Устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора

(19) (11),(51), Н 02 Н 7/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.925 (08ское свиН 02 Н ости и апряже одсоед ЕНЦИ- ФОРМАл и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕР АЛЬНОЙ ЗАЦИТЫ СИЛОВОГО ТРАНС ТОРА по авт. св. Р 266909, от ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия при внутреннем коротком замыкании трансфор- матора, сопровождающемся насыщением трансформаторов тока, дополнительно введены второй формирователь прямоугольных импульсов, третий и четвертый инверторы, второй и третий элементы задержки времени, два элемента ЗАПРЕТ, два преобразователя длительности импульсов в пропарциональ" ное напряжение, блок сравнения, элемент памяти и второй реагирующий орган, причем к выпрямительному мосту подключен второй формирователь прямоугольных импульсов, к выходу которого подсоединены две цепи, первая из которых содержит последовательно соединенные первый элемент ЗАПРЕТ, первый преобразователь длительности импульсов в пропорциональное напряжение и элемент памяти, а вторая содержит последовательно соединенные второй .элемент ЗАПРЕТ и второй преобразователь длительн мпульсов в пропорциональное н ние, выходы указанных цепей п инены к входам блока сравнения, к выходу З которого подсоединен второй реагиру ющий орган, причем выход второго формирователя прямоугольных импуль- риаю сов через последовательно соединен- Ъюв ные второй элемент выдержки времени и третий инвертор соединен с управ- Я ляющим входом первого элемента ЗАПРЕТ, а через последовательно соединенныетретий элемент выдержки времени и четвертый инвертор - с управляющим входом второго элемента ЗАП 1095298Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам длядифференциальной защиты силовых трансформаторов.По основному авт, св. 9 266909 известно устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора, содержащее промежуточный трансформатор, первичная обмотка которого включена в дифференциальную цепь вторичных обмоток трансфор маторов тока, установленных со всех сторон защищаемого объекта, а вторичная обмотка подключена к выпрями- тельному йосту, выход которого подключен к -цепочке из последовательно 15 соединенных формирователя прямоугольных импульсов, первого инвертора, элемента выдержки времени, элемента задержки второго инвертора и реагирующего органа 1320При внутренних коротких замыканиях (КЗ) в трансформаторе значение тока КЗ может значительно превышать номинальный ток и содержать апериодическую составляющую. В этом случае происходит насыщение магнитопроводов трансформаторов тока защиты,сопровождающихся искажением дифференциального тока и появлением в нем значительных бестоковых пауз. Расчеты показывают, что в данном случае время вырабатывания дифференциальной защиты трансформатора может увеличиваться до значений 1,4 Т где Т - постоянная времени затуха ния апериодической составляющей тока КЗ.При расположении защищаемого транс. форматора вблизи мощных источников питания значение постоянной времени 40 Т может достигать 0,2-0,3 с, а время срабатывания дифференциальной защиты соответственно 14-21 период. При этом значительно возрастает вероятный ущерб, вызываемый, в частности, увеличением размеров разрушения трансформаторов при аварии вследствие уменьшения быстродействия дифференциальной защиты трансформатора,Целью изобретения является повышение быстродействия при внутреннем коротком замыкании в трансформаторе, сопровождающемся насыщением трансформаторов тока.Поставленная цель достигается тем, что, в устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора дополнительно введены второй формирователь прямоугольных импульсов, третий и четвертый инверторы, второй и третий элементы выдержки 60 времени, два элемента ЗАПРЕТ, два преобразователя длительности импульсов в пропорциональное напряжение, блок сравнения, элемент памяти и второй реагирующий орган, причем 1 65 к выпрямительному мосту подключен второй формирователь прямоугольных импульсов, к выходу которого подсое, динены две цепи, первая иэ которых содержит последовательно соединенные первый элемент ЗАПРЕТ, первый преобразователь длительности импульсов в пропорциональное напряжение и элемент памяти, а вторая содержит последовательно соединенные второй элемент ЗАПРЕТ и второй преобразователь длительности импульсов в пропорциональное напряжение, выходы указанных цепей подсоединены к входам блока сравнения, к выходу которого подсоединен второй реагирующий орган, причем выход второго Формирователя прямоугольных импульсов через последовательно соединенные второй элемент выдержки времени и третий инвертор с управляющим входом первого элемента ЗАПРЕТ, а через последовательно соединенные третий элемент выдержки времени и четвертый инвертор -.с управляющим входом второго элемента ЗАПРЕТ.На фиг. 1 изображена схема предложенного устройства; на фиг. 2 а и- потенциальные диаграммы на выходах блоков устройства в режиме внутреннего КЗ и в режиме броска тока намагничивания и внешнего КЗ соответственно. Устройство содержит промежуточный трансформатор тока 1, к вторичной обмотке которого подключены резистор 2 и выпрямительный мост 3, выход которого подключен к первому формирователю прямоугольных импульсов 4, связанному через включенные последовательно первый инвертор 5, первый элемент выдержки времени б, орган запоминания сигналов 7 и второй инвертор 8 с первым реагирующим органом 9. К выходу выпрямительного моста подключены также второй Формирователь прямоугольных импульсов 10, к выходу которого подключены второй и третий элементы выдержки времени 11 и 12, связанные через третий и четвертый инверторы 13 и 14 с управляющими входами элементов ЗАПРЕТ 15 и 16, основные входы которых подключены к выходу формирователя импульсов 10. Выход первого элемента ЗАПРЕТ 15 через последовательно включенные первый преобразо" ватель 17 длительности импульсов в пропорциональное напряжение и элемент памяти 18 связан с первым входом блока сравнения 19, а выход второго элемента ЗАПРЕТ 16 через второй преобразователь 20 длительности импульсов в пропорциональное напряжение связан с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к второму реагирующему органу 21.Длительность импульсов на выходе второго формирователя прямоугольных импульсов 10 равна времени, в течение которого дифференциальный ток при КЗ превышает заданный уровень замера. По первой цепи, подсоединенной к выходу второго формирователя прямоугольных импульсов, содержащей последовательно соединенные первый элемент ЗАПРЕТ 15, первый преобразоваТель 17 длительности импульсов в пропорциональное напряжение и элемент памяти 18, проходят импульсы, существующие только в течение второго периода от момента возникновения КЗ. Это достигается соответствующей настройкой второго элемента времени 11, включенного в цепи управления первого элемента ЗАПРЕТ 15. Наибольшая длительность импульсов запоминается в элементе памяти 18, соответствующее напряжение подается на вход опорного напряжения схемы сравнения и является ее уставкой,Во второй цепи, подсоединенной к .выходу второго формирователя прямоугольных импульсов, содержащей последовательно соединенные второй элемент ЗАПРЕТ 16 и второй преобразователь.20 длительности импульсов в пропорциональное напряжение, про" ходят импульсы, существующие в третьем и последующих периодах КЗ.Это достигается соответствующей настройкой четвертого элемента времени 12, включенного в цепи управления второго элемента ЗАПРЕТ 16, Напряжение, пропорциональное длительностям импульсов, поступает на второй вход блока сравнения 19, Сигнал на выхо- де блока сравнения 19 появляется. в том случае, если напряжение на втором входе блока сравнения больше уставки. В качестве элементов 17 и 20 преобразования длительности импульсов на их входе в пропорциональное напряжение может использоваться ключ, параллельно которому включен конденсатор, заряжаемый от источника постоянного напряжения. Управляющими сигналами являются импульсы на входе элементов 17 и 20. При отсутствии импульсов ключ замкнут, конденсатор разряжен, напряжение на нем равно нулю. При появлении импульса ключ (например, транзистор ) дешунтирует конденсатор, он заряжается в течение времени существования импульса, Постоянная времени цепи заряда выбирается из условия обеспечения пропорциональности напряжения на конденсаторе и времени заряда. При исчезновении импульса на входе элементов 17 и 20 ключ замыкается, конденсатор быстро разряжается. Таким образом, на выходах элементов 17 и 20 при работе устройствапоявляются импульсы треугольной формы, амплитуда которых пропорциональна длительности импульсов на их вхо 5 дах. К выходу 17 подключен элементпамятй 18, в котором запоминаетсянаибольшая амплитуда импульсов, про"ходящих через первый элемент ЗАПРЕТ15 во втором периоде.О В качестве реагирующего органа 21может быть использован расширительимпульсов,В качестве элемента памяти можетбыть использован конденсатор, кото 15 рый заряжается через диод от преобразователя 17. Диод следует использовать для предотвращения разрядаэтого конденсатора через выходноесопротивление преобразователя 17.Постоянная времени разряда конденсатора элемента памяти 18 на первыйвход блока сравнения 19 должна бытьдостаточно большой, поэтому при необходимости в этой цепи может бытьпредусмотрено дополнительное сопротивление.В качестве блока сравнения можетбыть использован компаратор, например, на основе операционного усилителя, Опорное напряжение ( уставкакомпаратора ) задается с выхода элемента памяти, На второй его входподаются треугольные импульсы с выхода преобразователя 20.Устройство работает следующимобразом.При внутренних КЗ, не сопровождающихся насыщением трансформаторовтока, происходит замер бестоковыхпауз на входе первого формирователя40 импульсов 4, если паузы окажутсяменьше заданного значения, то срабатывает первый реагирующий орган 9,т.е, как в известном устройстве.При внутренних КЗ, сопровождаю 45 щихся глубоким насыщением трансформаторов тока, в дифференциальномтоке появляются значительные бестоковые паузы (фиг. 2 о и реагирующийорган 9 не работает.50 Напряжение замера формирователяпрямоугольных импульсов 10 принимается таким, чтобы импульсные сигналы на его выходе появлялись толькопри токах, превышающих наибольшие55 их значения в нормальных эксплуатационных режимах, На выходе формирователя 10 при внутреннем КЗ появляется импульсный сигнал, В моментвозникновения сигнала на выходе формирователя 10 производится запускэлементов времени 11 и 12. Элементвремени 11 имеет выдержку временина появление сигнала на его выходе,равную одному периоду. Длительностьсигнала на выходе элемента времени1095298 08 11 равна одному периоду, после ис" течения этого времени сигнал на его выходе исчезает. Элемент времени 12 имеет выдержку времени на появление сигнала, равную двум периодам, после чего сигнал на его выходе существует в течение времени КЗ. Сигналы с выходов элементов времени 11 и 12 инвертируются элементами 13 и 14 и подаются на управляющие входы элементов ЗАПРЕТ 15 и 16, на основные входы которых подается импульсный сигнал формирователя 10При этом на управляющем входе элемента ЗАПРЕТ 15 разрешающий сигнал существует в течение второго периода от момента начала КЗ, а На управляющем входе элемента ЗАПРЕТ 16 разрешающий сигнал существует начиная с третьего периода до отключения КЗ. В результате на выходе .элемента ЗАПРЕТ 15 импульсный сигнал существует только в течение второго периода, а на выходе элемента ЗАПРЕТ 16- в течение времени от начала третьего периода до отключения КЗ. Элемен. ты 17 и 20 осуществляют преобразование длительности импульсов на их входах в пропорциональное напряжение. Амплитуда импульсов на выходе преобразователя 17 уже в третьем периоде превышает уставку, задаваемую на первом входе компаратора 19,и результате на его выходе появляется импульсный сигнал И), вызывающий срабатывание второго реагирУющего органа 21.При бросках тока намагничиванияи в режимах внешних КЗ длительностьимпульсов достигает наибольшего значения в первом или втором периоде,а затем монотонно уменьшается фиг. Ъ 6).При этом амплитуда импульсов на выходе преобразователя 17, которая запоминается и является уставкой блокасравнения компаратора ) 19, оказыва ется больше амплитуды импульсов впоследующие периоды, поступающие навторой вход блока сравнения с выходапреобразователя 20, Поэтому сигнална выходе схемы сравнения не появляется и устройство не срабатывает,Предложенное устройство повышаетбыстродействие,цифференциальной защиты трансформаторов в переходныхрежимах внутренних КЗ, что позволяет 25 уменьшить вероятность ущерба при повреждениях трансформаторов, и можетбыть применено для защиты силовыхтрансформаторов и автотрансформаторов высоких и сверхвысоких напряже1095298 А.Бондаренкобняк Корре оставите ехред Л.К.Шул ь едактор о аказ 3685/ Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4 Тираж ВНИИПИ Госу по делам 113035, Моск4 Подпи рственного комитета СССР обретений и отурытий Ж, Раушская наб., д.