Устройство для снижения бросков тока при включении трансформатора

Полезная модель относится к области электротехники, и может быть использована для снижения бросков тока при включениях трансформаторов, преимущественно тяговых. Устройство содержит подключенные к питающей сети выключатель, систему управления выключателем, трансформатор напряжения и устройство синхронного включения тягового трансформатора. Последнее содержит блок синхронизации с напряжением сети, блок настройки момента включения, запоминающее устройство, формирователь сигналов управления, логические элементы «И», соединенные с короткозамыкателями и преобразователями контактных сигналов в логические. Повышается надежность работы электротехнического оборудования за счет стабилизации параметров электропитания.

Полезная модель относится к области электротехники, и может быть использована для снижения бросков тока при включениях трансформаторов, преимущественно тяговых на железнодорожном транспорте.

Известно устройство для устранения бросков тока при включении сетевых трансформаторов, содержащее включенные последовательно с первичной обмоткой трансформатора токоограничивающий резистор, коммутационный элемент, включенный параллельно резистору, и блок управления коммутационным элементом (а.с. СССР 1269755, кл. Н02Н 9/02, 1986).

Недостатком этого устройства является сложная схема подключения трансформатора. Необходимость дополнительных затрат на специальное оборудование приводит к нецелесообразности его применения на действующих тяговых подстанциях.

Известно устройство защиты трехфазного трансформатора от бросков тока, содержащее блок, задающий величину собственного времени срабатывания автоматического выключателя, блок синхронизации, блок задержки и логический элемент «И», первый вход которого соединен с выходом блока задержки, второй вход соединен с выходом блок-контакта, формирующим и подающим сигнал «включение», третий вход подключен к блоку контроля состояния полюсов вакуумного выключателя, а выход логического элемента «И» соединен с входом системы управления приводом полюсов, при этом выход блока синхронизации подключен к первому входу блока задержки (патент РФ на полезную модель 97223, кл. Н02Н 9/02,2010).

Данное устройство имеет довольно сложную конструкцию, включающую избыточные функциональные элементы, в частности, комплект однофазных измерительных трансформаторов, модули расчета остаточной индукции, измерительные преобразователи, наличие которых влечет значительные дополнительные затраты, излишние для задач, решаемых на действующих тяговых подстанциях железнодорожного транспорта.

Известно устройство для реализации способа снижения токов включения при многократных коммутациях трансформатора (патент РФ на изобретение 2093943, кл. Н02Н 9/02, 1997), содержащее подключенные к питающей сети оперативный выключатель, пульт управления выключателем, трансформатор напряжения, соединенный с устройством синхронизации выключателя, содержащим блок синхронизации с напряжением в сети, блок настройки момента отключения выключателя, блок настройки момента включения выключателя, формирователи сигналов управления, первый преобразователь контактных сигналов в логические, один вход которого соединен с нормально закрытым блок-контактом выключателя, второй вход соединен с клеммой для сигнала на отключение от пульта управления выключателем, а выходы соединены через логический элемент И с короткозамыкателем, соединенным с катушкой привода отключения выключателя, а также второй преобразователь контактных сигналов в логические, один вход которого соединен с нормально открытым блок-контактом выключателя, второй вход соединен с клеммой для сигнала на включение от пульта управления выключателем, а выходы соединены через логический элемент И с другим короткозамыкателем, соединенным с другой катушкой привода отключения выключателя.

Известный способ позволяет увеличить надежность работы трансформаторов, коммутационной и защитной аппаратуры за счет снижения электродинамических сил и коммутационных перенапряжений. Однако в устройстве для его реализации предусмотрены средства для задержки по времени при отключении трансформатора от сети. Такое техническое решение при коротком замыкании на оборудовании приводит к более серьезным повреждениям из-за отсутствия возможности мгновенного отключения трансформатора.

Как правило, на тяговых подстанциях один (основной) преобразовательный агрегат, состоящий из тягового трансформатора и выпрямителя, должен постоянно находиться в работе, а второй (резервный) должен подключаться на время увеличении тяговой нагрузки с последующим отключением. В таком режиме в моменты подключения резервного тягового трансформатора часто наблюдаются броски тока, приводящие к провалам напряжения, которые, в свою очередь, приводят к серьезным сбоям в работе микропроцессорной и другой аппаратуры устройств нетяговых потребителей, затрудняют настройку и работу релейной защиты; снижают ресурс оборудования и безопасность движения поездов. Поэтому часто для предупреждения возможных рисков возникновения неисправностей оборудования, на тяговых подстанциях постоянно вынуждены держать в работе оба тяговых трансформатора в не переключаемом режиме, что сопряжено с дополнительными потерями энергии.

Броски тока включения, при неблагоприятном сочетании остаточных индукций в стержнях и фазы включения могут достигать больших значений порядка 5 I_НОМ и более. Входящее в состав предлагаемой полезной модели устройство синхронного включения трансформатора, позволяет запоминать фазу отключения и производить включение именно в такую же фазу. Этим достигается, что площадь синусоиды индукции, которая оказывается в первый период включения выше области насыщения практически стремится к нулю, поэтому величина тока включения в таких случаях не превышает значение номинального тока для трансформатора

I_ВКЛI_НОМ.

Предлагаемой полезной моделью решается задача уменьшения времени работы резервного преобразовательного агрегата за счет обеспечения стабилизации параметров электропитания и повышениями показателей качества питающих электронную и микропроцессорную аппаратуру напряжений.

Технический результат заключается в повышения надежности работы электротехнического оборудования путем мгновенного отключения от сети при достижении параметров электропитания критических значений.

Указанный результат достигается тем, что устройство защиты трансформатора от бросков тока содержит подключенные к питающей сети выключатель, систему управления выключателем, трансформатор напряжения, соединенный с устройством синхронного включения трансформатора. Последнее содержит блок синхронизации с напряжением сети, блок настройки момента включения выключателя, формирователь сигналов управления, первый преобразователь контактных сигналов в логические, вход которого соединен с нормально разомкнутым блок-контактом выключателя, а выход соединен через первый логический элемент «И» с короткозамыкателем, соединенным с катушкой привода включения выключателя, второй преобразователь контактных сигналов в логические, вход которого соединен с нормально замкнутым блок-контактом выключателя, а выход соединен через второй логический элемент «И» с другим короткозамыкателем, соединенным с катушкой привода отключения выключателя.

Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что оно дополнительно содержит запоминающее устройство момента отключения выключателя, третий и четвертый преобразователи контактных сигналов в логические, при этом первый вход запоминающего устройства соединен с блоком синхронизации с напряжением сети, второй вход соединен с выходом второго логического элемента «И», а выход - с блоком настройки момента выключения выключателя, вход третьего преобразователя контактных сигналов в логические соединен с клеммой для сигнала на включение от системы управления выключателем, а выход соединен с первым логическим элементом «И», вход четвертого преобразователя контактных сигналов в логические соединен с клеммой для сигнала на отключение от системы управления выключателем, а выход соединен со вторым логическим элементом «И».

При таком выполнении устройства обеспечивается отключение оборудования без задержки по времени (в любой момент), за счет того, что устройство запоминает в какой момент времени, отсчитываемый от начала периода возрастания напряжения сети в одной из ее фаз, произошло отключение, а замыкание контактов выключателя при очередном подключении трансформатора к сети производится в такой же момент времени, отсчитываемый от такого же, как в предшествующем отключении, начала периода возрастания напряжения в той же самой фазе сети.

Предлагаемое в соответствии с полезной моделью устройство, при небольших изменениях в схеме, может быть применено для снижения бросков тока не только в трехфазных, но и в однофазных и любых многофазных сетях.

На чертеже изображена блочно-модульная схема устройства для снижения бросков тока при включении трансформатора.

В примере выполнения устройства, оно было подключено к тяговым трехфазным трансформаторам типа ТРДП-12500/10, установленным для питания тяговой нагрузки через выпрямительный агрегат на тяговых подстанциях Западно-Сибирской железной дороги.

Устройство содержит подключенные к питающей сети 1 вакуумный выключатель 2, соединенный через тяговый трансформатор 3 с выпрямителем 4. К питающей сети подключены также трансформатор напряжения 5 и устройство 6 синхронного включения трансформатора 3, электрически соединенное с трансформатором напряжения 5 и системой управления 7 выключателем, сигналы на включение и отключение к которой поступают от цепей оперативного управления, телемеханики, релейной защиты и автоматики преобразовательного агрегата.

Выключатель 2 содержит катушки 8, 9 привода соответственно включения и отключения выключателя; а также нормально разомкнутый блок-контакт 10 и нормально замкнутый блок-контакт 11.

Устройство 6 синхронного включения трансформатора содержит блок 12 синхронизации с напряжением сети, соединенный с первым входом запоминающего устройства 13 и первым входом формирователя сигналов управления 14. Выход запоминающего устройства 13 соединен со входом блока 15 настройки момента включения выключателя, выход которого соединен со вторым входом формирователя сигналов управления 14.

Выход формирователя сигналов управления 14 соединен с первым входом логического элемента «И» 16, выход которого соединен со входом короткозамыкателя 17, соединенного с катушкой 8 привода включения выключателя 2.

Второй вход логического элемента «И» 16 соединен с выходом преобразователя 18 контактных сигналов в логические, к которому подключен нормально разомкнутый блок-контакт 10 выключателя 2. Нормально замкнутый контакт 11 этого выключателя соединен с преобразователем 19 контактных сигналов в логические, выход которого соединен со входом логического элемента «И» 20, соединенного с короткозамыкателем 21 и вторым входом запоминающего устройства 13. Короткозамыкатель 21 соединен с катушкой 9 привода отключения выключателя 2.

Клемма (не обозначена) сигнала на включение с системы управления 7 электрически соединена с преобразователем 22 контактных сигналов в логические, выход которого соединен со входом логического элемента «И» 16.

Клемма (не обозначена) сигнала на отключение с системы управления 7 электрически соединена с преобразователем 23 контактных сигналов в логические, выход которого соединен со входом логического элемента «И» 20.

Работает устройство для снижения бросков тока при включении трансформатора следующим образом.

Для подготовки устройства к работе снимают временные характеристики вакуумного выключателя 2, так как каждый выключатель имеет собственное время включения и отключения. Для максимального эффекта выключатель должен обладать стабильными собственными временами включения и отключения, которые программируют в устройство 6 синхронного включения трансформатора. Размах собственных времен выключателя не должен превышать 2 мс.

Каждое очередное включение трансформатора 3 выключателем 2 осуществляется через устройство 6 синхронного включения трансформатора. Для этого на преобразователь 22 контактных сигналов в логические подают сигнал от системы управления 7, а на преобразователь контактных сигналов в логические 18 - сигнал о положении выключателя с нормально разомкнутого блок-контакта 10. От преобразователей 22 и 18 сигналы поступают на логический элемент «И» 16, а он дает команду на включение только при поступлении на него сигнала от формирователя сигналов управления 14. В блок 15 настройки момента включения выключателя поступает информация о моменте отключения из запоминающего устройства 13. Блок настройки в диапазоне 20 мс (360 градусов) формирует задержку по времени таким образом, чтобы с учетом собственного времени срабатывания выключателя 2 замыкание контактов происходило в такой же момент относительно синусоиды опорного напряжения U_A, что и при отключении, которое отсчитывается от такого же, как в предшествующем отключении, начала периода изменения напряжения с положительной производной. Эта информация поступает на формирователь сигналов 14, который подает управляющий сигнал на логический элемент «И» 16, который, при наличии подтверждающих сигналов от преобразователей 22 и 18, разрешает прохождение команды включения на короткозамыкатель 17 для срабатывания катушки 8 привода выключателя. При готовности выключателя 2 (контролируется по его блок-контакту 10) и наличии команды на его отключение короткозамыкатель 17 подключает постоянное напряжение 110 В к катушке 8 и происходит включение выключателя 2.

Каждое очередное отключение трансформатора 3 выключателем 2 осуществляется через устройство 6 синхронного включения трансформатора. Для этого на преобразователь 23 контактных сигналов в логические подают сигнал от системы управления 7, а на преобразователь 19 контактных сигналов в логические - сигнал о положении выключателя с нормально замкнутого блок-контакта 11. От преобразователей 23, 19 сигналы поступают на логический элемент «И» 20, который разрешает прохождение команды отключения на короткозамыкатель 21 для срабатывания катушки 9 привода выключателя. При готовности выключателя 2 (контролируется по его нормально замкнутому блок-контакту 11) и наличии команды на его отключение короткозамыкатель 21 подключает постоянное напряжение 110 В к катушке 9 и происходит мгновенное отключение выключателя 2.

Момент прохождения команды на катушку 9 привода отключения запоминается с помощью устройства 13. Этот момент с учетом собственного времени срабатывания выключателя 2 всегда отсчитывается от момента перехода синусоиды напряжения через ноль с возрастанием напряжения, то есть с положительной производной. Для этого в блок 12 синхронизации с напряжением сети вводят опорное напряжения фазы A (U_A) от трансформатора напряжения 5, от которого это напряжение подают в запоминающее устройство 13 и в формирователь сигналов управления 14.

Экспериментально установлено, что без применения предлагаемого устройства максимальные значения бросков тока включения составили 4,2-4,7 кА, что соответствует пятикратному значению номинального тока для приведенного трансформатора. При использовании устройства максимальные броски тока снижены до 1 кА.

Устройство для снижения бросков тока при включении трансформатора, содержащее подключенные к питающей сети выключатель, систему управления выключателем, трансформатор напряжения, соединенный с устройством синхронного включения трансформатора, содержащим блок синхронизации с напряжением в сети, блок настройки момента включения выключателя, формирователь сигналов управления, первый преобразователь контактных сигналов в логические, вход которого соединен с нормально разомкнутым блок-контактом выключателя, а выход соединен через первый логический элемент «И» с короткозамыкателем, соединенным с катушкой привода включения выключателя, второй преобразователь контактных сигналов в логические, вход которого соединен с нормально замкнутым блок-контактом выключателя, а выход соединен через второй логический элемент «И» с другим короткозамыкателем, соединенным с катушкой привода отключения выключателя, отличающийся тем, что оно дополнительно содержит запоминающее устройство момента отключения выключателя, третий и четвертый преобразователи контактных сигналов в логические, при этом первый вход запоминающего устройства соединен с блоком синхронизации с напряжением сети, второй вход соединен с выходом второго логического элемента «И», а выход - с блоком настройки момента включения выключателя, вход третьего преобразователя контактных сигналов в логические соединен с клеммой для сигнала на включение от системы управления выключателем, а выход соединен с первым логическим элементом «И», вход четвертого преобразователя контактных сигналов в логические соединен с клеммой для сигнала на отключение от системы управления выключателем, а выход соединен со вторым логическим элементом «И».