Дифференциальный трансформатор тока

Изобретение относится к области электротехники, в частности к дифференциальным трансформаторам тока. Технический результат заключается в снижении небаланса. Дифференциальный трансформатор тока содержит замкнутый тороидальный магнитопровод с равномерно намотанной вторичной обмоткой, первичными фазными расщепленными проводниками, пропущенными в его окно и расщепленными на нечетное число параллельно соединенных проводников К=3, 5, 7..., которые равномерно распределены по внутренней окружности замкнутого тороидального магнитопровода при сохранении очередности фаз. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к дифференциальным трансформаторам тока.

Известные дифференциальные трансформаторы тока (ДТТ) применяются в основном в устройствах защитного отключения (УЗО) в качестве датчиков сигнала (ЭДС или тока), поступающего со вторичной обмотки на чувствительный полупроводниковый блок при касании человека или животного к первичному проводнику с током или при появлении тока утечки на землю (А.П.Бодин, Ф.И.Московкин Электрооборудование для сельского хозяйства. М.: Россельхозиздат, 1981). При этом ДТТ содержит тороидальный магнитопровод квадратного сечения с равномерно намотанной вторичной обмоткой и первичными токоведущими проводниками, пропущенными в окно тороида.

Существенным недостатком существующих ДТТ является то, что они содержат небаланс. Исходя из требований обеспечения надежной электробезопасности, необходимо иметь уставку на срабатывание УЗО не более 10 миллиампер при любом рабочем токе электроустановки. В существующих УЗО установлены уставки на срабатывание 30, 100, 300 и более миллиампер. Уменьшить ток срабатывания (повысить чувствительность) УЗО не позволяет наличие небаланса в ДТТ.

В конструкциях существующих ДТТ сечение магнитопровода выполнено в форме квадрата. Такое сечение не является оптимальным для выделения полезного сигнала со вторичной обмотки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению, принятому за прототип, является трансформатор тока нулевой последовательности (А.С. СССР №456335, опубл. 05.01.1975). В прототипе с целью снижения небаланса в ДТТ проводники каждой фазы первичной обмотки расщеплены на число проводников не менее двух и расщепленные проводники каждой из фаз расположены диаметрально противоположно в окне магнитопровода. В прототипе расщепление первичных проводников осуществляется на четное число раз (К=2, 4, 6...) и не дает максимального снижения небаланса.

Анализ эксплуатации УЗО показал, что в момент запуска электродвигателя в случае неблагоприятной фазы включения питающего напряжения наблюдается ложное срабатывание УЗО. Это связано с тем, что в случае неблагоприятной фазы включения по первичным фазным проводникам ДТТ протекает апериодическая составляющая тока, превосходящая в несколько раз амплитуду пускового тока электродвигателя.

Эта апериодическая составляющая порождает результирующий поток рассеяния в окне магнитопровода. Поток рассеяния создает ЭДС (ток) во вторичной обмотке ДТТ, достаточную для запуска электронной схемы, вызывая ложное срабатывание УЗО. Чтобы избежать ложного срабатывания, эксплуатационникам приходится разрабатывать специальные схемы включения ограничительных сопротивлений в первичной цепи электроустановки с двигательной нагрузкой для каждого электродвигателя; что является нежелательным как с точки зрения усложнения схемы запуска электродвигателя, так и стоимости всей установки.

В заявляемом ДТТ технический результат по снижению небаланса достигается путем расщепления каждого фазного проводника на K=2, 3, 4, 5... число проводников. При этом расщепленные части фазных проводников распределены равномерно по внутренней окружности тороида с сохранением очередности фаз А, В, С в трехфазном ДТТ и фаза, нуль - в однофазном ДТТ. В каждой из фаз расщепленные части соединены параллельно. Угол (α) между осями расщепленных частей первичных проводников составляет

где: К=2, 3, 4, 5... число расщеплений, n=2 для однофазного ДТТ, n=3 для трехфазного.

На фиг.1 показано расщепление первичных токоведущих проводников на К=2 число частей для однофазного ДТТ. Фазный проводник 1 с линейным зажимом Л1 расщеплен на две части (два проводника) 1I и 1II. Эти два проводника соединены параллельно между собой и пропущены в окно тороида С. Аналогично расщепленные части 2I и 2II для нулевого провода 2 с линейным зажимом Л2 также соединены параллельно и пропущены в окно тороида С. Zн - сопротивление нагрузки. На фиг.4а показано расщепление первичных токоведущих проводников для однофазного ДТТ на К=3 число частей. Расщепленные части первичного фазного и нулевого проходов распределены равномерно по внутренней окружности тороида при сохранении очередности: расщепленная часть фазного проводника, затем расщепленная часть нулевого проводника, фазного и т.д. Между каждой расщепленной частью фазного и нулевого проводников образуется угол в 60°. В каждом из расщепленных частей проводников показано направление переменного тока для момента времени, когда в фазном проводнике ток течет от нас перпендикулярно плоскости и обозначен (х), а в нулевом - к нам и обозначен (•). Соответственно показано направление потоков рассеяния для расщепленных частей фазного проводника , , , а для нулевого - , , .

На фиг.4б показано расщепление на К=3 число частей для трехфазного ДТТ. Расщепленные части, как и в однофазном ДТТ, распределены равномерно по внутренней окружности тороида при сохранении очередности фаз А, В, С. В каждом из расщепленных частей фазных проводников показано направление переменного тока для момента времени в соответствии с векторной диаграммой на фиг.4в и потоки рассеяния , , для расщепленных частей проводника фазы А; , , для расщепленных частей проводника фазы В; , , для расщепленных частей проводника фазы С.

Все расщепленные части в каждой из фаз А, В, С соединены параллельно в каждой фазе.

Технический результат по снижению небаланса в однофазном ДТТ подтвержден экспериментом. Так, при расщеплении на К=3 уменьшилась ЭДС небаланса в 18 раз по сравнению с ДТТ с нерасщепленными первичными проводниками.

Технический результат по увеличению полезного сигнала, снимаемого с зажимов вторичной обмотки ДТТ, в заявляемом изобретении достигается тем, что изменена форма сечения тороидального магнитопровода. Предлагается заменить квадратное сечение магнитопровода прямоугольным, вытянутым, вдоль оси тороида с отношением сторон не менее двух. На фиг.2а показано сечение существующего (квадратное) магнитопровода ДТТ, а на фиг.2б - предлагаемого (прямоугольного) вытянутого вдоль оси тороида. Предполагается, что величины сечений квадратного и прямоугольного одинаковы. Упрощено каждый виток вторичной обмотки ДТТ можно представить как периметр, состоящий из двух частей: активной и пассивной. Активная часть витка Iак участвует в наведении ЭДС полезного сигнала в результате того, что охвачена магнитным потоком первичного проводника с током. Пассивная же часть - служит лишь для создания электрической цепи. Отсюда следует, что для увеличения полезного сигнала (ЭДС, тока), поступающего с зажимов вторичной обмотки ДТТ на электронную схему УЗО при одной и той же величине сечения, необходимо увеличивать активную часть витка (Iак) вторичной обмотки. При одной и ток же величине сечения магнитопровода ДТТ это достигается тем, что взамен квадратного выполняется прямоугольное сечение, вытянутое вдоль оси тороида с отношением осевой стороны к радиальной не менее двух. На фиг.3 приведены основные расчетные зависимости для пермаллоевого тороидального сердечника сечением 2,07 см2. Из расчетных зависимостей на фиг.3 следует, что в интервале 3≥в/а≥2 при незначительном увеличении длины пассивной части витка заметно увеличивается активная часть витка.

1. Дифференциальный трансформатор тока, содержащий замкнутый тороидальный магнитопровод с равномерно намотанной вторичной обмоткой, первичными фазными расщепленными проводниками, пропущенными в его окно, отличающийся тем, что первичные фазные проводники расщеплены на нечетное число параллельно соединенных проводников К=3, 5, 7..., равномерно распределенных по внутренней окружности замкнутого тороидального магнитопровода при сохранении очередности фаз.

2. Дифференциальный трансформатор тока по п.1, отличающийся тем, что сечение замкнутого тороидального магнитопровода выполнено вытянутым вдоль его оси и прямоугольным с соотношением сторон b и а в интервале 3≥b/a≥2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрификации сельского хозяйства, в частности для обеспечения электробезопасности людей и животных.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании измерительных трансформаторов тока. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании измерительных транформаторов тока высоких и сверхвысоких напряжений с изоляционным заполнением.

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерению переменных токов в электроэнергетике. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля токов утечки при разрушении изоляции электроустановок, а также в составе устройств защитного отключения, используемых в промышленности и сельском хозяйстве.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции измерительного трансформатора тока высоких и сверхвысоких напряжений с изоляционным заполнением.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным трансформаторам тока высоких и сверхвысоких напряжений с газовой изоляцией, например SF6 или смесью на основе SF6.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к схемам защиты электрических линий, машин и приборов, в частности к схемам защиты, реагирующим на разность токов

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям входного тока. Технический результат состоит в повышении эффективности за счет предотвращения ошибок монтажа проводки. Входной преобразователь (13) тока преобразует входной ток, принимаемый через клеммную панель (11), в предварительно определенный аналоговый сигнал посредством электрической изоляции входного тока посредством трансформатора (14) и преобразует аналоговый сигнал, полученный посредством трансформатора (14), в цифровой сигнал посредством схемы (18) аналого-цифрового преобразования. Клеммная панель (11) преобразователя входного тока и конец обмотки первичной стороны трансформатора (14) подключены посредством первой металлической пластины и второй металлической пластины, которые имеют цельные формы. Первая металлическая пластина, имеющая цельную форму, имеет конец, присоединенный к клеммной панели (11), и другой конец, присоединенный к концу обмотки первичной стороны трансформатора (14). Вторая металлическая пластина, имеющая цельную форму, имеет конец, присоединенный к клеммной панели (11), и другой конец, присоединенный к другому концу обмотки первичной стороны трансформатора (14), и соединяет клеммную панель (11) и другой конец обмотки первичной стороны трансформатора (14). 4 з.п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах релейной защиты, измерения и противоаварийной автоматики. Технический результат состоит в снижении погрешности восстановления первичного тока в переходных режимах, устойчивости восстановления первичного тока и увеличении быстродействия. Способ компенсации погрешности трансформатора тока (ТТ) включает предварительное определение индуктивности рассеяния вторичной обмотки, потери на гистерезис и вихревые токи трансформатора тока, на основании чего рассчитывают сопротивление потерь. Подключают трансформатор тока в первичную цепь энергосистемы. Во вторичную цепь трансформатора тока подключают преобразователь «ток-напряжение». На выход преобразователя подключают аналого-цифровой преобразователь, который с заданным интервалом времени измеряет мгновенные значения напряжения, пропорционального вторичному току ТТ, и формирует цифровой код, соответствующий мгновенному значению вторичного тока трансформатора тока. Мгновенные значения производной потокосцепления определяют путем вычисления первого и последующих приближений производной потокосцепления между первичной и вторичной обмотками по формуле. После чего проводят операцию интегрирования и расчета первого приближения мгновенного значения потокосцепления, определяют по кривой намагничивания новое значение тока намагничивания трансформатора тока, определяют разницу между новым значением тока и принятым. 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в качестве реагирующей на разность токов схемы защиты электрических линий, машин, приборов и может быть использовано для обеспечения электробезопасности судовых и корабельных электроэнергетических систем. Техническим результатом является то, что заявленное устройство расширяет арсенал технических средств, используемых в электротехнике для решения поставленной технической задачи. Устройство содержит три идентичные группы катушек токопроводов для питающей и отходящих линий, по числу фаз в трехфазной электроэнергетической системе. Его отличием от уровня техники является выполнение тороидов в форме полой трубки. В каждой группе катушек часть единого обмоточного провода помещена внутри соответствующего тороида вдоль осевой линии катушки и повторяет кольцевую форму тороида. При этом начало обмоточного провода, помещенного внутри тороида и повторяющего его кольцевую форму, соединено с концом последней секционной обмотки, а конец обмоточного провода на выходе его из тороида соединен со второй клеммой катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока. Указанная конструкция устройства позволяет уменьшить в два раза количество всего обмоточного провода, используемого для изготовления секционных обмоток, что приводит к улучшению геометрических, конструкционно-технологических и массогабаритных показателей устройства, удешевляет и облегчает его изготовление при сохранении основных существенных функциональных возможностей измерительного устройства дифференциальной токовой защиты шин. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных средствах релейной защиты, противоаварийного управления энергосистем, измерения, регистрации аварийных событий и диагностики состояния оборудования. Технический результат состоит в снижении погрешности фильтрации тока намагничивания и в воспроизведении вторичного тока в переходных и установившихся режимах трансформатора, повышении устойчивости и расширении линейного диапазона оценивания параметров как самого трансформатора, так и последовательно включенных с ним элементов. Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения вторичного тока трансформатора включает составление системы нелинейных уравнений, отражающих реальные электромагнитные физические процессы в трансформаторе, выбор первичных и вторичных измерительных преобразователей для подключения к энергосистеме, а также аналоговых и цифровых элементов для организации вычислительного процесса, выбор метода для решения системы уравнений в реальном времени с использованием замкнутой следящей системы, на выходе которой формируют напряжения, пропорциональные току намагничивания и воспроизводимому вторичному току в аналоговом либо цифровом виде, дополнительно управляют вычислительным процессом, контролируя ошибку слежения. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, предназначено для измерения тока в переходных и установившихся режимах электроэнергетических систем и может быть использовано в релейной защите. Технический результат заключается в снижении погрешности восстановления приведенного первичного тока трансформатора тока в переходном режиме, облегчении устойчивости решения задачи восстановления приведенного первичного тока и обеспечении возможности восстановления приведенного первичного тока трансформатора тока в реальном времени. Способ восстановления приведенного первичного тока трансформатора тока в переходном режиме заключается в том, что вторичный ток трансформатора тока преобразуют в пропорциональное ему напряжение в реальном времени в аналоговой форме, которое затем преобразуется в цифровой код, который подают на вход блока расчета параметров тока к.з. Затем вновь преобразуют в аналоговый сигнал, который подают на вход усилителя мощности, выход которого и является выходом. Напряжение в реальном времени в аналоговой форме подают на входы блоков постоянного запаздывания, количество которых на единицу меньше числа параметров тока короткого замыкания. Затем на входы аналого-цифровых преобразователей, сигнал с которых подан на входы блока расчета параметров тока к.з., из значений сигналов на входах блока расчета параметров тока к.з. формируют вектор результатов измерений вторичного тока в различные моменты времени, отстоящие друг от друга на величину шага дискретизации (Δt), который подставляют в систему уравнений в качестве правой части этой системы, описывающей переходной процесс в энергосистеме и решением которой является аналитическое выражение, описывающее ток к.з., который в свою очередь является приведенным. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам для измерения переменных токов, и может быть использовано для измерения переменных токов, протекающих в высоковольтных линиях электропередачи. Технический результат состоит в снижении массогабаритных показателей. Устройство для измерения переменных токов высоковольтной линии электропередачи содержит первичную и вторичную токопроводящие обмотки. Первичная обмотка выполнена в виде согнутой по окружности пластины с Г-образными ответвлениями на концах, направленными в противоположные стороны, причем концы пластины загнуты внутрь с образованием зазора между параллельными друг другу Г-образными ответвлениями. На первичную обмотку намотана вторичная обмотка из проволоки. Конец первичной обмотки соединен с концом вторичной обмотки. Концы первичной обмотки вмонтированы в рассечку провода линии электропередачи. Концы вторичной обмотки соединены с измерительным устройством. 2 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение погрешности и увеличение диапазона точного определения первичного сигнала трансформатора. Трансформатор имеет одну или несколько вторичных обмоток, расположенных на магнитопроводах разного сечения. Способ включает предварительное построение и запись в память прибора зависимостей действующего значения первичного сигнала I, построенных по n измерениям либо от действующего значения вторичного сигнала Ад1 обмотки, расположенной на магнитопроводе одного сечения, либо от действующего значения вторичного сигнала Ад2 обмотки, расположенной на магнитопроводе другого сечения, либо от действующих значений сигналов двух вторичных обмоток Ад1 и Ад2. Определение реальных значений первичного сигнала I трансформатора в эксплуатации осуществляют путем фиксации k раз в течение периода T и в каждый текущий момент времени ti, i=1, 2, …, k, ti=ti-1+Δt, где Δt - интервал дискретизации, Δt=T/k, мгновенного значения выходного сигнала aj(ti) от одной, при j=1, или от другой, при j=2, вторичных обмоток трансформатора, изменяющихся во времени ti по гармонической зависимости, вычисляют текущее действующее значение Aдji выходного сигнала j-й вторичной обмотки, а точное значение первичного сигнала Ii трансформатора в момент времени ti, необходимое для целей измерения, управления и релейной защиты, находят по предварительно записанной в памяти прибора зависимости действующего значения первичного сигнала I от текущего действующего значения вторичного сигнала Aдj соответствующей j-й вторичной обмотки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться на крупных электрических станциях и подстанциях высокого и сверхвысокого напряжения. Технический результат состоит в повышении точности компенсации погрешностей за счет учета начальной остаточной магнитной индукции в сердечнике. Способ компенсации погрешностей заключается в том, что фиксируют массив мгновенных значений вторичного тока указанного трансформатора тока, вычисляют потокосцепление вторичной обмотки и магнитной индукции в его сердечнике. Затем путем преобразования магнитной индукции получают сигнал, пропорциональный намагничивающему току трансформатора тока, и суммируют полученный сигнал с сигналом, пропорциональным вторичному току трансформатора тока, получая тем самым сигнал, пропорциональный первичному току, приведенному к вторичной цепи. При фиксации мгновенных значений вторичного тока дополнительно фиксируют момент насыщения, причем до появления сигнала о насыщении сердечника значения приведенного к вторичной цепи первичного тока приравнивают значениям вторичного тока. После появления сигнала о насыщении сердечника по знаку мгновенного значения вторичного тока определяют знак магнитной индукции насыщения сердечника. После этого вычисляют приращение потокосцепления и магнитной индукции на насыщенном участке характеристики намагничивания сердечника. Затем суммируют полученное приращение магнитной индукции со значением магнитной индукции насыщения и путем преобразования полученной суммы получают сигнал, пропорциональный намагничивающему току. После этого дополнительно вычисляют и фиксируют превышение интегральным, например, действующим значением вторичного тока заданного уровня. При наличии сигнала о превышении интегральным, например, действующим значением вторичного тока заданного уровня суммируют сигналы, пропорциональные вторичному и намагничивающему токам, получая тем самым сигнал, пропорциональный первичному току, приведенному к вторичной цепи. Если интегральное, например, действующее значение вторичного тока в течение заданного времени не превышает заданный уровень, то значение приведенного к вторичной цепи первичного тока приравнивают значению вторичного тока. 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к дифференциальным трансформаторам тока

Наверх