Устройство присоединения к измерительным выводам высоковольтных вводов для аппаратуры контроля их изоляции (варианты)
Полезная модель направлена на увеличение точности и упрощение процедуры измерений за счет устранения дополнительных вычислений, а также подавление помех во входном сигнале измерительной схемы, осуществляющей контроль, его нормирование и упрощение входных узлов измерительной схемы. Указанный технический результат достигается тем, что в устройство присоединения измерительной схемы к измерительным выводам высоковольтных вводов, содержащее узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов, включающий в себя варистор и разрядник, включенные параллельно между соответствующим измерительным выводом высоковольтного ввода и зажимом заземления, и узел защиты от перенапряжений, вызванных возможным обрывом цепи тока, введен измерительный трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между измерительным выводом и зажимом заземления, а выводы вторичной обмотки являются выходными выводами устройства для подключения измерительной схемы. При этом узел защиты от перенапряжений, вызванных обрывом цепи тока, выполнен в виде последовательной цепи из дросселя и двуханодного защитного диода, включенного параллельно узлу защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов, либо в виде двуханодного защитного диода, включенного параллельно вторичной обмотке измерительного трансформатора тока. 2н.п.ф., 2 илл.
Предложение относится к контрольно- измерительной технике в области электрооборудования высокого напряжения и предназначено для непрерывного или периодического эксплуатационного контроля изоляции высоковольтных вводов.
Измерения на высоковольтных вводах под рабочим напряжением возможны только при наличии специальной стационарной измерительной схемы, позволяющей проводить процедуру измерений на безопасном расстоянии от токоведущих частей. Одной из основных частей этой схемы является устройство присоединения к объекту (УПО), непосредственно обеспечивающее съем и передачу в канал измерений тока утечки изоляции ввода, по величине и фазе которого оцениваются основные параметры изоляции ввода.
В настоящее время известен ряд устройств присоединения к измерительным выводам высоковольтных вводов, используемых в устройствах и системах контроля состояния изоляции высоковольтных вводов под рабочим напряжением. Их называют также «датчиками вводов», «тест-датчиками», «датчиками тока проводимости» и т.д. В качестве примера можно привести:
- Датчик тока проводимости DB-1. Система «R1500» мониторинга и сигнализации технического состояния изоляции маслонаполненных вводов трансформаторов. Техническое описание. Производственно - внедренческая фирма «Вибро-Центр». Пермь.:www.vibrocenter.ru/rl500.htm;
- Bushing Sensors TBS-2 and TPD-BS. Technical Data. Фирма «Cutler-Hammer» Baton Corporation. Канада.:www. cutler-hammer.eaton.com.
Эти устройства различаются между собой главным образом по конструктивному исполнению, поскольку электрическая принципиальная схема у них, в основном, однотипна. Она подробно представлена в работе:
Сви П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 240 с.: ил.
Именно это устройство принято в качестве прототипа заявляемому устройству. В нем можно выделить узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов, представляющий собой разрядник, включенный параллельно между измерительным
выводом и зажимом заземления, узел защиты от перенапряжений, вызванных возможным обрывом цепи тока, состоящий из резистора (шунта) и параллельно включенного конденсатора также присоединенных к измерительному выводу и зажиму заземления.
В последнее время в дополнение к разряднику, параллельно с ним, в узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов стали включать варистор, обладающий более высоким быстродействием.
Это устройство имеет следующие недостатки:
- шунтирующее действие резистора и конденсатора нельзя не учитывать при проведении измерений, что усложняет процедуру измерений, дополняя ее неизбежными вычислениями поправки;
- к шунту предъявляются достаточно серьезные требования по точности и особенно по температурной и временной стабильности, несоблюдение которых увеличивает погрешность измерений;
- точки заземления шунта и измерительной схемы разнесены в пространстве, что вызывает в условиях подстанций почти непременную разность потенциалов между этими точками, часто составляющую несколько десятков вольт; это требует установки дополнительных защитных цепей на входе схемы измерений;
- устройство не имеет гальванической развязки между входными и выходными цепями, что обусловливает повышенный уровень помех в сигнале и известные трудности в организации схемы измерений. Целью настоящего предложения является устранение указанных недостатков:
т.е. создание схемы устройства присоединения, гарантирующей увеличение точности измерений и упрощение процедуры измерений, заключающееся в устранении дополнительных вычислений, подавление помех во входном сигнале измерительной схемы, его нормирование и упрощение входных узлов измерительной схемы.
Цель достигается тем, что в устройство присоединения, содержащее узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов, включающий в себя варистор и разрядник, включенные параллельно между соответствующим измерительным выводом и зажимом заземления, и узел защиты от перенапряжений, вызванных возможным обрывом цепи тока, введен измерительный трансформатор тока, обеспечивающий гальваническую развязку и нормирование передаваемого в измерительную цепь сигнала, первичная обмотка которого включена между измерительным выводом и зажимом заземления, а выводы вторичной обмотки являются выходными выводами устройства,
при этом в узел защиты от перенапряжений, вызванных обрывом цепи тока, вместо резистора и конденсатора ставится цепь из последовательно соединенных дросселя и двуханодного защитного диода, включенная между измерительным выводом и зажимом заземления, или только защитный диод, подключенный параллельно вторичной обмотке измерительного трансформатора тока.
Для пояснения существа предложения на фиг.1 и фиг.2 представлены варианты схемы заявляемого устройства. Между зажимом, подключаемым к измерительному выводу высоковольтного ввода, и зажимом, соединяемым с «землей», включен узел защиты от импульсных перенапряжений 1, состоящий из параллельно включенных газового разрядника 2 (FV) и варистора 3 (FR). Узел 4 защиты от перенапряжений при возможном обрыве цепи тока в варианте, приведенном на фиг.1, также включен между указанными зажимами. В этом случае узел 4 содержит дроссель 5 (L1) и двуханодный защитный диод 6 (VD1). Устройство включает в себя также измерительный трансформатор тока 7, соответствующие выводы первичной обмотки которого включены между указанными выше зажимами, а выводы вторичной обмотки, являясь выходами устройства, подключаются к системе измерений. Предполагается, что цепь передачи выходного сигнала устройства присоединения выполняется витой экранированной парой, что практически устраняет воздействие помех на измерительную схему.
В варианте, приведенном на фиг.2, узел 4 защиты от перенапряжений, вызываемых обрывом цепи тока, представляющий собой двуханодный защитный диод 6, включается между выводами вторичной обмотки трансформатора 7.
Защитный диод 6 имеет резко нелинейную характеристику. При правильно выбранных уровнях ограничения, в области рабочих напряжений измерительной схемы сопротивление защитного диода чрезвычайно велико, так что ток утечки диода пренебрежимо мал. При обрыве цепи тока напряжение на защитном диоде поднимается до уровня излома, диод открывается, пропуская через себя ток, ограничивая напряжение в цепи на уровне излома характеристики. Защитный диод обладает хорошей перегрузочной способностью, но для ограничения импульсных сверхтоков, возможных при грозовых разрядах и во время штатных переключении в силовой схеме последовательно с ним ставится дроссель. Индуктивность дросселя выбирается исходя из максимально возможной длительности импульсов перенапряжений. Обычно расчетная длительность не превышает нескольких микросекунд, поэтому величина индуктивности невелика. Импульсные воздействия в этом случае принимают на себя и ограничивают варистор 3 и разрядник 2. Во втором варианте исполнения дроссель исключается, поскольку его роль выполняют индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора
тока, а перегрузочной способности защитного диода достаточно, чтобы без последствий принять на себя импульсные сверхтоки.
Гальваническая развязка, обеспечиваемая трансформатором тока, помимо условий и специфических требований, задаваемых схемой измерений, снимает проблемы, связанные с разностью потенциалов между «землей» трансформатора и «землей» схемы измерений и так называемыми «продольными» помехами. Кроме того, на трансформатор тока возлагаются функции нормирования выходного тока.
Расчетный ток утечки изоляции ввода i в зависимости от класса напряжения может варьироваться от 15-20 мА для вводов на 220 кВ до 150 мА (и даже до 180 мА при максимальном предельно допустимом напряжении) для вводов на 750 кВ. При таких токах и уровне ограничения не менее 10-12 В обеспечение безопасного рассеивания выделяемой на защитном диоде мощности в ограниченном объеме корпуса устройства присоединения в случае обрыва цепи тока представляет собой непростую проблему. Требуется предусмотреть эффективный теплоотвод с помощью радиатора с развитой поверхностью. Помогает облегчить задачу замена двуханодного защитного диода на два обычных встречно включенных защитных диода. При этом величина рассеиваемой мощности на корпус снижается вдвое. Однако, и в этом случае остается проблема общего отвода тепла из корпуса устройства.
Решение проблемы - простое, недорогое и повышающее надежность устройства- заключается в перемещении двуханодного защитного диода на вторичную сторону измерительного трансформатора тока.
На фиг.2 представлена схема такого устройства.
Нормированное значение вторичного тока трансформатора 7 выбирается обычно не выше 5 мА, поэтому проблем с рассеиванием тепла в данном случае не существует.
При расчете и изготовлении измерительного трансформатора тока необходимо обратить внимание на получение минимальных фазовых (угловых) погрешностей с учетом полного расчетного сопротивления нагрузки, которое включает и сопротивление кабеля - амплитудные погрешности легко учитываются при калибровке устройства. Современные материалы магнитопроводов (например, магнитопроводы Гаммамет 501 НПО «Гаммамет», www.gammamet.ru/) и современные технологии изготовления измерительных трансформаторов позволяют получить трансформаторы (с учетом оговоренных условий) в приемлемых габаритах с угловой погрешностью на частоте сети не превышающей 0,6-0,8 угловой минуты. Этого, чаще всего, вполне достаточно для устройств типа УПО.
1. Устройство присоединения к измерительным выводам высоковольтных вводов для аппаратуры контроля изоляции вводов, содержащее узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов и узел защиты от перенапряжений, вызванных обрывом цепи тока, которые включены параллельно между соответствующим измерительным выводом и зажимом заземления, причем узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов выполнен в виде параллельно соединенных варистора и разрядника, отличающееся тем, что в него введен измерительный трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между измерительным выводом и зажимом заземления, а выводы вторичной обмотки являются выходными выводами устройства, при этом узел защиты от перенапряжений при обрыве цепи тока выполнен в виде последовательной цепи из двуханодного защитного диода и дросселя.
2. Устройство присоединения к измерительным выводам высоковольтных вводов для аппаратуры контроля изоляции вводов, содержащее узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов, выполненный в виде параллельно включенных между соответствующим измерительным выводом и зажимом заземления варистора и разрядника, и узел защиты от перенапряжений, вызванных обрывом цепи тока, отличающееся тем, что в него введен измерительный трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между измерительным выводом и зажимом заземления, а выводы вторичной обмотки являются выходными выводами устройства, при этом узел защиты от перенапряжений, вызванных обрывом цепи тока, подключен параллельно вторичной обмотке измерительного трансформатора тока и выполнен в виде защитного двуханодного диода.
