Устройство для размагничивания сердечника трансформатора

Авторы патента:

G01R15/183 - Элементы конструкции измерительных приборов, предусмотренных в группах G01R 17/00-G01R 29/00или G01R 33/00- G01R 35/00 (элементы конструкции приборов G01R 1/00; измерительные провода, измерительные зонды G01R 1/06; устройства защиты от перегрузок G01R 1/36; схемы для коррекции передаточной функции G01D 3/02)

G01R15/18 - с использованием индуктивных приборов, например трансформаторов

Владельцы патента RU 2688592:

Общество с ограниченной ответственностью "Челэнергоприбор" (RU)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к оборудованию для диагностики силовых трансформаторов, и может быть использовано для размагничивания сердечников силовых трансформаторов. Устройство для размагничивания сердечника трансформатора дополнительно содержит выпрямитель-инвертор, выполненный по схеме моста на четырёх полностью управляемых двунаправленных электронных ключах, причем одна из диагоналей моста соединена со входными зажимами устройства, предназначенными для подключения к сети переменного тока, а другая – с выходными зажимами устройства, предназначенными для подключения обмотки размагничиваемого трансформатора, причем управляющие входы ключей связаны с выходами цифрового процессора. Технический результат – уменьшение массы, габаритов устройства, сокращение времени размагничивания, увеличение диапазона изменения тока в процессе размагничивания. 4 ил., 1 табл.

Устройство для размагничивания сердечника трансформатора

Область техники

Изобретение относится к электротехнике, а именно к оборудованию для диагностики силовых трансформаторов и может быть использовано для размагничивания сердечников (магнитопроводов) силовых трансформаторов, в частности, перед проведением опыта холостого хода при малом напряжении. В п. 6.2.3 ГОСТ 3484.1-88 «Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний» перед определением потерь холостого хода трансформатора при малом напряжении предписывается проводить размагничивание сердечника до весьма малых значений остаточной индукции. Размагничивание должно проводиться по процедуре, указанной в п. 6.2.4 этого стандарта. Эта процедура включает первоначальное намагничивание сердечника током, превышающим в два раза номинальный ток холостого хода соответствующей обмотки, а затем ток уменьшают на (30 – 40) % со сменой его направления на противоположное. Далее цикл повторяется. Ток, при котором заканчивается процесс размагничивания, не должен быть больше действующего значения тока, ожидаемого в опыте холостого хода при малом напряжении. Для трансформаторов высокого напряжения (до 500 кВ и более) это значение тока составляет менее 0,2% от первоначального тока намагничивания.

Уровень техники

Известен ряд технических решений, в которых описаны способы и устройства для размагничивания сердечников трансформаторов и других ферромагнитных тел, в частности авторское свидетельство SU 1007137 (опубликовано 23.03.83), патенты US 4456875 (опубликовано 26.06.1984), US 6160697 (опубликовано 12.12.2000).

Указанные устройства включают управляемый источник напряжения и цепи измерения напряжения на обмотке и тока через неё. Для размагничивания малогабаритных сердечников, характерных для измерительных трансформаторов тока, – это вполне приемлемо, но для размагничивания силовых трансформаторов большой мощности требуется мощный источник, имеющий большие стоимость, габариты и потери энергии.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является устройство, описанное в статье: Makowski N.J. Proposal and Analysis of Demagnetization Methods of High Voltage Power System Transformers and Design of an Instrument to Automate the Demagnetization Process / Masters Thesis at Portland State University. 1-1-2011. URL:

https://pdxscholar.library.pdx.edu/cgi/viewcontent.cgi?referer=https://www.google.ru/&httpsredir=1&article=1430&context=open_access_etds .

В статье описано устройство для размагничивания трансформаторов, блок-схема которого приведена на figure 7, стр. 18 статьи, а упрощенная принципиальная схема – на figure 18, стр. 42. Данное устройство содержит источник постоянного тока (аккумулятор), выключатель и переключатель на электромагнитных реле, балластный и разрядный резисторы, цепи измерения тока и напряжения, систему сбора данных (аналого-цифровой преобразователь) и цифровой процессор. Выключателем регулируется максимальное значение тока на цикле перемагничивания, а переключателем – направление тока. Энергия, накопленная в обмотке в фазе нарастания тока, в фазе спада тока рассеивается на разрядном резисторе. Цифровой процессор (ЦП) через цепи измерения тока и напряжения контролирует процесс размагничивания и управляет электромагнитными реле.

Использование электромагнитных реле с их невысоким быстродействием приводит к необходимости демпфировать выбросы напряжения на обмотке, возникающие при разрыве цепи, с помощью балластного и разрядного резисторов. Кроме того, сброс энергии, накопленной в обмотке, происходящий при уменьшении тока через обмотку, в разрядный резистор, обусловливает потери энергии и нагрев деталей устройства. Как следствие, в конструкцию устройства включены нагрузочные резисторы общей мощностью 1100 Вт, что обусловливает большие габариты и массу изделия. Включение в состав устройства аккумулятора достаточно большой мощности в качестве источника тока намагничивания также ведет к увеличению массы и габаритов. Относительно большое время переключения электромагнитного реле не позволяет получить широкий диапазон изменения тока в процессе размагничивания.

Раскрытие сущности изобретения

Предлагаемое устройство не имеет таких недостатков. Технический результат, который достигается изобретением, состоит в уменьшении массы, габаритов и стоимости устройства, сокращении времени размагничивания, а также повышении экономичности и увеличении диапазона изменения тока в процессе размагничивания. Технический результат достигается за счет того, что в качестве источника тока намагничивания используется промышленная сеть переменного тока, а переключение направления тока и управление максимальным значением тока на цикле перемагничивания осуществляется мостовым выпрямителем-инвертором, построенным на полностью управляемых двунаправленных электронных ключах.

Краткое описание фигур

На фиг.1 изображена упрощенная принципиальная схема патентуемого устройства.

На фиг. 2 приведены графики, поясняющие работу устройства.

На фиг. 3 представлена схема полностью управляемого двунаправленного ключа.

На фиг. 4 приведена осциллограмма тока при размагничивании трансформатора ТРДН-25000/110.

В таблице 1 приведен алгоритм управления ключами устройства.

Устройство для размагничивания сердечника трансформатора содержит (обозначения по фиг.1):

1, 2, 3, 4 – четыре полностью управляемых двунаправленных электронных ключа, образующих мостовой выпрямитель-инвертор 5;

6, 7 – зажимы для подключения промышленной сети переменного тока;

8 – датчик напряжения, например, в виде резистивного делителя;

9 – датчик тока, например, в виде шунта;

10 – аналого-цифровой преобразователь;

11 – цифровой процессор.

12, 13 – зажимы для подключения обмотки размагничиваемого трансформатора.

Осуществление изобретения

Устройство для размагничивания сердечника трансформатора содержит выпрямитель-инвертор 5, который выполнен по схеме моста на четырёх полностью управляемых двунаправленных электронных ключах 1, 2, 3, 4. Одна из диагоналей моста соединена со входными зажимами 6 и 7, предназначенными для подключения к сети переменного тока, а другая, через датчик тока 9, – с выходными зажимами 12 и 13, предназначенными для подключения обмотки размагничиваемого трансформатора 14. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10 преобразует сигналы от датчика напряжения 8 и датчика тока 9 в цифровые коды и передает их ЦП 11, который связан своими цифровыми выходами с управляющими входами ключей 1, 2, 3, 4.

Полностью управляемые двунаправленные ключи могут быть выполнены по схеме, представленной на фиг. 3. Здесь обозначено: 15, 18 – диоды, 16, 17 – БТИЗ или МОП транзисторы, 19, 20 – стабилитроны или супрессоры, предназначенные для защиты транзисторов от перенапряжения, U_упр – напряжения управления транзисторами. Если использовать БТИЗ-транзисторы, снабженные цепями защиты, например, типа STGB35N35LZ, то супрессоры 19, 20 не нужны.

Работу устройства поясняют графики, представленные на фиг. 2, и алгоритм управления ключами цифровым процессором 11, приведенный в таблице 1.

Процесс размагничивания запускается в момент t₀ (фиг. 2). Поскольку в этот момент напряжение U на входных зажимах 6, 7 положительно, ЦП 11 замыкает ключи 1, 4 и оставляет их замкнутыми до тех пор, пока не сменится полярность U, после чего ЦП размыкает ключи 1, 4 и замыкает ключи 2, 3 и так далее до тех пор, пока ток I через обмотку размагничиваемого трансформатора не достигнет предварительно установленной амплитуды I_m1 (момент времени t₁). На всем протяжении интервала t₀<t<t₁ направления напряжения на обмотке U_обм и тока через нее I совпадают по направлению, следовательно, энергия идет из сети в обмотку, и имеет место режим выпрямления. По достижении током значения I_m1 в момент t₁, ЦП размыкает ключи 1, 4 и замыкает ключи 2, 3. При этом напряжение U_обм скачком меняет полярность на отрицательную и ток I начинает убывать. Переключение транзисторов ключей происходит очень быстро, за время не более 1 мкс. Возникающая в момент бестоковой паузы ЭДС самоиндукции обмотки ограничивается цепями защиты транзисторов, которые за это время не успевают нагреться. На интервале t₁<t<t₂ направления напряжения U_обм и тока I противоположны, следовательно, энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора, возвращается в сеть, т.е. имеет место режим инвертирования. ЦП продолжает поддерживать этот режим, переключая ключи в зависимости от полярности напряжения сети U. При переходе тока I через нуль (момент t₂), устройство снова переходит в режим выпрямления. Далее процесс повторяется с уменьшением амплитуды тока до тех пор, пока очередное амплитудное значение тока не достигнет заданной нижней величины или не пройдет заданное количество циклов. После этого ЦП запирает все ключи и на этом процесс размагничивания заканчивается. Оставшееся в обмотке небольшое количество энергии может быть рассеяно в транзисторах ключей, снабженных цепями защиты от перенапряжения.

Пример исполнения

Предлагаемое устройство для размагничивания сердечника трансформатора реализовано в виде компактного прибора и использовано для размагничивания трансформатора ТРДН-25000/110 110/10 кВ мощностью 25 МВА. Размагничивание осуществлялось по обмотке высокого напряжения. С учетом паспортного значения силы тока холостого хода обмотки высокого напряжения трансформатора 0,83 А, выбран начальный ток 2А. Осциллограмма тока представлена на фиг. 4. Десять циклов перемагничивания со снижением амплитуды тока на каждом полуцикле на 30 %, заняли примерно 2,5 минуты при питании устройства от сети переменного тока 220 В, 50 Гц. Конечное значение тока равно приблизительно 2 мА.

Таблица 1 Алгоритм управления ключами
№	U	I		Ключи	Режим
1	2	3	4
1	>0	≥0, ≤I_mk	>0	+	–	–	+	Выпрямление
<0	–	+	+	–
2	>0	≥0,	<0	–	+	+	–	Инвертирование
<0	+	–	–	+
3	>0	<0, ≥I_m(k+1)	<0	–	+	+	–	Выпрямление
<0	+	–	–	+
4	>0	≤0	>0	+	–	–	+	Инвертирование
<0	–	+	+	–
Примечания: 1. Знак «+» означает, что ключ включен (замкнут), а знак «–», – что выключен (разомкнут). 2. I_mk – амплитуда тока на k-м полуцикле перемагничивания, k = 1, 3, 5, 7, …

Устройство для размагничивания сердечника трансформатора, содержащее измерительные цепи напряжения питания и тока через обмотку размагничиваемого трансформатора, аналого-цифровой преобразователь и цифровой процессор, причем входы аналого-цифрового преобразователя соединены с выходами указанных измерительных цепей, а его выходы подключены ко входам цифрового процессора, отличающееся тем, что оно также содержит выпрямитель-инвертор, выполненный по схеме моста на четырёх полностью управляемых двунаправленных электронных ключах, причем одна из диагоналей моста соединена со входными зажимами устройства, предназначенными для подключения к сети переменного тока, а другая – с выходными зажимами устройства, предназначенными для подключения обмотки размагничиваемого трансформатора, причем управляющие входы ключей связаны с выходами цифрового процессора.

Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения по меньшей мере одной электрической переменной тока, который должен протекать в электрическом устройстве.

Оптоэлектрическое измерительное устройство и способ измерения электрического тока // 2682514

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения электрического тока. Устройство включает в себя источник света для создания первичного поляризованного светового сигнала, фарадеевское сенсорное приспособление, выполненное с возможностью предоставления вторичного светового сигнала, измененного в поляризации относительно первичного светового сигнала, детектор для измерения вторичного светового сигнала и компенсационный элемент, обеспечивающий возможность компенсации изменения поляризации вторичного светового сигнала.

Измеритель тока оптический универсальный // 2682133

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к измерительным приборам, в которых используется эффект Фарадея. Устройство содержит источник света, первый поляризатор в виде призмы Волластона, магнитооптический элемент в виде стеклянной четырехугольной призмы высотой h, у которой на первом основании нанесено зеркальное покрытие в виде полоски, равной ширине пучка света D, а второе основание имеет две полированные наклонные поверхности с зеркальными покрытиями, составляющие с первым основанием равные углы γ=arctg(0,5D/h).

Сенсорный модуль модульного штекерного соединителя // 2680866

Изобретение касается сенсорного модуля для модульного штекерного соединителя, причем этот сенсорный модуль (1) состоит из сердцевинного сегмента (2) и по меньшей мере двух расположенных вокруг него наружных сегментов (3, 3ʹ, 3ʹʹ, 3ʹʹʹ), причем эти сегменты (2, 3, 3ʹ, 3ʹʹ, 3ʹʹʹ) в собранном состоянии составляют друг с другом полость.

Двулучепреломляющее spun-волокно для определения тока с собственной нечувствительностью к температуре // 2670082

Группа изобретений относится к области для измерения тока или магнитного поля. Датчик тока содержит двулучепреломляющее волокно, имеющее локальное линейное двулучепреломление B≠0, в котором относительная температурная зависимость (1/B).dB/dT упомянутого двулучепреломления больше нуля для по меньшей мере одной длины волны λ и для по меньшей мере одной температуры T между -60°C и 120°C.

Следящий преобразователь тока компенсационного типа // 2664880

Следящий преобразователь тока компенсационного типа относится к устройствам измерения электрического тока. Преобразователь содержит магнитопровод 1 с токовой 2 и компенсационной 3 катушками.

Устройство для измерения электрического тока // 2650615

Изобретение относится к устройству для измерения электрического тока с использованием эффекта Фарадея и, в частности, к отражательному устройству измерения электрического тока, в котором свет падает на один конец оптического волокна для датчика и отражается от другого его конца.

Крепежный элемент для сенсора тока // 2642390

Изобретение относится к крепежному элементу для сенсора тока и направлено на сокращение ручного труда при монтаже. Крепежный элемент имеет стопорное устройство, а также фланцевую область для крепления сенсора тока в вертикальном положении на крепежной поверхности.

Оптический измерительный трансформатор напряжения на основе электрооптического эффекта поккельса // 2635831

Предлагаемое изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к области электрических измерений, и может быть использовано в качестве измерительного средства высокого напряжения на высоковольтных линиях электропередач.

Устройство для измерения спектрального состава удельной выталкивающей силы спортивного напольного покрытия // 2623664

Заявлено устройство для измерения спектрального состава удельной выталкивающей силы спортивного напольного покрытия, состоящее из алюминиевой трубки со скользящим внутри нее металлическим стержнем, нижний конец которого заканчивается конусообразной сменяемой насадкой, а верхний запрессован в пластину, на которую крепится дополнительный груз, отличающийся тем, что на ту же пластину крепится еще и датчик ускорения, который с помощью коаксиального кабеля соединен со входом спектр-анализатора, в котором сменяемыми RC-цепочками поочередно устанавливаются полосовые фильтры, а в качестве индикатора ускорения к выходу спектр-анализатора подключен вольтметр.

Сенсорный модуль модульного штекерного соединителя // 2680866

Следящий преобразователь тока компенсационного типа // 2664880

Крепежный элемент для сенсора тока // 2642390

Устройство для измерения компонент вектора плотности тока в проводящих средах // 2632589

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих вектора плотности электрического тока в проводящих средах. Устройство для измерения компонент вектора плотности тока в проводящих средах состоит из по меньшей мере одного установленного в корпусе 1 датчика плотности тока 2, состоящего из токопровода 3 с размещенным на нем трансформатором тока 4, и по меньшей мере одного электронного блока.

Устройство для измерения дифференциального тока // 2628306

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения токов утечки с объектов, подключенных к источникам электрического напряжения.

Способ и устройство для обнаружения разряда молнии // 2611109

Группа изобретений относится к системам для обнаружения разряда молнии. Раскрыты способ и устройство для обнаружения разряда молнии с автономным питанием.

Способ и устройство для измерения электрических токов с помощью преобразователя тока // 2608329

Изобретение относится к метрологии, в частности к способу измерения тока. Способ предлагает компенсацию омического сопротивления вторичной катушки посредством двухполюсника с отрицательным омическим сопротивлением.