УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ОДНОФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ

Полезная модель относится к области электромеханики, а именно, к применению средств обработки информации в электромеханике, и может быть использована для оперативного контроля сопротивления короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора в рабочем режиме.
Известное устройство для контроля внутренних обмоток силовых трансформаторов [А.с. СССР №1221620, G01R 31/02, опубл. 30.03.1986. Бюл. №12], выбранное в качестве прототипа, содержит первый и второй трансформаторы напряжения, зажимы для подключения первичной и вторичной обмоток контролируемого трансформатора, трансформатор тока, первый и второй промежуточные трансформаторы, вольтметр, амперметр и частотомер, причем зажимы для подключения первичной и вторичной обмоток контролируемого силового трансформатора присоединены к первичным обмоткам первого и второго трансформаторов напряжения соответственно, вторичные обмотки которых присоединены к первичным обмоткам первого и второго промежуточных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены последовательно-встречно между собой и последовательно с вольтметром, на вторичной стороне контролируемого силового трансформатора установлен трансформатор тока, параллельно которому подключен амперметр, параллельно зажимам для подключения вторичной обмотки контролируемого силового трансформатора присоединен частотомер.
Недостатки известного устройства:
- наличие дополнительных промежуточных трансформаторов, что значительно усложняет монтаж устройства, увеличивает его габариты и стоимость;
- использование промежуточных трансформаторов может приводить к появлению дополнительных инструментальных погрешностей, вызванных потерями в данных трансформаторах;
- при несинусоидальных токах и напряжениях на результат расчетов будет оказывать влияние тип используемых измерительных приборов (вольтметров и амперметра), что может привести к росту суммарной инструментальной погрешности.
Задача предлагаемой полезной модели - создание устройства для оперативного контроля сопротивления короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора в рабочем режиме.
Поставленная задача решена за счет того, устройство для оперативного контроля сопротивления короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора в рабочем режиме, также как прототип, подключено к вторичным обмоткам первого и второго трансформаторов напряжения, первичные обмотки которых соединены с первичной и вторичной обмоткам контролируемого трансформатора, и к вторичной обмотке трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в цепь вторичной обмотки контролируемого трансформатора.
В отличие от прототипа, предлагаемое устройство содержит регистратор электрических сигналов, выходы которого последовательно соединены с входом блока расчета действующих значений тока вторичной обмотки и входами блока расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток. Выход блока расчета действующих значений тока вторичной обмотки связан с входом блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора. Один из выходов блока расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток соединен с входом блока приведения и третьим входом блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток. Другой выход блока расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток присоединен к входу блока расчета падения напряжения и четвертому входу блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток. Первый и второй входы блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток соединены с соответствующими выходами регистратора электрических сигналов. Выход блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной вторичной обмоток связан с одним из входов блока расчета падения напряжения. Выход блока приведения присоединен к входу блока расчета падения напряжения. Выход блока расчета падения напряжения соединен с входом блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора, другой вход которого подключен к выходу блока контроля изменения частоты. Вход блока контроля изменения частоты соединен с выходом устройства измерения частоты сети. Выход блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора связан с входом устройства сбора и передачи данных.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получать информацию о значениях сопротивления короткого замыкания трансформатора в рабочих режимах, как при синусоидальных, так и при несинусоидальных токах и напряжениях.
На фиг.1 - представлена аппаратная схема устройства для оперативного контроля сопротивления короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора в рабочем режиме.
Выходы регистратора электрических сигналов 1 (РЭС), подключенного через коммутатор к трансформаторам тока и напряжения схемы измерений двухобмоточного трансформатора (на фиг.1 не показаны) последовательно соединены с входом блока расчета действующих значений тока вторичной обмотки 2 (БРТ) и входами блока расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток 3 (БРН). Выход блока расчета действующих значений тока вторичной обмотки 2 (БРТ) связан с входом блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора 4 (БРС). Один из выходов блока расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток 3 (БРН) соединен с входом блока приведения 5 (БПр) и третьим входом блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ). Другой выход блока расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток 3 (БРН) присоединен к входу блока расчета падения напряжения 7 (БРПН) и четвертому входу блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ). Первый и второй входы блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ) соединены с соответствующими выходами регистратора электрических сигналов 1 (РЭС). Выход блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ) связан с одним из входов блока расчета падения напряжения 7 (БРПН). Выход блока приведения 5 (БПр) присоединен к входу блока расчета падения напряжения 7 (БРПН). Выход блока расчета падения напряжения 7 (БРПН) соединен с входом блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора 4 (БРС), другой вход которого подключен к выходу блока контроля изменения частоты 8 (БКЧ). Вход блока контроля изменения частоты 8 (БКЧ) соединен с выходом устройства измерения частоты сети, не входящим в состав устройства (на фиг.1 не показано). Выход блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора 4 (БРС) соединен с устройством сбора и передачи данных (на фиг.1 не показан).
В качестве регистратора электрических сигналов 1 (РЭС) может быть выбран цифровой регистратор электрических сигналов типа «Парма» или «Черный ящик». Блок расчета действующих значений тока вторичной обмотки 2 (БРТ), блок расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток 3 (БРН), блок расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора 4 (БРС), блок приведения 5 (БПр), блок расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ), блок расчета падения напряжения 7 (БРПН) и блок контроля изменения частоты 8 (БКЧ) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя Atmel AT89S8253.
В рабочем режиме трансформатора, когда его первичную обмотку подключают к источнику переменного напряжения с известной частотой, измеряемой с помощью устройства измерения частоты, а к вторичной обмотке подключают нагрузку, при помощи регистратора электрических сигналов 1 (РЭС) в рабочем режиме для одних и тех же моментов времени регистрируют массивы мгновенных значений напряжений на входе и выходе трансформатора и тока во вторичной обмотке трансформатора с некоторой дискретностью по времени Δt, соответствующей числу отсчетов на периоде N.
С выхода регистратора электрических сигналов 1 (РЭС) массив мгновенных значений тока вторичной обмотки  поступает на вход блока расчета действующих значений тока вторичной обмотки 2 (БРТ), в котором по массиву мгновенных значений тока определяют действующее значение тока вторичной обмотки
,
где N - число отсчетов мгновенных значений на периоде тока;
2
С выхода блока расчета действующих значений тока вторичной обмотки 2 (БРТ) действующее значение тока вторичной обмотки I поступает на вход блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора 4 (БРС).
Одновременно с этим с другого выхода аналого-цифрового преобразователя регистратора электрических сигналов 1 (РЭС) массив мгновенных значений напряжения первичной обмотки  поступает на один из входов блока расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток 3 (БРН) и первый вход блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ), а массив мгновенных значений напряжения вторичной обмотки  с соответствующего выхода регистратора электрических сигналов 1 (РЭС) поступает на другой вход блока расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток 3 (БРН) и на второй вход блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ).
Затем в блоке расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток 3 (БРН) по массивам мгновенных значений напряжений первичной и вторичной обмоток ,  определяют:
- действующее значение напряжения первичной обмотки:
,
где N - число отсчетов мгновенных значений на периоде напряжения;
- действующее значение напряжения вторичной обмотки:
1
2
С выходов блока расчета действующих значений напряжений первичной и вторичной обмоток 3 (БРН) действующее значение напряжения первичной обмотки U поступает на вход блока приведения 5 (БПр) и третий вход блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ), а действующее значение напряжения вторичной обмотки U поступает на вход блока расчета падения напряжения 7 (БРПН) и на четвертый вход блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ).
m
Одновременно с этим с выхода устройства измерения частоты сети на вход блока контроля изменения частоты 8 (БКЧ) поступает информация о значении частоты сети f, измеренной в период регистрации массивов мгновенных значений токов и напряжений , , .
nom
В блоке контроля изменения частоты 8 (БКЧ) определяют отношение измеренной частоты сети к номинальному значению частоты f:
.
p.u.
С выхода блока контроля изменения частоты 8 (БКЧ) значение величины отношения измеренной частоты сети к номинальному значению частоты f' поступает на один из входов блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора 4 (БРС).
1
2
Далее в блоке расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ) по массивам мгновенных значений напряжений первичной и вторичной обмоток ,  и действующим значениям напряжений первичной и вторичной обмоток U, U определяют величину угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток трансформатора:
U1 U2
С выхода блока расчета угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток 6 (БРФ) значение угла сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток трансформатора φ поступает на соответствующий вход блока расчета падения напряжения 7 (БРПН).
ПР
Одновременно с этим в блоке приведения 5 (БПр) действующее значение напряжения первичной обмотки приводят к вторичной цепи с помощью коэффициента приведения К, принимаемого равным коэффициенту трансформации из технического паспорта трансформатора или протокола испытаний трансформатора
1
ПР
1
U'=K·U
1
С выхода блока приведения 5 (БПр) приведенное значение действующего напряжения первичной обмотки U' поступает на вход блока расчета падения напряжения 7 (БРПН).
2
1
U1 U2
Далее по величинам действующего значения напряжения вторичной обмотки U, приведенного действующего значения напряжения первичной обмотки U' и углу сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток φ в блоке расчета падения напряжения 7 (БРПН) определяют действующее значение суммарного падения напряжения на первичной и вторичной обмотках
.
12
С выхода блока расчета падения напряжения 7 (БРПН) действующее значение суммарного падения напряжения на первичной и вторичной обмотках ΔU поступает на вход блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора 4 (БРС).
2
p.u.
12
Затем в блоке расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора 4 (БРС) по ранее определенной величине действующего значения тока вторичной обмотки I, величине отношения измеренной частоты сети к номинальному значению частоты f'и действующему значению суммарного падения напряжения на первичной и вторичной обмотках ΔU определяют величину сопротивления короткого замыкания трансформатора
K
В качестве окончательного результата на выходе блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора 4 (БРС) получают значение сопротивления короткого замыкания Z однофазного двухобмоточного трансформатора.
K
С выхода блока расчета сопротивления короткого замыкания трансформатора 4 (БРС) данные о величине сопротивления короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора Z поступают на вход устройства сбора и передачи данных.
Определение величины короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора в рабочем режиме через определенные интервалы времени, задаваемые оператором, позволяет осуществлять оперативный контроль сопротивления короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора и фиксировать динамику его изменения во времени, что в свою очередь может служить источником информации об изменении технического состояния контролируемого однофазного двухобмоточного трансформатора.