устройство для защиты от феррорезонансных перенапряжений литых трансформаторов напряжения в электрической сети с изолированной нейтралью

Формула изобретения

Устройство для защиты от феррорезонансных перенапряжений литых трансформаторов напряжения в электрической сети с изолированной нейтралью, отличающееся тем, что обмотки трех однофазных трансформаторов напряжения типа НОЛ соединяются в звезду, причем объединенные нулевые выводы XYZ обмоток высокого напряжения (ВН) и клеммы к которым они присоединяются должны выдерживать испытательное напряжение этих обмоток, причем между нулевым выводом этих трансформаторов и землей подключается первичная обмотка четвертого трансформатора напряжения типа НОЛ, вторичная обмотка которого используется для подключения реле контроля изоляции сети с изолированной нейтралью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты литых трансформаторов контроля изоляции при феррорезонансе и перемежающихся дуговых замыканиях на землю, а также для повышения эффективности учета электрической энергии.

Наиболее близким к предлагаемому устройству являются трансформаторы напряжения (ТН) типа 3×ЗНОЛ и 3×ЗНОЛП (фиг.1), где буква «П» обозначает «предохранительное защитное устройство» с R_A =13 Ом. У ТН типа 3× ЗНОЛ к объединенным выводам Х обмоток АХ подключаются параллельно соединенные три сопротивления, каждый из которых равен 3 и 2,4 кОм для напряжений соответственно 6 и 10 кВ.

Недостатками ТН типа 3×ЗНОЛ являются их повреждаемость и снижение класса точности при феррорезонансе и перемежающихся дуговых замыканиях на землю [1, стр.158].

Главная причина возникновения этих недостатков заключается в конструктивном исполнении трансформаторов с литой изоляцией. Нулевой вывод обмотки ВН размещен близко к заземленному выводу низковольтной обмотки ТН ( 15 мм) и к его основанию (33 мм). При номинальном напряжении электрической сети через обмотку ВН и резистор протекает ток, не представляющий опасности для них. При повышении напряжения до линейного ток увеличивается на . В этом режиме на такую же величину увеличивается падение напряжения на резисторе, которое при снижении изоляции между выводом «X» обмотки ВН и другими заземленными частями ТН может вызвать протекание тока между «X» и «х» НН. Причем снижение изоляции обусловлено расположением этих выводов вблизи основания установки ТН, где процесс загрязнения и увлажнения наиболее высок. При повышении напряжения в электрической сети повышение напряжения и тока, протекающего по резистору, будут ограничены из-за протекания токов утечки с высоковольтного вывода «X» на близлежащие заземленные части. Поэтому эти сопротивления при любых повышениях напряжений не подвергаются повреждениям, чего нельзя сказать об обмотках ТН. При перемежающейся дуге обмотки повреждаются не в данный момент времени протекания этого негативного процесса, а после многочисленных подобных ситуациях из-за постепенного обугливания изоляции, которая становится электропроводной. При феррорезонансе, когда емкость электросети равна индуктивности ТН, по его обмотке ВН протекает ток, многократно превышающий номинальный ток ТН.

При значительном удалении вывода «X» обмотки ВН от заземленных частей токи утечки по корпусу ТН резко уменьшаются.

Одновременно с этим в той же мере увеличивается ток, проходящий по резистору, который, сгорая, выполняет функцию предохранителя для защиты ТН от повреждений при повышении напряжения в сети 6-10 кВ. При сравнительном анализе установки со стороны ВН или НН наиболее эффективным, надежным и удобным в эксплуатации является установка «предохранителя» со стороны НН трансформатора напряжения. При этом не возникает электрическая дуга, как в случае установки «предохранителя», со стороны высокого напряжения.

При установке «предохранителя» в корпусе ТН (ЗНОЛП) остаются незащищенными шины 6-10 кВ этой ячейки. Поэтому при коротком замыкании в этой ячейке действует максимально-токовая защита силового трансформатора, имеющая повышенное время действия на отключение. Из-за этого часто происходит сгорание не только любой из поврежденных ячеек (в данном случае ячейки ТН), но и соседних ячеек 6-10 кВ. При повреждении ячейки ТН повреждаются и сами трансформаторы напряжения. Здесь следует отметить, что повреждения ТН от витковых и других замыканий крайне редки. Повреждение происходит главным образом от возникновения токов при феррорезонансных явлениях.

Одновременно с этим необходимо принять во внимание факт, что увеличение тока утечки в обмотке ВН обусловливает повышение напряжения на вторичной обмотке ТН и, как следствие, происходит снижение класса точности при учете электроэнергии.

Повреждения ТН (ЗНОЛ) от феррорезонансных процессов (ФРП) фиксируются в 100% случаях их возникновения, так как они не рассчитаны на работу в этом режиме. Следовательно, необходимо рассчитать и изготовить ТН таким образом, чтобы он выдерживал токи перегрузки или автоматически исключал возникший ФРП. В этом и заключается актуальность проблемы.

Известно, что главным требованием к трансформаторам напряжения контроля изоляции (ТНКИ), устойчивым к воздействию феррорезонансных процессов, является снижение номинальной индукции в магнитопроводе до значения В_НОМ=0,9Т_Л по сравнению с принятым в настоящее время 1,5Т_Л. В переводе на уровень напряжения это означает увеличение номинального напряжения ТН приблизительно в 1,7 раза, т.е. ТН, рассчитанный на 6 кВ, должен быть рассчитан на 10 кВ. Наличие в каждом ЗНОЛ обмотки контроля изоляции (Фиг.1) увеличивает не только затраты на изготовление ТН, но и их габариты, а следовательно, и габариты ячейки для их установки.

Цель изобретения - повышение надежности работы литых трансформаторов напряжения и эффективности учета электрической энергии.

Указанная цель достигается тем, что обмотки трех однофазных трансформаторов напряжения типа НОЛ соединяются в звезду, причем объединенные выводы XYZ обмоток высокого напряжения и клеммы, к которым они присоединяются, должны выдерживать испытательное напряжение этих обмоток, причем между нулевым выводом этих трансформаторов и землей подключается первичная обмотка четвертого трансформатора напряжения типа НОЛ, вторичная обмотка которого используется для подключения реле контроля изоляции сети с изолированной нейтралью. Электрическая схема включения представлена на Фиг.2.

В технической литературе нередко отмечается, что установка в нейтрали высоковольтной обмотки ТНКИ сопротивления более 10 кОм увеличивает их погрешность работы. Однако проведенные испытания трансформатора напряжения НАМИТ-10-2 [2, стр.166] показал, что при разомкнутой вторичной обмотке трансформатора нулевой последовательности ТНП, имеющего z 400 кОм, погрешность при номинальной (67 В·А) и меньшей (17 В·А) нагрузке не превышает пределы основной погрешности по напряжению и углу. Впервые трансформатор ТНП был использован в устройстве, разработанном в 1985 году (авторское свидетельство на изобретение №1319158 СССР МКНЗ Н02Н 9/04 [4].

Одновременно с этим следует отметить справедливость выводов в отношении использования резисторов выше 10 кОм. В этом случае увеличение погрешности происходит за счет возникновения токов утечки по изолятору нулевого вывода обмотки ВН трансформаторов НТМИ-10, ЗНОЛ или ЗНОЛП при повышении напряжения в электрической сети. В этом режиме у ТН НАМИТ-10-2 и НОЛ токи утечки отсутствуют, так как их нулевые выводы выдерживают испытательное напряжение.

В трехфазных трехпроводных сетях с изолированной нейтралью широкое применение нашли двухэлементные счетчики, подключаемые к трансформаторам тока и напряжения, включенным по схеме соединения соответственно в неполную звезду и открытый треугольник.

Однако существенным недостатком этих схем являются повышенные погрешности в некоторых режимах работы электроустановок [3, стр.83, 94]. Например, при включении ТН в открытый треугольник и включенной нагрузке на напряжение U_СА возникают значительные погрешности учета электроэнергии.

Это вызывает необходимость обязательного применения:

- схемы соединения трансформаторов тока в полную звезду;

- трансформаторов напряжения со схемой соединения Y/Y-0 без заземления нейтрали обмоток ВН, что определит отсутствие сигнализации о замыкании на землю;

- трехэлементных электрических счетчиков активной энергии.

Поэтому возникает необходимость дополнительного использования трансформаторов контроля изоляции.

Применение комплекта из четырех трансформаторов напряжения НОЛ, включенных по схеме Фиг.2 позволит исключить все вышеуказанные недостатки.

Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме на выводах трех трансформаторов НОЛ, соединенных в звезду, функционируют линейные и фазные напряжения, а на выводах трансформатора ТНП напряжение отсутствует, т.е. устройство контроля изоляции не работает. При замыкании на землю любой одной из фаз высоковольтной электросети заземленный вывод ТНП окажется под напряжением замкнувшейся на землю фазы. Таким образом, первичные обмотка трансформатора ТНП и обмотка замкнувшейся фазы трансформатора НОЛ, соединенная в звезду, окажутся под фазным напряжением. Этим определяется соответственно сохранение трех фаз в цепях измерения и учета с незначительным искажением значения фазного напряжения замкнувшейся фазы.

При этом исключается режим возникновения феррорезонанса, вызывающий повреждение трансформатора напряжения (ТН). Появление напряжения на трансформаторе ТНП обеспечивает работу цепей контроля изоляции.

Без трансформатора ТНП при однофазном замыкании одной из фаз две другие фазы оказываются под линейным напряжением В этом случае при возникновении феррорезонанса создаются условия повреждения ТН.

Литература.

1. Эткинд Л. Защита трансформаторов напряжения в сетях 3-35 кВ// Новости электротехники - 2003 - №5(23).

2. Степанов Ю.А., Степанов Д.Ю. Повышение надежности работы электрооборудования на основе совершенствования теоретического материала. - Часть 4 - Самара: Издательство «Самарский университет», 2005.

3. Степанов Ю.А., Степанов Д.Ю. Повышение надежности работы электрооборудования на основе совершенствования теоретического материала. - Часть 3 - Самара: Издательство «Самарский университет», 2004.

4. Устройство для защиты от резонансных перенапряжений трансформаторов напряжения в сети с изолированной нейтралью/ Ю.А.Степанов, А.П.Кузнецов, М.Н.Игнатьев// Открытия. Изобретения. 1987. №23.