к началам вторичных обмоток (обозначены звездочками) 10, 14, 16 трансформаторов тока подключены входы токовых обмоток измерительных приборов 18, 19, 20. Выходы токовых обмоток измерительных приборов 18, 19, 20 соединены в звезду во втором узле 21. Звезда выходов измерительных приборов 18, 19, 20 - узел 21 соединен с концом первой токовой обмотки 27 двухобмоточного токового реле 29, а начало (обозначено звездочкой) первой токовой обмотки 27 соединено первым нулевым проводом 30 со звездой концов первого комплекта вторичных обмоток 10, 14, 16 трансформаторов тока - узлом 17.
Концы второго комплекта вторичных обмоток 11, 13, 17 соединены в звезду в третьем узле 22, а к началам вторичных обмоток (обозначены звездочками) 11, 13, 17 трансформаторов тока подключены входы токовых реле 23, 24, 25. Выходы токовых реле 23, 24, 25 соединены в звезду в четвертом узле 26. Звезда на выходе токовых реле 23, 24, 25 - узел 26 соединен с началом второй токовой обмотки 28 двухобмоточного токового реле 29, а конец второй токовой обмотки 28 соединен вторым проводом 31 со звездой концов второго комплекта вторичных обмоток 11, 13, 17 трансформаторов тока - узлом 22.
Последовательно с контактами двухобмоточного реле 29 через выдержку времени 32 включен исполнительный орган 33.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В симметричном трехфазном режиме (фиг. 2) работы потребителей 2 векторы первичных токов 3.1, 4.1, 5.1 трансформаторов тока 3, 4, 5 равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на 120°, в геометрической сумме равны нулю. Соответственно геометрическая сумма вторичных токов 3.2, 4.2, 5.2 равна нулю, и в нулевом проводе 30 ток 0.1 (фиг. 1) равен нулю, и ток через обмотку 27 двухобмоточного реле 29 ток не протекает. Геометрическая сумма вторичных токов 3.3, 4.3, 5.3 равна нулю, и в нулевом проводе 31 ток 0.2 (фиг. 1) равен нулю, и ток через обмотку 28 двухобмоточного реле 29 ток не протекает. При отсутствии токов в обмотках 27 и 28 двухобмоточное реле 29 не срабатывает, и исполнительный орган 33 не подает сигналов.
В несимметричном трехфазном режиме работы потребителей 2 векторы токов 3.1, 4.1, 5.1 в силовых фазных проводах 6, 7, 8 будут различны по величине и по направлению, что приведет к протеканию токов 0.1 и 0.2 во вторичных нулевых проводах 30 и 31 ив обмотках 27 и 28 двухобмоточного токового реле 29.
4.2
3.2
5.2
3.2
5.2
4.2
0.1
3.3
5.3
4.3
0.2
-0.1
Несимметричные режимы работы устройства рассмотрим по векторным диаграммам на фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5. На фиг. 3 представлена векторная диаграмма несимметричных первичных токов 3.1, 4.1, 5.1 нагрузки потребителей 2. Ток в средней фазе 4.1 меньше по величине токов в крайних фазах 3.1 и 5.1. При этом во вторичных цепях вектор тока во второй фазе  по величине меньше токов первой фазе  и в третьей фазе . Геометрическая сумма векторов вторичных токов ++= протекает от конца к началу обмотки 27 двухобмоточного реле 29 и по нулевому проводу 30 к узлу 17. Геометрическая сумма векторов вторичных токов ++= протекает от начала к концу обмотки 28 двухобмоточного реле 29 и по нулевому проводу 31 к узлу 22. В обмотках 27 и 28 двухобмоточного реле 29 токи направлены встречно, поэтому вектор тока  изображаем с минусом. Геометрическая сумма токов в магнитопроводе реле 29 равна нулю, поэтому реле 29 не срабатывает и его контакт 29 не замыкается.
4.2
4.2
5.2
3.2
0,1
0.1
0.1
0.2
На фиг. 4 представлена такая же, как на фиг. 3, векторная диаграмма несимметричных первичных токов 3.1, 4.1, 5.1 нагрузки потребителей 2. В случае разрыва вторичной цепи, например, питающейся от вторичной обмотки 14 трансформатора тока 4 в точке 35 на векторной диаграмме фиг. 4 вектор вторичного тока  отсутствует, =0. Тогда в узле 21 будут суммироваться два вектора тока +=. Суммарный вектор тока  направлен от конца к началу в обмотке 27 двухобмоточного реле 29, а в обмотке 28 будет протекать вектор тока 0.2, но вектор тока 0.1 направлен от конца к началу обмотки, поэтому при суммировании записываем его с минусом, и через обмотки реле 29 протекают два тока одного направления - +. От их действия реле 29 замкнет свои контакты и через выдержку времени 32 запускает исполнительный орган, который подает звуковой или световой сигнал обслуживающему персоналу о неисправности вторичных цепей трансформаторов тока. Аналогично поведет себя схема при разрыве вторичных цепей, питающихся от обмоток 10, 16, 11, 13, 17.
На фиг. 5 представлена такая же, как на фиг. 3, векторная диаграмма несимметричных первичных токов 3.1, 4.1, 5.1 нагрузки потребителей 2. В случае разрыва нулевого провода 30 вторичной цепи в точке 34 ток в обмотке 27 двухобмоточного реле 29 отсутствует, а по обмотке 28 будет протекать ток 0.2. От этого тока реле сработает, его контакт 29 замкнется и через выдержку времени 32 запустится исполнительный орган 33. Аналогично поведет себя схема при разрыве нулевого провода 31, тогда ток 0.2 будет отсутствовать а через обмотку 27 будет протекать ток 0.1, от которого двухобмоточное реле 29 замкнет свои контакты и через выдержку времени 32 запустит исполнительный орган 33, который подает звуковой или световой сигнал обслуживающему персоналу о неисправности вторичных цепей трансформаторов тока.
Таким образом установка двухобмоточного реле в рассечку нулевых проводов вторичных цепей обеспечивает контроль целости вторичных цепей установленных в трех фазах силовой сети трансформаторов тока с двумя вторичными обмотками,
Источники информации
1. Патент на полезную модель №156887 МПК Н02Н 5/10. «Устройство для контроля целости вторичных цепей трансформаторов тока в трехфазных сетях с нулевым проводом». Заявка №2015106478. Опубликовано 20.11.2015. Бюллетень №32.
2. Патент на изобретение №2684274 МПК Н02Н 5/10. «Устройство для контроля целости вторичных цепей трансформаторов тока в трехфазных сетях с изолированной нейтралью». Заявка №2018114340. Опубликовано 05.04.2019. Бюллетень №10.