Устройство для заземления нейтрали трансформатора

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ои 919013(5 )М. Кд. Н 02 Н 9/00 Государственный квинтет СССР ло делам нзфбретеннй н открытнйОпубликовано 07.04.82, Бюллетень М 13Дата опубликования описания 1 0 . 04 . 82 72) Автор изобретен аявите 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРА ТРАНСФОРМАТОРАх5 5 Изобретение может найти применение в электротехнике и энергетике, а именно на высоковольтных подстанциях, где необходимо ограничение то ков короткого замыкания и внутренни перенапряжений.Известно устройство для заземления нейтрали трансформатора, снижающее не только коммутационные перенапряжения, но и повышающее быстрот действие и эффективность ограничения токов однофазного короткого замыкания, содержащее насыщающийся реактор, обмотка переменного тока которого включена в нейтраль обмоток силового 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 постоянногтокаЭлектромагнитные 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 электрооборудо вание от ударных токов короткого замыкания. В переходных режимах насыще ния реактора, учитывая наличие элект рической связи его обмотки только с обмотками высокого напряжения силового трансформатора, возможно возник новение 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 велицины приводит к необходимости иметь независимый источник постоянного тока достаточной мощности, Необходимость интенсификации увеличения сопротивления предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины перед отключением линейным 10 выключателем тока короткого замыка- ния приводит к необходимости иметь в цепи постоянного тока специальный автомат гашения магнитного поля сразмыкающим контактом и замыкающим 5 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,30Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для заземлениянейтрали трансформатора со вторичнойобмоткой, соединенной в разомкнутыйтреугольник, содержащее насыщающийсяреактор, рабочая обмотка которого35подсоединена к нейтрали трансформатора, последовательно соединенные элементы индуктивного сопротивления,включенные в разрыв обмотки трансфор 40матора, соединенной в разомкнутыйтреугольник, параллельно одному изкоторых подключена конденсаторная батарея, а параллельно второму - диагональ выпрямительного моста, втораядиагональ которого подсоединена к .45обмотке управления насыщающегося реактора 21,Однако известное устройство имеетзначительные габариты реактора, соизмеримые с габаритами трансформатора,и, кРоме того, из-за наличия дополнительной обмотки не обеспечиваетсяэффективное ограничение внутреннихперенапряжений при возникновении максимальных токов к.з,Цель изобретения - осуществлениеодновременного снижения перенапряжений и токов короткого замыкания и уменьшение габаритов устройства,Указанная цель достигается тем, что устройство для заземления нейтрали трансформатора со вторицной 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, прицем вентили в плечах выпрямительных 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 первицной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно обмотка 2 пе13 6 ромагнитном элементе 5, что в своюочередь приводит к увеличению эффективности работы выпрямительного блока 8 и росту величины выпрямленноготока в обмотке 3 управления с соответствующим уменьшением сопротивления обмотки 2, однако электрическиепараметры обмотки 3 управления вданном случае еще не оказывают заметного влияния на выпрямительныйблок 9 и, соответственно, на нелинейный ферромагнитный элемент 7, поэтому эффективность заземления нейтрали 1 силового трансформатора дажев случае некоторой расстройки последовательного резонансного контурасостоящего из нелинейного ферромаг"нитного элемента 5 и конденсатора 6,практически не изменяется. Повышение напряжения на обмотке 3 управления является в этом режиме еще недостаточным для срабатывания выпрямительного блока 9,Следовательно, при возникновенииперенапряжений в сети автоматическиснижается величина сопротивления нулевой последовательности благодарякомплексному воздействию устройствана основе функционального взаимодействия между обмоткой 2 насыщающегося реактора и обмоткой 4 силового трансформатора, В то же время устройствообеспечивает подготовительный режим,вторичной обмотки 4 силового трансформатора и выпрямительного блока 9,гарантирующий своевременное ограничение токов короткого замыкания, появление которых возможно в результа"те электрических пробоев изоляции,ослабленной ниже допустимого уровняв условиях эксплуатации, до отключения линейной коммутационной аппара 1 туры При возникновении токов короткого замыкания в сети и их протекании че"рез обмотку 2 переменного тока насыщающегося реактора происходит полнаярасстройка 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 нели 50 нейного Ферромагнитного элемента 5 иконденсатора 5 в результате возник-новения параллельного резонансного контура, состоящего из конденсатораи нелинейного Ферромагнитного элемента 7, благодаря срабатыванию выпрямитепьного блока 9 от приложенногонапряжения со стороны обмотки 3 управления. Это приводит к практичес" 9190ременного тока насыщающегося реактора с подмагничиванием, обмотка 3 управления которого подсоединена к источнику постоянного тока. Вторичнаяобмотка 4 силового трансформатора5шунтирована последовательно соединенными нелинейным ферромагнитным элементом 5 с максимальной величиной напряжения и конденсатором 6, которыйв свою очередь шунтирован нелиней Оным ферромагнитным элементом 7 сосредней величиной напряжения насыщения, выпрямительный блок 8 подключенк нелинейному ферромагнитному элементу 5, а выпрямительный блок 9 подключен к обмотке управления насыщающегося реактора,В нормальном режиме работы оптимальные электрические величины сопротивлений нелинейного ферромагнитного элемента 5 и конденсатора 6 составляют последовательный резонансный контур, обеспечивающий работу вторичной обмотки 4 силового трансформа,тора в режиме практически замкнутого 25треугольника, а подпитка выпрямительного блока 8 от нелинейного ферромагнитного элемента 5 обеспечиваетнеобходимую величину выпрямленноготока в обмотке 3 управления, что всвою очередь, дает возможность иметьнеобходимое сопротивление обмотки 3управления, а это позволяет получитьнеобходимое сопротивление обмотки 2с точки зрения требований по коорди- З 5нации изоляции и динамической устойчивости электротехнического оборудования. Электрические параметры срабатывания выпрямительного блока 9превышают аналогичные параметры сра вбатывания выпрямительного блока 8,поэтому в данном режиме взаимные влияния между указанными выпрямительными блоками отсутствуют, а обмотка 3управления никаких влияний на указанный выпрямительный блок 9 не оказывает.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 1 О фаз линий электропередач.Следовательно, при появлении токов короткого замыкания в сети автоматически возрастает до необходимого уровня результирующая величина сопротив ления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства на основе функционального взаимодействия между обмотками 2 и 4 в результате изменившихся электри ческих параметров составляющих элементов,При одновременном воздействии внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания в результате од новременного появления электрических и тепловых пробоев в изоляции электротехнического оборудования и на линиях электропередач, обмотка 4 трансформатора работает в режиме разомк- з 0 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. 45Следовательно, режим заземлениянейтрали 1 силового трансформатора через обмотку 2 переменного токадросселя насыщения и изменение режи 50 ма схемы соединения вторичной обмотки 4 силового трансформатора обеспечивают даже при переходных и колеба,тельных процессах полуцение необходи.мого результирующего сопротивления55 нулевой последовательности применительного к техническим требованиям одновременного ограничения внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания в конкретных электрицескихсетях,На фиг. 2 изображена принципиаль"ная электрическая схема устройства,у которого один из элементов индуктивного сопротивления выполнен в виденелинейного ферромагнитного элемента, а второй - в виде катушки индуктивности. К нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно обмотка 2переменного тока насыщающегося реактора с подмагничиванием, обмотка 3управления которого подсоединена кисточнику постоянного тока. Вторичнаяобмотка 4 силового трансформаторашунтирована последовательно соединенными катушкой 5 индуктивности иконденсатором 6, который в свою очередь шунтирован нелинейным Ферромагнитным элементом , выпрямительныйблок 8 подключен к конденсатору, авыпрямительный блок 9 - к катушкеиндуктивности, противоположные диагонали указанных блоков соединеныпараллельно и подключены к обмоткеуправления 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 практицески замкнутого треугольника, аподпитка выпрямительного блока 8 отконденсатора 6 обеспецивает необходимую велицину выпрямленного тока вобмотке 3 управления, цто, в своюочередь, дает возможность иметь необходимое сопротивление обмотки 2 с точки зрения требований по координации изоляции и динамической устойчивости электротехнического оборудования, Электрические параметры срабатывания оыпрямительного блока 9 превышают аналогичные параметры срабатывания выпрямительного блока 8,поэтому в данном режиме взаимныевлияния 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 изменения919013 результирующей величины сопротивления нулевой последовательности в слук конденсатору 6, а эффективность занансного контура, состоящего из индук ствия между обмоткой 2 насыщающегосяреактора и обмоткой 4 силового транс 35 ляющих элементов. В то же время, устройство обеспечивает подготовительный При одновременном воздействии внут Оренних перенапряжении и токов короткого замыкания в результате одновременного появления электрических и режим вторичной обмотки ч силовоготрансформатора и выпрямительного блока 9, гарантирующий своевременное огтепловых пробоев в изоляции электротехнического оборудования и на линиях электропередач обмотка трансформатора М работает в режиме разомкнутого треугольника благодаря возникновению резонансного контура между параллельно соединенными конденсатором 6 и ферромагнитным элементом 7, а максимальная расчетная величина напряжения на индуктивной катушке 5 обеспечивает эффективную работу выпрямительного блока 9, соответствующийвыпрямленный ток в обмотке 3 управления, а поэтому необходимую эффективность заземления нейтрали 1 силового трансформатора в результате сни 4550 55 цае 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 ростувеличины выпрямленного тока в обмотке 3 управления с соответствующимуменьшением сопротивления обмотки 2.Средняя величина напряжения насыщения нелинейного Ферромагнитного элемента 7 еще не проявляет заметногошунтирующего действия по отношению земления нейтрали 1 силового транс-форматора даже в случае некоторойрасстройки последовательного резотивной катушки 5 и конденсатора 6,практически не изменяется, Повышение напряжения на индуктивной катушке 5 является в этом режиме еще недостаточным для срабатывания выпрямитель- ного 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 принятыхэлектрических характеристик составраницение 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 5 и конденсатора 6, в результате эффективной шунтировки конденсатора 6 нели 1 о 15 2 О 25 зо нейным ферромагнитным элементом 7,напряжение на выпрямительном блоке 8снижается, цто, в свою очередь, приводит к снижению величины выпрямленного тока в обмотке 3 управления ив случае необходимости к его отключению выпрямительным блоком 8, цемобеспечивается необходимое сопротивление обмотки 2 переменноо тока насыщающегося реактора,Юунтировка конденсатора 6 Ферромагнитным элементом 7 обеспечиваетрезкий подъем напряжения на индуктивной катушке 5 и срабатывание выпрямительного блока 9, обеспечивающего,во-первых, совершенно незначительныйток в обмотке 3 управления с точкизрения влияния на изменение величины сопротивления обмотки 2 при токах,короткого замыкания, а во-вторых,гарантирующего надежную подготовкузащитного устройства к ограничениюперенапряжений, появление которых возможно в результате тепловых повреждений изоляции и обрывов фаз линийэлектропередач.Следовательно, при появлении токовкороткого замыкания в сети автоматицески возрастает до необходимогоуровня результирующая величина сопротивления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства на основе Функционального взаимодействия между обмотками 2 и 1в результате изменившихся электрицеских параметров составляющих элементов.жения сопротивления обмотки 2 переменного тока.Следовательно, режим заземления нейтралисилового трансформатора через обмотки 2 переменного тока5 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;20Формула изобретенияУстройство 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, З 5 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 напряжений и токов короткого замыкания и уменьшения габаритов устройства, оно снабжено вторым выпрямительным мостом, одна диагональ которого подсоединена к выводам обмоткиуправления насыщающегося реактора,а вторая подсоединена параллельноконденсаторной 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 ич а ю щ е е с я тем, что элементыиндуктивного сопротивления выполненыв 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 ич а ю щ е е с я тем, что один элемент индуктивного сопротивления выполнен в виде нелинейного ферромагнитного элемента, а второй - в видекатушки индуктивности, причем в виденелинейного ферромагнитного элементавыполнен элемент индуктивного сопротивления, шунтированный конденсатором. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 550713, кл, Н 02 Н 9/02, 1977,2, Авторское свидетельство СССРпо заявке М 29 ч 5739/2-07кл, Н 02 Н 9/00, 1980.919013 Составитель П. Дементьевава Техред 11, Надь Корректор М. Шароши Редактор Л. Гор 70 исноеСССР ид/5 о ул, Проектная, 4 П Ла гент жго 1 г 1 иа аказ 2156/36 ТиражВНИИПИ Гопо дела ударственн изобретен ж, Пго комите й и откры аушская н