Устройство для заземления нейтрали трансформатора

 

ОП ИС НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапистических

Респубпик

««919013 (6I ) Дополнительное к авт. свид-вy (22) Заявлено. 07. 08. 80 (2т) 2970464/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5l )M. Кл.

Н 02 Н 9/00

Гоаударстеснный квинтет

СССР ло делам нзебретеннй н открытнй (53) УДК 621..316.937 (088. 8) Опубликовано 07.04.82. Бюллетень М 13

Дата опубликования описания 1 0 . 04 . 82 (72) Автор изобретения

А.И. Назаров (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ

ТРАНСФОРМАТОРА

Изобретение может найти применение в электротехнике и энергетике, а именно на высоковольтных подстанциях, где необходимо ограничение токов короткого замыкания и внутренних

5 перенапряжении.

Известно устройство для заземления нейтрали трансформатора, снижающее не только коммутационные перенапряжения, но и повышающее быстро10 действие и эффективность ограничения токов однофазного короткого замыкания, содержащее насыщающийся реактор, обмотка переменного тока которого включена в нейтраль обмоток силоI5 вого трансформатора, а обмотка управления подсоединена к источнику постоянного тока, включены защитный промежуток и трансформатор тока, в цепь обмотки переменного тока подключен замыкающий контакт быстродействующего автомата параллельно защитному промежутку, а размыкающий контакт автомата гашения поля включен в цепь обмотки управления постоянного тока (1).

Электромагнитные характеристики .ограничивающего дросселя насыщения с подмагничиванием постоянным током приводят к необходимости его подсоединения к найтрали высоковольтных обмоток силового трансформатора через искровой промежуток. Предварительно насыщенный реактор не ограничивает ток однофазного короткого замыкания на землю и величину динамических воздействий на электрооборудование от ударных токов короткого замыкания. В переходных режимах насыщения реактора, учитывая наличие электрической связи его обмотки только с обмотками высокого напряжения силового трансформатора, возможно возникновение внутренних перенапряжений на изоляции электротехнического оборудования, коммутационных перенапряжений на линейных выключателях, резонансных и феррорезонансных перенапря3 91901 ,жений на линиях электропередач. Предварительное насыщение реактора до начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник постоянного тока достаточной мощности, Необходимость интенсификации увеличения сопротивления предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины перед отключением линейным !О выключателем тока короткого замыка- ния приводит к необходимости иметь в цепи постоянного тока специальный автомат гашения магнитного поля с размыкающим контактом и замыкающим 15 контактом в цепи переменного тока параллельно искровому промежутку. К недостаткам известного устройства относится также невозможность одновременного воздействия устройства на 20 ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов по току и напряжению до безопасных величин. Кроме того, необходимость больших диапазонов регулирования приводит к большим габаритам устройства, соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных мощностей.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для заземления нейтрали трансформатора со вторичной обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник, содержащее насыщающийся реактор, рабочая обмотка которого

35 подсоединена к нейтрали трансформатора, последовательно соединенные элементы индуктивного сопротивления, включенные в разрыв обмотки трансфор40 матора, соединенной в разомкнутый треугольник, параллельно одному из которых подключена конденсаторная батарея, а параллельно второму — диагональ выпрямительного моста, вторая диагональ которого подсоединена к45 обмотке управления насыщающегося реактора )2).

Однако известное устроиство имеет значительные габариты реактора, соиз- 50 меримые с габаритами трансформатора, и, кроме того, из-за наличия дополнительной обмотки не обеспечивается эффективное ограничение внутренних перенапряжений при возникновении максимальных токов к.з.

Цель изобретения - осуществление одновременного снижения перенапряжений и токов короткого замыкания и уменьшение габаритов устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство для заземления нейтрали трансформатора со вторичной обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник, содержащее насыщающийся реактор, рабочая обмотка которого подсоединена. к нейтрали трансформатора, последовательно соединенные элементы индуктивного сопротивления, включенные в разрыв обмотки трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, параллельно одному из которых подключена конденсаторная батарея, а параллельно второму подсоединена диагональ выпрямительного моста, вторая диагональ которого подсоединена к выводам обмотки управления насыщающегося реактора, снабжено вторым выпрямительным мостом, одна диагональ которого подсоединена к выводам обмотки управления насыщающегося реактора, а вторая подсоединена параллельно конденсаторной батарее, причем вентили B плечах Bbl прямительных мостов, подключенных к обмотке управления насыщающегося реактора, имеют различное направление проводимости.

Устройство может быть выполнено с элементами индуктивного сопротивления, выполненными в виде нелинейных ферромагнитных элементов с различной величиной напряжения насы" щения, причем элемент, подключенный к диагонали первого выпрямительного моста, выполнен с максимальной величиной напряжения насыщения.

Кроме того, один элемент индуктивного сопротивления в устройстве может быть выполнен в виде нелинейного ферромагнитного элемента, а второй в виде катушки индуктивности, причем в виде нелинейного ферромагнитного элемента выполнен элемент индуктивного сопротивления, шунтированный конденсатором.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты выполнения устройства соответственно с различным характером выполнения элементов индуктивного сопротивления.

В случае выполнения элементов индуктивного сопротивления в виде нелинейных ферромагнитных элементов (фиг. 1) к нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно обмотка 2 пе13 6 ромагнитном элементе 5, что в свою очередь приводит к увеличению эффективности работы выпрямительного блока 8 и росту величины выпрямленного тока в обмотке 3 управления с соответствующим уменьшением сопротивления обмотки 2, однако электрические параметры обмотки 3 управления в данном случае еще не оказывают заметного влияния на выпрямительный блок 9 и, соответственно, на нелинейный ферромагнитный элемент 7, поэтому эффективность заземления нейтрали 1 силового трансформатора даже в случае некоторой расстройки последовательного резонансного контура, состоящего из нелинейного ферромаг" нитного элемента 5 и конденсатора 6, практически не изменяется. Повышеwe напряжения на обмотке 3 управления является в этом режиме еще недостаточным для срабатывания выпрямительного блока 9, Следовательно, при возникновении перенапряжений в сети автоматически снижается величина сопротивления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства на основе функционального взаимодействия между обмоткой 2 насыщающегося реактора и обмоткой 4 силового трансформатора. В то же время устройство обеспечивает подготовительный режим, вторичной обмотки 4 силового трансформатора и выпрямитепьного блока 9, гарантирующий своевременное ограничение токов короткого замыкания, появление которых возможно в результа" г те электрических пробоев изоляции, ослабленной ниже допустимого уровня в условиях эксплуатации, до отключения линейной коммутационной аппара туры!

При возникновении токов короткого замыкания в сети и их протекании че" рез обмотку 2 переменного тока насыщающегося реактора происходит полная расстройка последовательного резоСледовательно, уже в нормальном режиме работы защитное устройство обеспечивает необходимую эффективность заземления нейтрали сети и подготовлено для эффективного измерения результирующей величины сопротивления нулевой последовательности в случае возникновения переходных или колебательных процессов. При возникновении перенапряжений в сети повышается напряжение на нелинейном фернансного контура, состоящего из нели50 нейного ферромагнитного элемента 5 и конденсатора 5, в результате возник- новения параллельного резонансного контура, состоящего из конденсатора и нелинейного ферромагнитного элемента 7, благодаря срабатыванию выпрямитепьного блока 9 от приложенного напряжения со стороны обмотки 3 управления. Это приводит к практичес"

9190 ременного тока насыщающегося реактора с подмагничиванием, обмотка 3 управления которого подсоединена к источнику постоянного тока. Вторичная обмотка 4 силового трансформатора шунтирована последовательно соединенными нелинейным ферромагнитным элементом 5 с максимальной величиной напряжения и конденсатором 6, который в свою очередь шунтирован нелиней- 10 ным ферромагнитным элементом 7 со средней величиной напряжения насыщения, выпрямительный блок 8 подключен к нелинейному ферромагнитному элементу 5, а выпрямительный блок 9 подклю- 15 чен к обмотке управления насыщающегося реактора.

В нормальном режиме работы оптимальные электрические величины сопротивлений нелинейного ферромагнит- 2О ного элемента 5 и конденсатора 6 составляют последовательный резонансный контур, обеспечивающий работу вторичной обмотки 4 силового трансформа,тора в режиме практически замкнутого треугольника, а подпитка выпрямительного блока 8 от нелинейного ферромагнитного элемента 5 обеспечивает необходимую величину выпрямленного тока в обмотке 3 управления, что в свою очередь, дает возможность иметь необходимое сопротивление обмотки 3 управления, а это позволяет получить необходимое сопротивление обмотки 2 с точки зрения требований по коорди- З нации изоляции и динамической устойчивости электротехнического оборудования. Электрические параметры срабатывания выпрямительного блока 9 превышают аналогичные параметры сра- 4о батывания выпрямительного блока 8, поэтому в данном режиме взаимные влияния между указанными выпрямительными блоками отсутствуют, а обмотка 3 управления никаких влияний на указан- 45 ный выпрямительный блок 9 не оказывает.

919013 кому размыканию треугольника обмотки 4 и резкому снижению напряжения на выпрямительном блоке 8, однако максимальная величина напряжения насыщения у нелинейного ферромагнитного .элемента 5 гарантирует надежную подготовку защитного устройства к ограничению перенапряжений, появление которых возможно в результате тепловых повреждений изоляции или обрывов 10 фаз линий электропередач.

Следовательно, при появлении токов короткого замыкания в сети автоматически возрастает до необходимого уровня результирующая величина сопротив- 15 ления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства на основе функционального взаимодействия между обмотками 2 и 4 в результате изменившихся электри- 20 ческих параметров составляющих элементов.

При одновременном воздействии внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания в результате од- 25 новременного появления электрических и тепловых пробоев в изоляции электротехнического оборудования и на линиях электропередач, обмотка 4 трансформатора работает в режиме разомк- зр нутого треугольника благодаря возникновению параллельного резонансного контура между конденсатором 6 и нелинейным ферромагнитным элементом

7, а эффективная расчетная величина напряжения на нелинейном ферромагнитном элементе 5 обеспечивает эффективную работу выпрямительного блока

8 и соответствующий выпрямленный ток в обмотке 3 управления, а поэтому 40 обеспечивается необходимая эффективность заземления нейтрали 1 силового трансформатора в результате изменения сопротивления обмотки 2 переменного тока. 45

Следовательно, режим заземления нейтрали 1 силового трансформатора через обмотку 2 переменного тока дросселя насыщения и изменение режи50 ма схемы соединения вторичной обмотки 4 силового трансформатора обеспечивают даже при переходных и колеба.тельных процессах получение необходи.мого результирующего сопротивления

55 нулевой последовательности применительного к техническим требованиям одновременного ограничения внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания в конкретных электрических сетях.

На фиг. 2 изображена принципиаль" ная электрическая схема устройства, у которого один из элементов индуктивного сопротивления выполнен в виде нелинейного ферромагнитного элемента, а второй - в виде катушки индуктивности. К нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно обмотка 2 переменного тока насыщающегося реактора с подмагничиванием, обмотка 3 управления которого подсоединена к источнику постоянного тока. Вторичная обмотка 4 силового трансформатора шунтирована последовательно соединенными катушкой 5 индуктивности и конденсатором 6, который в свою очередь шунтирован нелинейным ферромагнитным элементом, выпрямительный блок 8 подключен к конденсатору, а выпрямительный блок 9 — к катушке индуктивности, противоположные диагонали указанных блоков соединены параллельно и подключены к обмотке управления насыщающегося реактора, В нормальном режиме работы оптимальные электрические величины сопротивлений индуктивной катушки 5 и конденсатора 6 составляют последовательный резонансный контур, обеспечивающий работу вторичной обмотки 4 силового трансформатора в режиме практически замкнутого треугольника, а подпитка выпрямительного блока 8 от конденсатора 6 обеспечивает необходимую величину выпрямленного тока в обмотке 3 управления, что, в свою очередь, дает возможность иметь необходимое сопротивление обмотки 2 с точки зрения требований по координации изоляции и динамической устойчивости электротехнического оборудования. Электрические параметры срабатывания выпрямительного блока 9 превышают аналогичные параметры срабатывания выпрямительного блока 8, поэтому в данном режиме взаимные влияния между .указанными выпрямительными блоками отсутствуют, а индуктивная.катушка 5 никаких влияний на выпрямительный блок 9 не оказывает.

Следовательно, уже при нормальном режиме работы защитное устройство обеспечивает необходимую эффективность заземления нейтрали сети и подготовлено для эффективного изменения

919013

lO результирующей величины сопротивления нулевой последовательности в слук конденсатору 6, а эффективность занансного контура, состоящего из индук ствия между обмоткой 2 насыщающегося реактора и обмоткой 4 силового транс35 ляющих элементов. В то же время, устройство обеспечивает подготовительный

При одновременном воздействии внут40 ренних перенапряжении и токов короткого замыкания в результате одновременного появления электрических и режим вторичной обмотки ч силового трансформатора и выпрямительного блока 9, гарантирующий своевременное orтепловых пробоев в изоляции электротехнического оборудования и на линиях электропередач обмотка трансформатора 4 работает в режиме разомкнутого треугольника благодаря возникновению резонансного контура между параллельно соединенными конденсатором 6 и ферромагнитным элементом 7, à максимальная расчетная величина напряжения на индуктивной катушке 5 обеспечивает эффективную работу выпрямительного блока 9, соответствующий выпрямленный ток в обмотке 3 управления, а поэтому необходимую эффективность заземления нейтрали 1 силового трансфооматора в результате сни45

55 чае возникновения переходных или колебательных процессов.

При возникновении перенапряжений в сети повышается напряжение на конденсаторе 6, что в свою очередь приводит к увеличению эффективности работы выпрямительного блока 8 и росту величины выпрямленного тока в обмотке 3 управления с соответствующим уменьшением сопротивления обмотки 2.

Средняя величина напряжения насыщения нелинейного ферромагнитного элемента 7 еще не проявляет заметного шунтирующего действия по отношению земления нейтрали 1 силового транс- форматора даже в случае некоторой расстройки последовательного резотивной катушки 5 и конденсатора 6, практически не изменяется. Повышение напряжения на индуктивной катушке 5 является в этом режиме еще недостаточным для срабатывания выпрямительного блока 9.

Следовательно, при возникновении перенапряжений в сети автоматически снижается величина сопротивления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства на основе функционального взаимодей" форматора в результате принятых электрических характеристик составраничение токов короткого замыкания, появление которых возможно в резуль-. тате электрических пробоев изоляции, ослабленной ниже допустимого уровня в условиях эксплуатациии, до отключения линейной коммутационной аппа- ратуры.

При возникновении токов короткого замыкания в сети и их протекание через обмотку 2 переменного тока насыщающегося реактора происходит полная расстройка резонансного контура, состоящего из последовательно соединенных индуктивной катушки и конденсатора 6, в результате эффективной шунтировки конденсатора 6 нели10

15 го

Зо нейным ферромагнитным элементом 7, напряжение на выпрямительном блоке 8 снижается, что, в свою очередь, приводит к снижению величины выпрямленного тока в обмотке 3 управления и в случае необходимости к его отключению выпрямительным блоком 8, чем обеспечивается необходимое сопротивление обмотки 2 переменноо тока насыщающегося реактора. !

Ыунтировка конденсатора 6 ферромагнитным элементом 7 обеспечивает резкий подъем напряжения на индуктивной катушке 5 и срабатывание выпря мительного блока 9, обеспечивающего, во-первых, совершенно незначительный ток в обмотке 3 управления с точки зрения влияния на изменение величины сопротивления обмотки 2 при токах, короткого замыкания, а во-вторых, гарантирующего надежную подготовку защитного устройства к ограничению перенапряжений, появление которых возможно s результате тепловых повреждений изоляции и обрывов фаз линий электропередач.

Следовательно, при появлении токов короткого замыкания в сети автоматически возрастает до необходимого уровня результирующая величина сопротивления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства на основе функционального взаимодействия между обмотками 2 и 4 в результате изменившихся электричесKI4x параметров составляющих элементов.

919013 жения сопротивления обмотки 2 переменного тока.

Следовательно, режим заземления нейтрали силового трансформатора через обмотки 2 переменного тока

5 дросселя насыщения и изменение режима схемы соединения вторичной обмотки 4 силового трансформатора обес. печивают даже при переходных и колебательных процессах получение необходимого результирующегр сопротивления нулевой последовательности применительно к техническим требованиям одновременного ограничения внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания в конкретных электрических сетях;

Формула изобретения

1. Устройство для заземления нейтрали трансформатора со вторичной обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник, содержащее насыщающийся реактор, рабочая обмотка которого подсоединена к нейтрали трансформатора, последовательно соединенные элементы индуктивного сопротивления, включенные в разрыв обмотки трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, параллельно одному из которых подключена конденсаторная ба- тарея, а параллельно второму подсоединена диагональ выпрямительного моста, з5 вторая диагональ которого подсоединена к выводам обмотки управления насыщающегося реактора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью осуществления одновременного снижения пере- 4о напряжений и токов короткого замыкания и уменьшения габаритов устройства, оно снабжено вторым выпрямительным мостом, одна диагональ которого подсоединена к выводам обмотки управления насыщающегося реактора, а вторая подсоединена параллельно конденсаторной батарее, причем вентили в плечах выпрямительных мостов, подключенных к обмотке управления насыщающегося реактора, имеют различное направление проводимости.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что элементы индуктивного сопротивления выполнены в виде нелинейных ферромагнитных элементов с различной величиной напряжения насыщения, причем элемент, подключенный к диагонали первого выпрямительного моста, выполнен с максимальной величиной напряжения насыщения.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что один элемент индуктивного сопротивления выполнен в виде нелинейного ферромагнитного элемента, а второй — в виде катушки индуктивности, причем в виде нелинейного ферромагнитного элемента выполнен элемент индуктивного сопротивления, шунтированный конденсатором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 550713, кл. H 02 Н 9/02, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2945739/24-07 кл. Н 02 Н 9/00, 1980.

9I90l3

Составитель П. Дементьева

Редактор Л. Горбунова Техред . Надь Корректор М. Шароши

Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

IIs035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

Заказ 2156/36

Филиал ППП Па гент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4