Пристрій захисту трансформаторів напруги від пошкоджень при ферорезонансних процесах у мережах з ізольованою нейтраллю

Винахід відноситься до електроенергетики і конкретно стосується захисту трансформаторів напруги від пошкоджень надструмами, що виникають при ферорезонансних процесах у мережах з ізольованою нейтраллю. Відомий пристрій захисту трансформатора напруги від ферорезонансних перехідних процесів у мережі, який, спрацьовуючи при появі у напрузі обмотки розімкненого трикутника субгармонічних складових, під'єднує до цієї обмотки навантажувальні резистори, що приводить до гашення цих процесів (Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Высш. шк., 1991. - С.225). Однак ферорезонансні перехідні процеси можуть супроводжуватись не тільки субгармонічними, а й іншими складовими, тому у цих випадках чутливість пристрою буде недостатньою. Найбільш близьким за технічною суттю є пристрій для захисту трансформатора напруги для контролю ізоляції від пошкодження при ферорезонансних процесах у мережі з ізольованою нейтраллю, в якому до виводів вторинної обмотки трансформатора напруги, з'єднаної у розімкнений трикутник, під'єднані виконавчий елемент і резистор, який "гасить" ферорезонансні процеси при спрацюванні виконавчого пристрою (А.с. СРСР №1453510, 1989, Бюл. №3). Однак, як і у попередньому випадку, напруга в обмотці розімкненого трикутника може містити не тільки субгармонічні, а й інші частоти, при яких не відбуватиметься ефективне спрацювання виконавчого елемента та під'єднання резистора до обмотки трансформатора, з'єднаної у розімкнений трикутник. В основу винаходу покладено завдання вдосконалення пристрою захисту трансформаторів напруги від пошкоджень при феррорезонансних процесах у мережах з ізольованою нейтраллю, шляхом уведення додаткових елементів та відповідних зв'язків між ними для ефективного виявлення наявності таких процесів і надійного спрацювання виконавчого пристрою з метою їх га шення. Поставлена задача розв'язується тим, що у пристрій захисту трансформаторів напруги від пошкоджень при ферорезонансних процесах у мережах з ізольованою нейтраллю, в якому до виводів другої вторинної обмотки трансформатора, з'єднаної у розімкнений трикутник, під'єднано виконавчий елемент і резистор, згідно винаходу, додатково введені датчик підвищення напруг, датчик наявності напруги, логічний блок і реле часу, причому датчик підвищення напруг під'єднаний до виводів першої вторинної обмотки трансформатора напруги, до виводів другої вторинної обмотки під'єднаний датчик наявності напруги будь-якої частоти, виходи обох датчиків під'єднані до входу блоку логічного множення, вихід якого під'єднаний до входу реле часу, ви хід якого під'єднаний до входу виконавчого елемента, а до виходу обмотки розімкненого трикутника через нормально розімкнений контакт виконавчого елемента під'єднано резистор. Ферорезонансні процеси (ФРП) на підстанціях електричних мереж виникають між ємністю шин та під'єднаного до них обладнання і нелінійною індуктивністю трансформаторів напруги (ТН) при спрацюванні, наприклад, розрядників під час грози, появі "землі" в мережі, при деяких комутаційних перемиканнях обладнання підстанцій, тощо. Такі процеси супроводжуються довготривалим протіканням струмів у первинних обмотках трансформаторів напруги, які на один-два порядки перевищують їх номінальні значення, появою напруги у нейтралі силового трансформатора підстанцій, близької до фазної, та ростом напруг мережі відносно землі до величин майже лінійних напруг. Ферорезонансні процеси продовжуються, як правило, доти, поки не перегорають первинні обмотки трансформаторів напруги. Для "зриву" ферорезонансних процесів пропонується короткочасно замикати вторинну обмотку трансформатора напруги, з'єднану у розімкнений трикутник, на резистор певної величини (5 - 10Ом), значення якого залежить від конкретних параметрів мережі, Таке під'єднання шунтує нелінійну індуктивність намагнічування трансформатора напруги, розстроює ферорезонансний контур та "зриває" ферорезонансні процеси. Найбільш ефективно "зриває" ФРП замикання вторинної обмотки накоротко, однак це призводить до протікання значних струмів (струмів КЗ) як у вторинній, так і первинній обмотках трансформатора і у кращому випадку згорають запобіжники вторинної обмотки, а в іншому пошкоджується трансформатор. Тому розрахунками визначається оптимальна величина резистора, який дозволяє "зривати" ФРП і не пошкоджувати трансформатор. Фіксація наявності ФРП проводиться за допомогою датчиків підвищення фазних напруг та появи напруги в обмотці розімкненого трикутника, які подають сигнал на спрацювання виконавчого пристрою. Таким пристроєм може бути, наприклад, контактор, який короткочасно закорочує вторинну обмотку трансформатора напруги, зібрану у розімкнений трикутник, на певний опір. На кресленні (фіг.) показана схема з'єднання елементів пристрою захисту трансформатора напруги. До шин 1 підстанції під'єднано первинну обмотку 2 трансформатора напруги. До першої вторинної обмотки 3 його, з'єднаної у зірку з нулем та другої вторинної обмотки 4, з'єднаної у розімкнений трикутник, своїми входами під'єднані датчик 5, що виявляє підвищення всіх фазних напруг, та датчик 6, що виявляє наявність напруги в обмотці розімкненого трикутника. Виходи датчиків 5 та 6 під'єднані до входу блока логічного множення 7, вихід якого з'єднаний зі входом реле часу 8, а його вихід під'єднаний до входу виконавчого елемента 9, через нормально розімкнений контакт 10 якого під'єднано резистор 11 до виводів другої вторинної обмотки 4. До кожної фази A, B, C шині підстанції під'єднано розрядники 12. Пристрій працює таким чином. При спрацюванні розрядника 12, наприклад, під час грози і обриві супроводжуючого струму, між ємністю шин 1 та під'єднаного до них обладнання і трансформатором напруги виникають ферорезонансні автоколивання, які супроводжуються протіканням у первинній обмотці 2 надструмів, що перевищують на порядок і більше номінальні струми ТН. Цей процес затухає дуже повільно, аж поки не пошкоджується ТН, тому що первинні обмотки 2 трансформатора під'єднані до шин 1 без запобіжників або через запобіжники з великими номінальними значеннями струмів плавких вставок. Під час виникнення ферорезонансних автоколивань, на фазні напруги мережі накладаються напруги субгармонічних коливань, що призводить до росту їх в 1,5 - 2 рази, а в обмотці розімкненого трикутника 4 появляється напруга нульової послідовності, величиною до потроєної фазної. Це фіксується датчиками 5, 6. Одночасна поява цих напруг фіксується блоком логічного множення 7, який запускає реле часу 8, а воно з відповідною витримкою часу (декілька періодів промислової частоти) приводить в дію виконавчий елемент 9. Виконавчим елементом 9 може бути, наприклад, контактор, що закорочує обмотку розімкненого трикутника 4 на резистор 11 певної величини. У результаті цього шунтується нелінійна індуктивність намагнічування ТН, "зриваються" ферорезонансні процеси, трансформатор виводиться з небезпечного стану та відновлюється його нормальна робота. Використання такого пристрою дасть змогу захистити тисячі трансформаторів напруги типу НТМИ, Н АМИ, ЗНОМ та ЗНОЛ, що встановлені на підстанціях електричних мереж енергосистем.