трансформатор тока нулевой последовательности

Формула изобретения

1. Трансформатор тока нулевой последовательности, содержащий тороидальный сердечник из магнитомягкого материала с равномерно намотанной вторичной обмоткой, первичную трехфазную обмотку, расположенную в окне сердечника, и экран из магнитомягкого материала, установленный между первичной и вторичной обмотками, отличающийся тем, что каждая фаза первичной обмотки трансформатора выполнена в виде n секций, каждая из которых состоит из двух идентичных параллельно соединенных проводников, равномерно расположенных по окружности и чередующихся между собой в порядке следования фаз так, что угол между проводниками одной секции составляет 180^o/n, а угол между смежными проводниками составляет 60^o/n.

2. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что экран выполнен из двух частей, в совокупности охватывающих сердечник со вторичной обмоткой, при этом части экрана с внутренней стороны сердечника установлены внахлест и с возможностью изменения расстояния между кромками частей экрана в осевом направлении.

3. Трансформатор по п. 2, отличающийся тем, что части экрана скреплены между собой посредством резьбового соединения и подпружинены к торцам сердечника.

4. Трансформатор тока по любому из пп. 1 3, отличающийся тем, что содержит держатель проводников секций первичной обмотки из электроизоляционного материала, расположенный в окне сердечника.

Описание изобретения к патенту

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

В настоящее время в электротехнике применяются трансформаторы тока нулевой последовательности, для большинства которых характерно наличие сигнала небаланса, который не может быть полностью скомпенсирован даже при токе нулевой последовательности, равном нулю.

Так, известен трансформатор тока нулевой последовательности, в котором каждый фазный проводник первичной обмотки, имеющий форму винтовой линии, одинаково прилежит к виткам вторичной обмотки [1] Такой трансформатор содержит тороидальный магнитомягкий сердечник с равномерной вторичной обмоткой и расположенную в окне сердечника трансформатора первичную обмотку, состоящую из фазных проводников, равномерно прилегающих к виткам вторичной обмотки и прикрепленных к ней с помощью держателя.

Такая конструкция трансформатора в некоторых случаях позволяет уменьшить сигнал небаланса, но не дает возможности избавиться от него, так как в зависимости от асимметрии нагрузки в каждой фазе первичной обмотки могут протекать разные по величине токи. Поэтому магнитная связь проводников первичной обмотки с проводниками вторичной обмотки не равна нулю, и во вторичной обмотке наводится сигнал небаланса, который в некоторых случаях при появлении токов утечки может уменьшаться. Кроме этого, с изменением мощности потребителя у него изменяется сигнал небаланса, то есть изменяется чувствительность к токам утечки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является трансформатор тока нулевой последовательности, содержащий тороидальный сердечник из магнитомягкого материала с равномерно намотанной вторичной обмоткой, первичную трехфазную обмотку, расположенную в окне сердечника, и экран из магнитомягкого материала, установленный между первичной и вторичной обмотками [2]

Как и в описанных выше трансформаторах тока в известном конструктивном варианте выполнения сигнал небаланса не может быть полностью скомпенсирован. Применяемый экран замыкает на себя потоки рассеяния первичной обмотки, уменьшая потокосцепление со вторичной обмоткой, а значит и сигнал небаланса в ней. Однако трансформатор работает нестабильно при изменении мощности потребителя, что приводит к снижению чувствительности к токам утечки.

Кроме того, используемая конструкция экрана не позволяет защищать трансформатор от внешних магнитных и электрических полей, что также уменьшает чувствительность к токам утечки.

Целью изобретения является создание трансформатора тока нулевой последовательности с таким конструктивным выполнением первичной обмотки, при котором сумма токов потоков рассеяния, создаваемых проводниками первичной обмотки, была бы практически равна нулю при токе нулевой последовательности, равном нулю, что повышало бы чувствительность трансформатора к токам утечки.

Это решается тем, что в трансформаторе тока нулевой последовательности, содержащем тороидальный сердечник из магнитомягкого материала с равномерно намотанной вторичной обмоткой, первичную трехфазную обмотку, расположенную в окне сердечника, и экран из магнитомягкого материала, установленный между первичной и вторичной обмотками, каждая фаза первичной обмотки трансформатора выполнена в виде n секций, каждая из которых состоит из двух идентичных параллельно соединенных проводников, равномерно расположенных по окружности и чередующихся между собой в порядке следования фаз, так что угол между проводниками одной секции составляет 180^о/n, а угол между смежными проводниками составляет 60^o/n.

Целесообразно, чтобы экран был выполнен из двух частей, в совокупности охватывающих сердечник со вторичной обмоткой, при этом части экрана с внутренней стороны сердечника установлены внахлест и с возможностью изменения расстояния между кромками частей экрана в осевом направлении.

Технологично, чтобы части экрана были скреплены между собой посредством резьбового соединения и подпружинены к торцам сердечника.

Конструктивно целесообразно, чтобы трансформатор содержал держатель проводников секций первичной обмотки из электроизоляционного материала, расположенный в окне сердечника.

Предлагаемый трансформатор тока нулевой последовательности благодаря использованию в нем секционного выполнения фаз первичной обмотки позволяет взаимокомпенсировать потоки рассеяния, создаваемые проводниками первичной обмотки, независимо от асимметрии нагрузки и технологических погрешностей при изготовлении трансформатора, что повышает чувствительность к токам утечки.

Использование предложенного конструктивного выполнения экрана из магнитомягкого материала позволяет, с одной стороны, изменять электромагнитную связь между первичной и вторичной обмотками при изменении мощности нагрузки для нормирования сигнала небаланса, а с другой стороны уменьшить наводку от внешних магнитных и электрических полей.

Кроме того, при одних и тех же габаритах трансформатора за счет секционного выполнения первичной обмотки можно осуществлять защиту более мощных электроприемных устройств, так как при этом увеличивается допустимый ток через секции первичной обмотки.

Изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его выполнения и прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 изображен трансформатор тока нулевой последовательности с первичной обмоткой, в которой каждая фаза состоит из одной секции (с частичным вырывом); на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схематичное расположение первичной обмотки, в которой каждая фаза состоит из двух секций.

Трансформатор тока нулевой последовательности содержит тороидальный сердечник 1 (фиг. 1) из магнитомягкого материала с равномерно намотанной вторичной обмоткой 2. В окне сердечника 1 расположена первичная трехфазная обмотка 3, каждая фаза А, В, С которой выполнена в виде n секций А"-А"", B"-В"", С"-С"" (в описываемом варианте n 1).

Каждая секция первичной обмотки 3 состоит из двух идентичных параллельно соединенных проводников 4, равномерно расположенных по окружности и чередующихся между собой в порядке следования фаз А, В, С. При этом угол между проводниками 4 одной секции (фазы) А"-А"", В"-В"", С"-С"" в общем случае составляет 180^o/n (в описываемом варианте 180^о), а угол между смежными проводниками 4 составляет 60^о/n (60^o). При n 1 секции фазных проводников А, В, С расположены под углом 120^о, а в каждой секции А" А"", В" В"", С" С"" проводники 4 оказываются диаметрально противоположны.

Для уменьшения влияния внешних магнитных и электрических полей и снижения потоков рассеяния в трансформаторе предусмотрен экран 5 из магнитомягкого материала, полностью охватывающий сердечник 1 со вторичной обмоткой 2. При этом для изменения электромагнитной связи между первичной и вторичной обмотками 3 и 2 при изменении мощности нагрузки для нормирования сигнала небаланса экран 5 выполнен разъемным, из двух частей. Части экрана 5 с внутренней стороны сердечника 1 установлены внахлест и с возможностью изменения расстояния между кромками частей экрана 5 в осевом направлении. В описываемом варианте для этой цели на примыкающих частях экрана 5 выполнена резьба 6, а сами части экрана 5 с помощью пружин 7 удерживаются на сердечнике 1.

На фиг. 2 представлен трансформатор тока нулевой последовательности в продольном разрезе. Секция фазы первичной обмотки 3 имеет форму рамки, в других вариантах она может иметь форму винтовой линии, а также быть жесткой или гибкой.

Для придания всей конструкции трансформатора тока жесткости и для равномерного расположения проводников 4 секций первичной обмотки 3 имеется держатель 8 из электроизоляционного материала, установленный в окне сердечника 1.

На фиг. 3 условно представлено расположение проводников 4 первичной обмотки 3 при числе секций, равном двум. При этом еще в большей степени достигается уменьшение сигнала небаланса.

Принцип действия предлагаемого трансформатора тока аналогичен принципу действия известных проходных трансформаторов тока. Однако в нем каждая система фазных проводников А", В", С" и А"", В"", С"" (фиг. 1) создает потоки рассеяния, которые в каждый момент векторно противоположны друг другу и взаимокомпенсируются независимо от асимметрии нагрузки и технологических погрешностей в изготовлении трансформаторов.

Экспериментальные исследования показали, что таким способом сигнал небаланса можно уменьшить более чем на порядок. Это позволяет, с одной стороны, повысить чувствительность устройств защиты от токов утечек, а с другой стороны, упростить эти устройства. Кроме этого, при одних и тех же габаритах трансформатора тока за счет расщепления фазных проводников можно осуществить защиту более мощных электроприемников, так как увеличивается допустимый ток через секции фазных проводников.

При пропускании через трансформатор тока нулевой последовательности четвертого нулевого рабочего проводника он становится трансформатором, реагирующим не на ток нулевой последовательности, а на ток утечки, так как + + 3. В этом случае нулевые проводники для уменьшения сигнала небаланса располагают в пространстве между фазными проводниками одинаково прилегающими к внутренней поверхности вторичной обмотки.

В трехпроводных трехфазных сетях трансформатор тока нулевой последовательности идентичен трансформатору тока утечки, так как + + .

Трансформатор тока утечки можно применять в двухфазных сетях с нулевым проводом и однофазных сетях, подключив соответствующим образом их обмотки. В первом случае две секции трансформатора включаются в разрыв фазных проводников, а третья секция в разрыв нулевого провода, во втором случае в разрыв одной секции включается фазный проводник, а в разрыв второй секции нулевой проводник, одна секция не подключается. Однако для лучшей компенсации сигнала небаланса во втором случае нужно оставлять только две секции, располагая их перпендикулярно друг другу.