Система захисту для трансформаторів напруги

Реферат: Предметом винаходу є система захисту для трансформаторів напруги, призначена для гасіння ферорезонансних станів, що виникають у трансформаторі напруги в енергосистемах з високою та середньою напругою. Система відповідно до винаходу включає схему детектування ферорезонансу (3), приєднану до клем вторинної обмотки трансформатора напруги (2) та паралельно демпфірувальному колу (4), яке включає перемикальні засоби (6), з'єднані послідовно з демпфірувальним навантаженням (7). Система відповідно до винаходу включає блок керування (5), приєднаний до перемикальних засобів (6), який включає генератор широтно-імпульсної модуляції (ШІМ). UA 100052 C2 (12) UA 100052 C2 UA 100052 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Предметом винаходу є система захисту для трансформаторів напруги, призначена для гасіння ферорезонансних станів, що виникають у трансформаторах напруги енергосистем високої та середньої напруги. Регульована антиферорезонансна схема для ємнісного трансформатора напруги є відомою з опису патенту Великобританії № 1150865. Система включає демпфірувальне навантаження, запірний напівпровідниковий тринистор та пускові засоби. Напівпровідниковий тринистор забезпечує з'єднання демпфірувального навантаження з проміжним трансформатором напруги. Пускові засоби забезпечують провідність перемикача під час присутності небажаних коливань. Аналогічно, з патентної заявки Німеччини DE 2704112 відома система захисту, яка захищає вторинну обмотку проміжного трансформатора напруги. Ця система включає демпфірувальне навантаження, з'єднане з ПТС-резистором, підключеним до перемикача. Перемикач контролюється реле часу, яке вмикає демпфірувальне навантаження на період нагрівання ПТСрезистора. З опису патенту США № 3401272 відома система для гасіння ферорезонансних станів. Ця система включає схему детектування ферорезонансу, з'єднану з клемами вторинної обмотки трансформатора напруги та з демпфірувальним колом, яке, у свою чергу, включає систему керування у формі схеми синхронізації, перемикальні засоби та демпфірувальне навантаження у формі резистора. Перемикальні засоби, використовувані для підключення та відключення активного навантаження, керуються схемою синхронізації після одержання відповідного сигналу від системи детектування ферорезонансу. Система детектування ферорезонансу включає котушку індуктивності та резистор, з'єднані послідовно. Якщо відбувається насичення осердя трансформатора напруги, система детектування ферорезонансу генерує сигнал для схеми синхронізації, що контролює перемикальні засоби, які негайно під'єднують демпфірувальне навантаження. Система перемикача контролює перемикальні засоби у такий спосіб, що активне навантаження залишається підключеним до вихідних клем трансформатора напруги протягом періоду 20-30 циклів, у той час як поріг комутації перемикальних засобів безперервно змінюється протягом цього часу так, щоб через 20-30 циклів демпфірувальне навантаження повністю відключалося. У представленій системі, вихідний сигнал системи детектування ферорезонансу спричинює негайне підключення активного навантаження, незалежно від виникнення постійного ферорезонансного стану або короткочасного проміжного стану насичення осердя трансформатора напруги. Якщо виникає короткочасний проміжний стан насичення осердя трансформатора напруги, активне навантаження підключається перемикальними засобами фактично без реальної потреби. Суттю системи захисту для трансформаторів напруги, що включає схему детектування ферорезонансу, підключену до клем вторинної обмотки трансформатора напруги та паралельно демпфірувальному колу, яке включає блок керування та перемикальні засоби, з'єднані послідовно з демпфірувальним навантаженням, є те, що блок керування включає генератор ШІМ (широтно-імпульсної модуляції, PWM), а його вихід з'єднаний із входом сигналу керування перемикальних засобів, і один з його виходів підключений до виходу або виходів схеми детектування ферорезонансу. Краще, блок керування має форму мікроконтролерної системи з генератором ШІМ (широтно-імпульсної модуляції). Краще, система детектування ферорезонансу включає резистор та котушку індуктивності з магнітним осердям, з'єднані послідовно, у той час як характеристику котушки індуктивності вибирають у такий спосіб, щоб у випадку насичення осердя трансформатора, осердя цієї котушки індуктивності також насичувалося. Краще, система детектування ферорезонансу включає міст опорів, у якому до одного з його плечейпаралельно підключена котушка індуктивності з магнітним осердям, і опори резисторів та характеристику цієї котушки індуктивності вибирають у такий спосіб, щоб за умов нормальної роботи трансформатора величина напруги на клемах цієї котушки індуктивності була нижче її рівня насичення, напруга на діагоналі моста була близькою до нуля, а у випадку насичення осердя трансформатора осердя цієї котушки індуктивності також насичувалося і напруга на діагоналі моста відрізнялася від нуля. Система захисту для трансформаторів напруги відповідно до винаходу представлена схематично на кресленнях, де Фіг. 1 зображує схематично трансформатор напруги з приєднаною системою захисту, Фіг. 2 - принципова схема демпфірувального кола, Фіг. 3 принципова схема системи детектування резонансу у першому варіанті втілення винаходу, Фіг. 4 - принципова схема системи детектування резонансу у другому варіанті втілення винаходу, Фіг. 5 - характеристики напруги на клемах трансформатора та струму в системі, у якій виникає ферорезонанс. 1 UA 100052 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Система захисту 1 приєднана до вихідних клем вторинної обмотки трансформатора напруги 2. Система включає систему детектування ферорезонансу 3, входи якої приєднані до вихідних клем трансформатора напруги 2. Плече з демпфірувальним колом 4 приєднане паралельно до системи детектування ферорезонансу. Демпфірувальне коло 4 включає блок керування 5, вихід якого приєднаний до перемикальних засобів 6, з'єднаних послідовно з демпфірувальним навантаженням 7. Схема керування включає джерело електроживлення 8, підключене до головних клем демпфірувального кола 4 через мостовий випрямляч 9. Виходи джерела електроживлення 8 приєднані до силових входів блока керування 5. Третій вхід блока керування приєднаний через нормуючу систему 10 до виходу системи детектування ферорезонансу 3. Джерело електроживлення 8 приєднане паралельно плечу, утвореному перемикальними засобами 6 та демпфірувальним навантаженням 7, з'єднаними послідовно. Блок керування 5 включає генератор ШІМ. Блок керування, краще, має форму мікроконтролерної системи з генератором ШІМ. Мікроконтролерна система з генератором ШІМ приєднана до системи детектування ферорезонансу 3 у такий спосіб, що вихідні сигнали цієї системи є вхідними сигналами мікроконтролерної системи з генератором ШІМ, який після підрахунку імпульсів вхідного сигналу та розпізнавання ферорезонансного стану у трансформаторі напруги 2 запускає генератор ШІМ, утворюючи високочастотний сигнал керування перемикальними засобами 6. Параметри вихідного сигналу генератора ШІМ змінюються у часі відповідно до запрограмованої схеми, з метою забезпечення поступового підключення та відключення демпфірувального навантаження 7. У представленому прикладі варіанта втілення, джерело електроживлення 8, а також плече, що містить демпфірувальне навантаження 7 та перемикальні засоби 6, приєднані до клем головного демпфірувального блока через мостовий випрямляч 9. Є можливими інші варіанти втілення винаходу, у яких джерело електроживлення може бути реалізоване як його власне джерело живлення, наприклад, у формі батарей, не зображених на фігурі. Також можна приєднати плече, яке включає демпфірувальне навантаження 7 та перемикальні засоби 6, безпосередньо до головних клем демпфірувального кола, без використання мостового випрямляча, що не зображено на фігурі. Це вимагає використання перемикальних засобів 6 із двоспрямованим струмом. У першому варіанті втілення винаходу, система детектування ферорезонансу 3 складається з резистора 11 та котушки індуктивності 12 з магнітним осердям, з'єднаних послідовно. В другому варіанті втілення винаходу, система детектування ферорезонансу складається з резисторів 11a, 11b, 11c та 11d, з'єднаних мостом, у якому котушка індуктивності 13 з магнітним осердям приєднані паралельно до одного з плечей. Система захисту відповідно до винаходу працює у такий спосіб. Якщо виникає стан насичення осердя трансформатора 2, система детектування ферорезонансу 3 генерує імпульси керування для мікроконтролерної системи з генератором ШІМ, починаючи з моменту часу t 1, коли виникає насичення осердя трансформатора. Задачею мікроконтролерної системи з генератором ШІМ є захист системи від необгрунтованого підключення демпфірувального навантаження до клем трансформатора 3, яке може призводити до помилок роботи автоматичних систем захисту. Це потребує розрізнення постійного ферорезонансного стану від короткотривалого проміжного стану насичення осердя трансформатора. Для цього, мікроконтролерна система з генератором ШІМ підраховує імпульси керування за визначений проміжок часу, починаючи з моменту часу t1. Перевищення заданого числа підрахованих імпульсів за визначений проміжок часу приводить до детектування ферорезонансного стану мікроконтролерною системою з генератором ШІМ. Детектування ферорезонансного стану спричинює активацію мікроконтролерної системи з генератором ШІМ у момент часу t 2. Мікроконтролерна система з генератором ШІМ генерує високочастотні сигнали, керуючи перемикальними засобами 6. Сигнали керування перемикальними засобами 6 створюються у генераторі ШІМ відповідно до запрограмованої схеми у такий спосіб, щоб величина демпфірувального опору демпфірувального навантаження 7, після відфільтровування високочастотних компонентів, спричинюваних ШІМ при перемикані, мала наступний характер змін у часі. Починаючи з моменту часу t2 до моменту часу t3, величина демпфірувального опору знижується до мінімальної величини. Починаючи з моменту часу t 3 до моменту часу t4, величина демпфірувального опору підтримується на постійному рівні, після чого, починаючи з моменту часу t4 до моменту часу t5, величина демпфірувального опору зростає до величини, близької до нескінченності, що характеризує суму опорів перемикальних засобів 6 у розімкненому стані та опору демпфірувального навантаження 7. Підтримання постійної величини демпфірувального опору у проміжок часу t3-t4 є необов'язковим. В описаній схемі, досягається запрограмований хід 2 UA 100052 C2 5 10 15 20 зміни сумарного демпфірувального опору, підключеного до клем трансформатора 2 і, отже, також струму, що протікає в демпфірувальному навантаженні 7. У такий спосіб можна уникнути кидка, що виникав би у випадку негайного підключення демпфірувального навантаження 7, а також небезпеки повторного індукування ферорезонансного стану, яке відбувалося б при різкому відключенні демпфірувального навантаження 7. У першому варіанті втілення винаходу, у системі детектування ферорезонансу 3 характеристику котушки індуктивності з магнітним осердям вибирають так, щоб у випадку насичення осердя трансформатора 2, осердя котушки індуктивності 12 також насичувалося. Насичення котушки індуктивності 12, яке виникає у випадку насичення осердя трансформатора 2, спричинює зростання струму, що протікає через резистор 11. Напруга вузла, що з'єднує резистор 11 та котушку індуктивності 12, стає вихідним сигналом системи детектування ферорезонансу 3. У другому варіанті втілення винаходу, у системі детектування ферорезонансу 3, опори резисторів та характеристику котушки індуктивності 13 вибирають у такий спосіб, щоб в умовах нормальної роботи трансформатора 2 величина напруги на клемах котушки індуктивності 13 була нижче рівня насичення, напруга на діагоналі моста була близькою до нуля, а у випадку насичення осердя трансформатора 2, осердя котушки індуктивності 13 також насичувалося би і напруга на діагоналі моста відрізнялася би від нуля. Напруга на діагоналі моста при цьому буде відрізнятися від нуля. Ця напруга стає вихідним сигналом системи детектування ферорезонансу 3. Система захисту розміщена на друкованій платі, яка, краще, є встановленою у корпус та закритою в ньому, утворюючи пристрій, що захищає трансформатор напруги. Цей пристрій приєднаний до зовнішніх клем трансформатора напруги або може бути вбудований у корпус трансформатора та приєднаний до внутрішніх клем трансформатора напруги. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 45 1. Система захисту для трансформаторів напруги, яка включає схему детектування ферорезонансу (3), приєднану до клем вторинної обмотки трансформатора напруги (2) паралельно з демпфірувальним колом (4), яке включає блок керування (5) та перемикальні засоби (6), з'єднані послідовно з демпфірувальним навантаженням (7), яка відрізняється тим, що блок керування (5) включає генератор широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), вихід якого приєднаний до входу сигналу керування перемикальних засобів (6), і один з його входів приєднаний до виходу або виходів схеми детектування ферорезонансу (3). 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що блок керування (5) має форму мікроконтролера з генератором ШІМ. 3. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що система детектування ферорезонансу (3) включає резистор (11) та котушку індуктивності (12) з магнітним осердям, з'єднані послідовно, причому характеристика котушки індуктивності (12) вибрана у такий спосіб, що у випадку насичення осердя трансформатора (2) осердя котушки індуктивності (12) також насичується. 4. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що система детектування ферорезонансу включає міст опорів (11а, 11b, 11c, 11d), у якому до одного з його плечей приєднана паралельно котушка індуктивності (12) з магнітним осердям, і опори резисторів та характеристика котушки індуктивності (12) вибрані у такий спосіб, що в умовах нормальної роботи трансформатора (2) величина напруги на клемах котушки індуктивності (12) нижче її рівня насичення, напруга на діагоналі моста близька до нуля, а у випадку насичення осердя трансформатора (2) осердя котушки індуктивності (12) також насичується і напруга на діагоналі моста відрізняється від нуля. 3 UA 100052 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4