CC BY
36
05.20.02 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ _В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ_
05.20.02
УДК 621.316.925
КОНТРОЛЬ ЦЕЛОСТИ ВТОРИЧНЫХ ЦЕПЕЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА В СЕТЯХ 0,4.. .10 КВ
© 2019
Владимир Леонидович Осокин, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электрификация и автоматизация» Николай Малафеевич Попов, доктор технических наук, профессор кафедры «Электрификация и автоматизация» Евгений Александрович Сбитнев, старший преподаватель кафедры «Электрификация и автоматизация» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация
Введение: электроснабжение удаленных от областных центров сельскохозяйственных потребителей осуществляется от трансформаторных пунктов (Т11) 10/0,4 кВ, подключенныхпо линиям электропередачи (ЛЭП)10 кВ к подстанциям 35/10 кВ или 110/10 кВ. Подстанции и ТП не имеют постоянного обслуживающего персонала, а проверка их электрооборудования иногда проводится один раз в год. На каждой ЛЭП и на ТП устанавливаются трансформаторы тока, к которым подключаются вторичные цепи релейных защит и токовые цепи измерительных приборов. Во время эксплуатации не исключено нарушение целости вторичных цепей трансформаторов тока.
Материалы и методы: целью работы является создание и исследование устройств, осуществляющих автоматический контроль целости вторичных цепей трансформаторов тока и сигнализирующих о повреждении. Для достижения поставленной цели предлагается в сетях 0,4 кВ установить у силового трансформатора дополнительный трансформатор тока в нулевой провод силовой сети, ко вторичной обмотке которого подключена первая обмоткадвухобмоточного токового реле, а вторая обмотка токового реле включена в рассечку нулевого провода вторичной цепи трансформаторов тока встречно с первой.
Результаты и обсуждение: разработано устройство непрерывного контроля целости вторичных цепей ТТ для трехфазных сетей с нулевым проводом и с изолированнойнейтралью. Работоспособность схем исследована с помощью векторных диаграмм первичных и вторичных токов.
Заключение: для контроля целости вторичных цепей трансформаторов тока в сетях с изолированной нейтра-лью10 кВпредлагается использовать двухобмоточноетоковое реле, каждая из двух обмоток которого включается в обратные провода вторичных обмоток.
Ключевые слова: векторные диаграммы, двухобмоточное токовое реле, контроль целости, обрыв це-пи,первичные и вторичные цепи, повышение надежности, режим работы,сети с изолированной нейтралью, трансформаторы тока, четырехпроводная сеть.
Для цитирования: Осокин В. Л., Попов Н. М., Сбитнев Е. А. Контроль целости вторичных цепей трансформаторов тока в сетях 0,4...10 кв // Вестник НГИЭИ. 2019. № 10 (101). С. 62-73.
INTEGRITY CONTROL OF SECONDARY CIRCUITS OF CURRENT TRANSFORMERSIN 0.4...10 KV NETWORKS
© 2019
Vladimir Leonidovich Osokin, Ph. D. (Engineering), associate head of the chair «Electrification and automation» NikolajMalafeevich Popov, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Electrification and automation» Evgeniy Aleksandrovich Sbitnev, senior teacher of the ^air «Electrification and automation» Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino (Russia)
Abstract
Introduction: power supply of agricultural consumers remote from the regional centers is carried out from transformer points (TP) 10/0,4 kV connected on power lines (power lines) 10 kV to substations of 35/10 kV or 110/10 kV. Substa-
tions and TP have no constant service personnel, and check of their electric equipment is sometimes carried out once a year. Current transformers are installed on each power line and TP, to which secondary relay protection circuits and current circuits of measuring devices are connected. During operation, it is possible violation of the integrity of the secondary circuits of current transformers.
Materials and methods: the aim of the work is to develop and study devices that automatically monitor the integrity of the secondary circuits of current transformers and signaling this damage. To achieve this goal, it is proposed in 0.4 kV networks to install an additional current transformer in the zero wire of the power network, to the secondary winding of which the first winding of the two-winding current relay is connected, and the second winding of the current relay is included in the dissection of the zero wire of the secondary circuit of current transformers counter to the first. Results and discussion: the device of continuous control of integrity of secondary circuits of TT for three-phase networks with a zero wire and with the isolated neutral is developed. The efficiency of the circuits was investigated using vector diagrams of primary and secondary currents.
Conclusion: to control the integrity of the secondary circuits of current transformers in networks with an isolated neutral of 10 kV, it is proposed to use a two-winding current relay, each of the two windings of which is included in the reverse wires of the secondary windings.
Keywords: vector diagrams, two-winding current relay, integrity control, open circuit, primary and secondary circuits, reliability improvement, operation mode, networks with isolated neutral, current transformers, four-wire network.
For citation: Osokin V. L, Popov N. M., Sbitnev E. A. Integrity control of secondary circuits of current transformers in 0.4...10 kv networks // Bulletin NGIEI. 2019. № 10 (101). P. 62-73.
Введение
Для контроля за режимами работы электрических сетей и для регистрации переданной электроэнергии на всех присоединениях, подключенных к шинам подстанций и электростанций, а также на всех трансформаторных пунктах 10/0,4 кВ устанавливают трансформаторы тока (ТТ) [1; 2]. В сельской местности встречаются трансформаторные пункты с обугленным ТТ. Такой трансформатор тока работал с обрывом во вторичной цепи и вышел из строя. При этом нарушается коммерческий учет электроэнергии^; 4; 5; 6].
Материалы и методы
Известно[7, с. 223;], что трансформаторы тока в электрических сетях выполняют две функции: преобразуют ток первичной обмотки пропорционально в ток вторичных обмоток; электрически разделяют цепи вторичных обмоток от первичных высоковольтных цепей, что позволяет обслуживать вторичные цепи на действующем высоковольтном оборудовании. В отличие от силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения ТТ нормально работают в режиме короткого замыкания [8, с. 35]. Для этого нагрузка, подключаемая ко вторичной обмотке, может изменяться от долей Ома до нескольких Ом в зависимости от мощности ТТ. В режиме холостого хода при работе с разомкнутой вторичной цепью ТТ выходят из строя [9, с. 14-18]. Кроме этого, на разомкнутой вторичной обмотке появляется высокое напряжение, представляющее опасность для обслуживающего персонала в случае прикосновения ко вторичным цепям.
В простейшем виде принцип работы ТТ можно объяснить таким образом [10; 11]. Ток нагрузки потребителей / протекает по первичной обмотке с числом витков Ж1. Этот ток создает магнитодвижущую силу (МДС) /г Ж/. Под действием этой МДС через магнитопровод замыкается магнитный поток синусоидальной формы Ф;. Магнитный поток Ф1 индуктирует во вторичной обмотке с частотой / с числом витков ЭДС:
£2 = 4,44-/-^2-Ф1. (1) При замыкании вторичной обмотки на небольшое сопротивление во вторичной цепи протекает ток /2, этот ток создает свою МДС 12Ж2 и свой магнитный поток Ф2, который по правилу Ленца направлен навстречу потоку Ф;. Тогда суммарный магнитный поток Фсум, проходящий через магнито-провод, равен разности магнитных потоков Ф; и Ф2: £ум = Ф1-Ф2. (2)
ФСУМ, на который рассчитывается магнито-провод, по величине намного меньше потока и амплитуда синусоиды вторичной ЭДС имеет небольшое значение:
£2 = 4, 4 4 ■ / ■ М2 ■ (Ф1 - Ф2). (3) Соответственно небольшое напряжение будет на нагрузке во вторичной цепи. Так при допустимой нагрузке 22дОП = 0,6 Ома при номинальном токе вторичной цепи 5 А получим:
^2 но м -2 но м ■ ^2до п> (4)
^2 но м = 5-0, 6 = 3 В . Такое напряжение не представляет опасности для обслуживающего персонала, даже если он прикасается одновременно к двум выводам вторичной
цепи трансформатора тока. Изоляция между первичной и вторичной обмотками испытывается повышенным напряжением, поэтому прикосновение к проводам вторичной цепи безопасно [12, с. 20-30].
Чтобы не разрывать вторичную обмотку при замене, например, амперметра на действующем присоединении, предварительно закорачивают вторичную обмотку на клеммнике, ближайшем к выводам трансформатора тока. Для выполнения этой операции предусматриваются специальные клеммы в релейном отсеке или на панели релейной защиты. После закорачивания можно безопасно заменять амперметр. В такой же очередности заменяют счетчики, только дополнительно надругомклеммнике необходимо отключить цепи напряжения.
Если разрывается вторичная цепь ТТ, когда по первичной цепи протекает номинальный ток -ток потребителей, то исчезает поток, создаваемый вторичной обмоткой Ф2, а через магнитопровод пытается пройти поток Ф1. Поскольку сечение магни-топровода не рассчитано на пропускание такого большого магнитного потока, то магнитопровод насыщается и нагревается. Внешне это проявляется в почернении магнитопровода из-за обугливания межлистовой изоляции. От магнитопровода нагреваются обмотки, их изоляция обугливается, и ТТ выходит из строя.
Для доказательства увеличения магнитного потока при разрыве вторичной цепи в ярме магни-топровода было просверлено отверстие. В это отверстие установили магнитоуправляемый контакт (геркон). В нормальном режиме работы ТТ магнитный поток, проходящий через ферромагнитные пластинки геркона, равен разности между магнитными потоками первичной и вторичной обмоток (Ф1-Ф2) и недостаточен для их замыкания. Разрыв вторичной цепи ТТ приводит к резкому увеличению магнитного потока, и контактные пластинки геркона под действием магнитного потока Ф1 замыкаются каждый полупериод, так как время замыкания пластин составляет несколько миллисекунд. Пульсирующий сигнал с выхода геркона сигнализирует об обрыве вторичной обмотки световым или звуковым сигналом.
Питание большинства сельскохозяйственных потребителей осуществляется от силовых трансформаторов 10/0,4 кВ через щиты низкого напряжения 0,4 кВ по воздушным (реже по кабельным) линиям электропередачи [13]. Для контроля количества электроэнергии, переданной через силовой трансформатор, в каждом щите низкого напряжения установлены в трех фазах ТТ, через первичные обмотки которых проходят токи нагрузки потребите-
лей, а ко вторичным обмоткам подключаются токовые цепи трехфазных счетчиков активной энергии или современных интегральных счетчиков электроэнергии [14, с. 11-17]. Информация об электрических величинах с интегральных счетчиков передается по GSM-каналам диспетчерам электросетевых или электросбытовых компаний, что позволяет осуществлять мониторинг потребления электроэнергии и дистанционно снимать показания счетчиков. Иногда во вторичные цепи ТТ последовательно с токовыми цепями счетчиков подключаются амперметры. При нарушении контакта или при разрыве в любой точке вторичной цепи ТТ магнитный поток, замыкающийся по его магнитопроводу, увеличивается, что приводит к перегреву железа маг-нитопровода, нарушению межлистовой изоляции и обугливанию изоляции вторичной обмотки, в результате ТТ выходит из строя [15; 16].
Контроль целости вторичных цепей ТТ в эксплуатации осуществляется периодически внешним осмотром, в лучшем случае прожимаются контактные соединения [17, с. 84-91]. За время между осмотрами не исключается нарушение целости вторичных цепей ТТ, поэтому встречаются щиты низкого напряжения трансформаторных пунктов с обугленными ТТ, при этом не может быть речи о точности отсчета переданной через силовой трансформатор электроэнергии.
Результаты и обсуждение Контроль целости вторичных цепей ТТ в сетях 0,4 кВ
Авторами разработано и испытано устройство непрерывного контроля целости вторичных цепей ТТ для трехфазных сетей с нулевым проводом (рис. 1). Устройство содержит силовой трансформатор Т 10/0,4 кВс первичными обмотками W1 и вторичными обмоткамиW2, от которых через первичные обмотки ТТ ТА1...ТА3, линию электропередачи на напряжениях 380/220 В питаются произвольные трехфазные или однофазные нагрузки Z1, Z2, Z3, потребляющие токи, представленные векторами фазных токов ]Л, Ш, Ш (рис.2). (Векторы обозначаем подчеркиванием чертой снизу). Сумма векторов фазных токов замыкается через вторичные обмотки силового трансформатора W2, через нулевой провод и через повторные заземления представлена вектором тока Ш. Геометрическая сумма векторов первичных токов фазных и нулевого провода всегда равна нулю:
1х1 = 1А +1В; Ы1 = 1А + 1К + К=°. (5)
Ко вторичным обмотками ТА1...ТА3, соединенным по схеме полной звезды, подключены токовые обмотки трехфазного счетчика PIa, PIb, PIc (це-
пи напряжения счетчика не показаны). В рабочем режиме геометрическая сумма векторов вторичных фазных токов ТТ замыкается по нулевому проводу вторичной цепи. Геометрическая сумма векторов
Рис. 1. Fig. 1.
Если в рассечку нулевого провода PEN непосредственно у вывода нулевой точки вторичной обмотки силового трансформатора установить дополнительный трансформатор тока ТА4 с таким же коэффициентом трансформации, как у ТА1...ТА3, то его вторичный ток In1 будет такой же по величине и по фазе, как и1п . Ток In1 протекает через одну из обмоток КА1.1 двухобмоточного токового реле, а сумма вторичных фазных токов In протекает через вторую обмотку КА1.2 двухобмоточного токового реле. Токи в обмотках создают встречные магнитные потоки. По магнитопроводу токового реле КА1 будет протекать только поток небаланса, от которого контакты реле не замыкаются.
Когда разрывается один из проводов вторичной цепи трансформаторов тока ТА1 или ТА2, или ТА3, то изменится ток в нулевом проводе вторичной цепи In, а вторичный ток дополнительного токового реле In1 останется прежним, так как первичные токи не изменяются. На изменение одного из вторичных токов реагирует суммарный магнитный поток токового реле, его контакты замыкаются и подают световой или звуковой сигнал о неисправности вторичных цепей трансформаторов тока.
вторичных токов так же, как и первичных, равна нулю:
[х 2 = 1а + [Ь+1с + 1п = 0 . (6)
Исследуем работоспособность схемы с помощью векторных диаграмм. На рис. 2 представлены векторные диаграммы первичных и вторичных токов при несимметрии токов в силовой сети. В действующих четырехпроводных сельскохозяйственных сетях несимметрия токов наблюдается всегда [18;19; 20].
В силовых фазных проводах через первичные обмотки трансформаторов тока ТА1, ТА2, ТА3 протекают разные по величине токи, представленные толстыми линиями векторов 1Л, 1В, ГС, сдвинутыми друг относительно друга на одинаковые или разные углы. В результате сложения векторов трех первичных токов в фазах получаем сумму первичных токов 1Л+1В+1С. Вектор тока Щ в нулевом проводе PEN направлен в сторону, противоположную сумме трех первичных фазных токов, так как векторы 1Л, 1В, 1С направлены от силового трансформатора Т к нагрузкам Z1, Z2, Z3, а вектор тока Щ направлен от нагрузок к силовому трансформатору Т, поэтому сумма векторов первичных токов1Л, 1В, 1С и Щ в четырех проводах силовой сети в любом режиме равна нулю (см. рис. 2).
□Z1Q
IA V
IB
О
KA1
HI-
Подключение первичных цепей и соединение вторичных цепей трансформаторов тока Connection of primary circuits and connection of secondary circuits of current transformers
IA+IB+IC
IKA1.2
IKA1.1
1а+1Ь+1с=1п=1кА1.2
Рис. 2. Векторные диаграммы первичных и вторичных токов при несимметричной нагрузке первичной цепи Fig. 2.Vector diagrams of primary and secondary currents at asymmetric load of the primary circuit
Векторы вторичных токов 1а, 1Ь, 1с трансформаторов тока в другом масштабе уменьшены по величине на рис. 2 по сравнению с первичными токами, но для удобства анализа имеют тоже направление, что и первичные токи 1А, 1В, 1С трансформаторов тока.
Сумма трех вторичных токов 1а+ 1Ь+ 1спредставлена вектором тока 1п = 1КА1.2. Вектор первичного тока ГК, протекающий по нулевому проводу РБК силовой сети через первичную обмотку дополнительного трансформатора тока ТА4, преобразуется и во вторичной обмотке ТА4 протекает ток, представленный вектором 1п1 = 1КА1.1, совпадающим по направлению с вектором первичного тока ГК Векторы токов 1КА1.1 и 1КА1.2 в обмотках токового реле направлены встречно, их геометрическая сумма близка к нулю, поэтому токовое реле КА1 не срабатывает.
На рис.3 представлены векторные диаграммы токов при обрывах вторичных цепей ТТ. В случае обрыва в любой точке вторичных цепей ТТ первичные токи1А, 1В, 1С, 1Ыостаются без изменения, как и на рис. 2, а изменяются вторичные токи.
При обрыве вторичной цепи ТТ ТА1 (рис. 3, а) на векторной диаграмме вторичных токов исключен вектор тока 1а, тогда сумма двух оставшихся вторичных токов 1Ь, 1с составит ток, представленный
вектором 1Ь+ 1с = 1КА1.2, который протекает по первой обмотке реагирующего органа К1. Вторичный ток 1КА1.1ТТТА4, установленного в нулевом проводе силовой цепи, остается без изменения. Геометрическая сумма токов, протекающих в двух обмотках реагирующего органа КА1 представлена вектором 1КА1.2 + 1КА1.1. От воздействия суммы двух токов реагирующий орган К1 сработает, на его выходе замыкаются контакты КА1 и подают звуковой или световой сигналы обслуживающему персоналу или диспетчеру.
В случае обрыва в любой точке вторичной цепи, получающей питание от вторичной обмотки ТТ ТА2 (рис. 3,б), первичные токи1А, 1В, 1С, ^остаются без изменения, а на диаграмме вторичных токов исключен вектор тока 1Ь. Тогда сумма двух оставшихся вторичных токов 1а +1с составит ток, представленный вектором 1КА1.2, который протекает по первой обмотке реагирующего органа КА1. Вторичный ток 1КА1.1ТТ ТА4, установленного в нулевом проводе силовой цепи остается без изменения. Геометрическая сумма токов, протекающих в двух обмотках реагирующего органа КА1, представлена вектором 1КА1.1+ 1КА1.2. От воздействия суммы двух токов реагирующий орган КА1 сработает, на его выходе контакты подадут сигнал о неисправности.
|КА1.2
/ь
1КА1.1
IКА1.2 +1КА1.1
\а+\с=\щ£ —
1КА1.2
IКА1.2 +1КА1.1 ч>
1КА1.1
1а+1Ь=1кд1.2 Ш
IKA1.2
/1КА1.2+1КА1.1
IKA1.1
а) трансформатора б) трансформатора в) трансформатора
тока ТА1 тока ТА2 тока ТА3
Рис. 3. Векторные диаграммы токов при обрывах вторичных цепей Fig. 3. Vector diagrams of currents at breaks of secondary circuits
В случае обрыва в любой точке вторичной цепи, получающей питание от вторичной обмотки ТТ ТА2 (рис. 3, б), первичные токи1А, 1В, 1С, [Ыостаются без изменения, а на диаграмме вторичных токов исключен вектор тока 1Ь. Тогда сумма двух оставшихся вторичных токов 1а +1с составит ток, представленный вектором 1КА1.2, который протекает по первой обмотке реагирующего органа КА1. Вторичный ток 1КА1.1ТТ ТА4, установленного в нулевом проводе силовой цепи остается без изменения. Геометрическая сумма токов, протекающих в двух обмотках реагирующего органа КА1, представлена вектором 1КА1.1+ 1КА1.2. От воздействия суммы двух токов реагирующий орган КА1 сработает, на его выходе контакты подадут сигнал о неисправности.
В случае обрыва в любой точке вторичной цепи, получающей питание от обмотки ТА3 третьего ТТ (рис. 3, в), первичные токи 1А, 1В, 1С, Щ остаются без изменения, а на диаграмме вторичных токов исключен вектор тока 1с, тогда сумма двух оставшихся вторичных токов 1а + 1Ь составит ток, представленный вектором 1КА1.2, который протекает по первой обмотке реагирующего органа КА1. Вторичный ток 1КА1.1 трансформатора тока ТА4, установленного в нулевом проводе силовой цепи, остается без изменения. Геометрическая сумма токов, протекающих вдвух обмотках реагирующего органа КА1, представлена вектором 1КА1.2+ 1КА1.1. От воздействия суммы двух токов реагирующий орган КА1 сработает, на выходе контакты КА1 замкнутся и подадут световой или звуковой
сигнал, сигнализируя о неисправности. Таким образом контролируется целость вторичных цепей всех трансформаторов тока.
Контроль целости вторичных цепей ТТ в сетях 6...35 кВ
В сетях с изолированной нейтралью, содержащих воздушные ЛЭП,однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) из-за малой величины тока повреждения не отключаются, а только сигнализируются. Для сигнализации одна из обмоток трансформатора напряжения соединяется в фильтр напряжения нулевой последовательности, на выходе которого подключается реле напряжения. Трансформаторы напряжения устанавливаются для питания цепей напряжения измерительных приборов и релейных защит на каждой секции распределительного устройства.А на каждом присоединении устанавливают ТТс двумя вторичными обмотками в двух фазах для отключения междуфазных коротких замыканий и для питания токовых цепей измерительных приборов (рис.4).
Первичные обмоткиТТ ТА1, ТА2 включаются в рассечку силовой сети, через них проходят токи нагрузки трансформаторных пунктов, обеспечивающих питание потребителей. К началам первого комплекта вторичных обмоток ТТWal, WCl, обозначенных звездочками, подключаются токовые обмотки счетчикаР1а, Р1си амперметр РА. Концы вторичных обмоток Wa1, WC1 соединяются в неполную звезду, от которой через амперметр РА первый обратный провод подключается к неполной звезде выходов счетчика Р1а, Р1с. Аналогично к началам вто-
рого комплекта вторичных обмоток Wa2,WC2 подключаются цепи токовой защиты присоединения КА1, КА2. Концы второго комплекта вторичных
обмоток Wa2,WC2 соединяются также в неполную звезду, от которой второй обратный провод подключается к неполной звезде токовых защит.
Распределительное устройство 10 кВ
KH 1
К 1 T
Трансформаторные пункты 10/0,4 кВ
Рис. 4. Схема контроля целости вторичных цепей трансформаторов тока в сетях 6.35 кВ Fig. 4. Scheme of control of integrity of secondary circuits of current transformers in networks 6...35 kV
Для контроля целости всех вторичных цепей двух ТТ предлагается в рассечку обратных проводов схем, соединенных в неполную звезду, включить обмотки двухобмоточного токового реле КА3 так, чтобы токи в них протекали встречно. Выход двухобмоточного токового реле КА3 через элемент выдержки времени КТ связать с исполнительным органом КН, в качестве которого использовано указательное реле, возврат которого в исходное состояние осуществляется только вручную.
Исследуем предлагаемую схему в нормальном рабочем режиме, а также в режимах обрыва фазного провода вторичной цепи и обрыва обратного провода. В нормальном рабочем режиме в трех фазах силовой сети фиксируем три вектора фазных тока 1д, !в, 1с (рис. 5). В эти же моменты
времени вторичные токи ТТ обмоток Wab WCb установленных в фазах А и С, будут иметь значения 1а1, 1с1, протекающие через токовые обмотки Р1а, Р1с счетчика, а их геометрическая сумма равна вектору тока 1обр1, протекающему от конца к началу первой обмотки КА3. 1 двухобмоточного реле и через амперметр РА. Во втором комплекте вторичных обмоток W32, We2, ТТ через токовые обмотки релейной защиты КА1, КА2 будут протекать токи, представленные векторами 1а2, 1с2, а их геометрическая сумма равна вектору тока 1обр2, протекающему от начала к концу второй обмотки КА3.2 двухобмоточного реле. Токи в обмотках двухобмоточного токового реле имеют встречное направление, и создаваемый ими магнитный поток близок к нулю.
Рис. 5. Векторные диаграммы первичных и вторичных токов в нормальном режиме Fig. 5. Vector diagrams of primary and secondary currents in normal mode
При нарушении целости фазного провода вторичной цепи, например в точке п (рис. 4), в первом комплекте вторичных обмоток Wa1 и Wсl вектор тока в обратном проводе 1обр1 будет такой же, как и в нормальном режиме (рис. 6).
Этот ток протекает от конца к началу выводов обмотки КА3.1, поэтому на векторной диаграмме направляем его повернутым на 1800. Во втором комплекте вторичных обмоток Wa2 и Wс2 ток в оборванном проводе фазы с равен нулю 1с2= 0, а ток 1а2 фазы а будет протекать через обмотку КА3.2 от начала к концу.
Геометрическая сумма токов в обмотках КА3.1 и КА3.2 создает магнитный поток, под действием которого реле КА3 срабатывает и через выдержку времени КТ воздействует на указательное реле КН. Указательное реле подает световой и звуковой сигнал обслуживающему персоналу. Если подстанция без обслуживающего персонала, то реле КН подает сигнал по 08М-каналу диспетчеру электрических сетей о неисправности.
В случае обрыва одного из обратных проводов в точке т(см. рис. 4) через вторичные обмотки Wa1 и Wс1 будет протекать сумма токов 1с1+ 1а1 (рис. 7), не протекая через обмотку КА3.1
В втором комплекте вторичных обмоток Wa2 и Wс2 ток в обратном проводе будет равен сумме токов 1с2 + 1а2 = 1обр2. Этот ток, протекая через обмотку КА3.2, вызовет срабатывание реле КА3, и персонал получит сигнал о неисправности, как и в случае обрыва фазного провода вторичной цепи.
Заключение Для увеличения надежности работы счетчиков электроэнергии в сети 0,4 кВ достаточно в нулевой провод силового трансформатора установить дополнительный ТТ и сравнивать его вторичный ток с суммой вторичных токов трансформаторов тока, установленных в фазах силовой сети двухоб-моточным токовым реле, сигнализирующим о нарушении целости вторичных цепей.
В сетях с изолированной нейтралью при соединении ТТ и нагрузок в неполную звезду сравнение токов в обратных проводах двух комплектов вторичных обмоток двухобмоточным токовым реле обеспечивает контроль целости всех вторичных токовых цепей присоединения.
Работоспособность схем автоматического контроля целости вторичных цепей трансформаторов тока доказана анализом векторных диаграмм вторичных токов.
1а2 =1
АкА3.1 = —обр1 1каз.1+-КА3.2
Рис. 6. Изменение вторичных токов при обрыве проводафазы c в точке n Fig. 6. Change in secondary currents when the phase c wire breaks at the point n
обр2 =IkA3.2
АобрГ0
Рис. 7. Изменение вторичных токов при обрыве обратного провода в точке« Fig. 7. Change in secondary currents at breakage of the return wire at the point m
69
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вольдек А. И., Попов В. М. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы : учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и «Электроэнергетика». СПб. : Питер. 2008. 319 с.
2. Папков Б. В., Вуколов В. Ю. Электроэнергетические системы и сети. Токи короткого замыкания 3-е изд., испр. и доп. Учебник и практикум для бакалавриата и магистратуры. М. : 2017. 353 с.
3. Хренников А. Ю., Гольдштейн В. Г. Классификация основных видов дефектов и повреждений транс-форматорно-реакторного оборудования и факторов, приводящих к их возникновению // Вестник самарского государственного технического университета. Серия: технические науки. 2008. № 1 (21). С. 166-171.
4. Папков Б. В., Савельев В. А. Об анализе последствий от нарушений электроснабжения //Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2016. № 3. С. 46-50.
5. Сурба А. С. Анализ аварийности в российской электроэнергетике // Новое в российской электроэнергетике. 2011. № 2. С. 5-20.
6. Папков Б. В., Шарыгин М. В. Требования к решению проблемы надежности электроснабжения // Энергетическая политика. 2015. № 2. С. 47-54.
7. Серебряков А. С. Трансформаторы : учеб. пособие. М. : Издательскй дом МЭИ. 2013. 360 с.
8. Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения : Учебник для вузов. М. : Высш.шк. 2008. 638 с.
9. Виноградов А. В., Бородин М. В., Виноградова А. В., Селезнева А. О., Большев В. Е. Система контроля надежности электроснабжения и качества электроэнергии в электрических сетях 0,38 кв // Промышленная энергетика. 2018. № 3. С. 14-18.
10. Серебряков А. С. Теоретические основы электротехники: нелинейные электрические и магнитные цепи переменного тока : учебное пособие. Московский гос. ун-т путей сообщ. Изд. 3-е, перераб. и доп. Москва : РОАТ. 2009. 84 с.
11. Серебряков А. С. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи с распределенными параметрами : учебное пособие. Московский гос. ун-т путей сообщ. Москва : РОАТ. 2010.87 с.
12. Семенов Д. А., Серебряков А. С. Современные методы и приборная база для мониторинга технического состояния и диагностики изоляции высоковольтного оборудования // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2019. № 3. С. 20-30.
13. Виноградов А. В., Виноградова А. В., Строгольцев А. Н. Проектирование электрических сетей до 1 кВ: Нормативные документы. Требования к проектам : монография. Орел : Изд-во Орел ГАУ, 2009. 72 с.
14. Швецов В. В., Ильяшенко Е. В., Евдокимова О. М. Многофункциональные приборы для учета количества и контроля качества электрической энергии // Новое в российской электроэнергетике. 2011. № 3. С. 11-17.
15. Виноградов А. В., Грибакин А. В. Влияние токов нулевой и обратной последовательности на надежность работы трансформаторов // В сборнике: Энергообеспечение и безопасность Сборник материалов II Международной выставки Интернет-конференции. 2008. С. 56-61.
16. Редьков Г. В., Широкин М. Ю., Белянин А. А. Дифференциальная защита трансформатора по токам нулевой последовательности // В сборнике: Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике материалы X всероссийской научно-технической конференции. 2016. С. 260-262.
17. Селиванов В. Н., Данилин А. Н., Колобов В. В., Сахаров Я. А., Баранник М. Б. Результаты длительных регистраций токов в нейтралях силовых трансформаторов // Труды Кольского научного центра РАН. 2010. № 1 (1). С. 84-91.
18. Судаченко В. Н., Тимофеев Е. В., Эрк А. Ф., Размук В. А. Оценка качества электроэнергии у сельскохозяйственных потребителей // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 95. С. 33-41.
19. Дулепов Д. Е., Кондраненкова Т. Е. Снижение потерь и повышение качества электрической энергии при несимметричных режимах в сельских распределительных электрических сетях // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы VIII Международной научно-технической конференции. 2017. Т. 3. С. 328-331.
20. Андрианова Л. П., Валереев Р. И. Анализ влияния несимметричных режимов работы на электрооборудование в сельских электрических сетях 0,4 кВ и пути их решения // Инновационная наука. 2018. № 3. С. 24-25.
Дата поступления статьи в редакцию 10.07.2019, принята к публикации 13.08.2019.
Информация об авторах: Осокин Владимир Леонидович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедры «Электрификация и автоматизация»
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино, ул. Октябрьская, 22а E-mail: [email protected] Spin-код: 4573-1339
Попов Николай Малафеевич, доктор технических наук профессор кафедры «Электрификация и автоматизация»
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино, ул. Октябрьская, 22а E-mail: [email protected] Spin-код: 2257-3182
Сбитнев Евгений Александрович, старший преподаватель кафедры «Электрификация и автоматизация»
Адрес: Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, 606340, Россия, Княгинино,
ул. Октябрьская, 22а
E-mail: [email protected]
Spin-код: 7941-2535
Заявленный вклад авторов: Осокин Владимир Леонидович: общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи. Попов Николай Малафеевич: научное руководство, подготовка текста статьи Сбитнев Евгений Александрович:компьютерные работы.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Vol'dek A. I., Popov V. M. Jelektricheskie mashiny. Vvedenie v elektromehaniku. Mashiny postojannogo to-ka I transformatory [Electric machine.Introduction to electromechanics. DC machines and transformers]: uchebnik dlja studentov vysshih uchebnyh zavedenij, obuchajushhihsja po napravleniju podgotovki «Elektrotehnika, elektromehani-kaij elektrotehnologii» i «Elektroenergetika», Saint-Petersburg: Piter, 2008, 319 p.
2. Papkov B. V., Vukolov V. Ju. Elektrojenergeticheskie sistemy i seti. Toki korotkogo zamykanija [Electric power systems and networks.Short circuit current], 3-rded., Uchebniki praktikum dlja bakalavriata i magistratury, Moscow, 2017, 353 p.
3. Hrennikov A. Ju., Gol'dshtejn V. G. Klassifikatsija osnovnyh vidov defektov i povrezhdenij transfor-matorno-reaktornogo oborudovanija i faktorov, privodjashhih k ihvozniknoveniju [Classification of the main types of defects and damage to transformer and reactor equipment and factors leading to their occurrence], Vestnik samarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Serija: tehnicheskie nauki [Bulletin of Samara state technical University. Series: technical Sciences], 2008, No. 1(21), pp. 166-171.
4. Papkov B. V., Savel'ev V. A. Ob analize posledstvij otnarushenij elektrosnabzhenija [On the analysis of the effects of power failure],Vestnik Ivanovskogo gosudarstvennogo jenergeticheskogo universiteta [Bulletin of Ivanovo state energetic University], 2016, No. 3, pp. 46-50.
5. Surba A. S. Analizavarijnosti v rossijskoj elektrojenergetike [Accident rate analysis in the Russian power industry], Novoe v rossijskojjelektroj energetike[New in the Russian electric power industry], 2011,No. 2, pp. 5-20.
6. Papkov B. V., Sharygin M. V. Trebovanija k resheniju problem nadezhnosti jelektrosnabzhenija [Requirements for solving the problem of power supply reliability], Jenergetic heskajapolitika [Energy policy], 2015, No. 2, pp. 47-54.
7. Serebrjakov A. S. Transformatory [Transformers],ucheb. posobie, Moscow, Publ. MJel, 2013, 360 p.
8. Andreev V. A. Relejnaja zashhita i avtomatika system jelektrosnabzhenija [Relay protection and automation of power supply systems],Uchebnik dlja vuzov, Moscow,Vyssh. shk, 2008, 638 p.
9. Vinogradov A. V., Borodin M. V., Vinogradova A. V., Selezneva A. O., Bol'shev V. E. Sistema kontrolja nadezhnosti jelektrosnabzhenija i kachestva jelektrojenergii v elektricheskihsetjah 0,38 kv [System of control of relia-
bility of power supply and quality of the electric power in electric networks of 0,38 kV], Promyshlennaja jenergetika [Industrial energetic], 2018,No. 3, pp. 14-18.
10. Serebrjakov A. S. Teoreticheskie osnovyj elektrotehniki: nelinejnye jelektricheskie i magnitnye cepi peremennogo toka [Theoretical foundations of electrical engineering: nonlinear electric and magnetic AC circuits], uchebnoe posobie, Moskovskij gos. un-t putej soobshh. 3-rd ed., Moscow, Publ.ROAT, 2009, 84 p.
11. Serebrjakov A. S. Teoreticheskie osnovyj elektrotehniki. Elektricheskie cepi s raspredelennymi parametrami [Theoretical foundations of electrical engineering.Electrical circuits with distributed parameters], uchebnoe posobie. Moskovskij gos.un-t putej soobshh, Moscow, Publ.ROAT, 2010, 87 p.
12. Semenov D. A., Serebrjakov A. S. Sovremennye metody i pribornaja baza dlja monitoring tehnicheskogo sostojanija i diagnostikii zoljacii vysokovol'tnogoo borudovanija [Modern methods and instrument base for monitoring of technical condition and diagnostics of isolation of high-voltage equipment], elektrooborudovanie: ekspluataci-jairemont [Electrical equipment: operation and repair], 2019, No. 3, pp. 20-30.
13. Vinogradov A. V., Vinogradova A. V., Strogol'cev A. N. Proektirovanie elektricheskihsetej do 1 kV: Nor-mativnye dokumenty. Trebovanija k proektam [Design of electrical networks up to 1 kV: Regulations. Requirements for projects], monografija.Orel: Publ.: OrelGAU, 2009, 72 p.
14. Shvecov V. V., Il'jashenko E. V., Evdokimova O. M. Mnogofunkcional'nye pribory dlja ucheta kolichestva i kontrolja kachestva jelektricheskojj energii [Multifunctional devices for metering and quality control of electric energy], Novoe v rossijskoj jelektrojenergetike [New in the Russian electric power industry], 2011, No. 3, pp. 11-17.
15. Vinogradov A. V., Gribakin A. V. Vlijanie tokov nulevoji obratnoj posledovatel'nosti na nadezhnost' raboty transformatorov [The influence of zero and reverse sequence currents on the reliability of transformers], V sbornike: Jenergo obespechenie i bezopasnost' Sbornik materialov II Mezhdunarodnoj vystavki - Internet-konferencii [In the collection: energy Supply and security Collection of materials of the II International exhibition-Internet conference], 2008,pp.56-61.
16. Red'kovG. V., Shirokin M. Ju., Beljanin A. A. Differencial'naja zashhita transformatora potokam nulevoj posledovatel'nosti [Differential protection of the transformer over zero-sequence currents], V sbornike: Infor-macionnye tehnologii v jelektrotehnike I jelektrojenergetike materialy X v serossijskoj nauchno-tehnicheskoj konfer-encii [In the book: Information technologies in electrical engineering and electricity materials X all-Russian scientific and technical conference], 2016,pp. 260-262.
17. Selivanov V. N., Danilin A. N., Kolobov V. V., Saharov Ja. A., Barannik M. B. Rezul'taty dlitel'nyh registracij tokov vnejtraljah silovyh transformatorov [esults of long-term registration of currents in the neutrals of power transformers], Trudy Kol'skogo nauchnogo centra RAN [Works of the Kola research center RAS], 2010, No. 1 (1), pp. 84-91.
18. Sudachenko V. N., Timofeev E. V., Jerk A. F., Razmuk V. A. Ocenka kachestva elektrojenergii u sel'skoho-zjajstvennyh potrebitelej [Assessment of the quality of electricity for agricultural consumers], Tekhnologii i tekhnich-eskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva [Technologies and technical means of mechanized production of crop and livestock products], 2018, No. 95, pp. 33-41.
19. Dulepov D. E., Kondranenkova T. E. Snizhenie poter' i povyshenie kachestva elektricheskoj energii pri nes-immetrichnyh rezhimah v sel'skih raspredelitel'nyh elektricheskih setyah [Reduction of loss and enhancement of electric energy quality in non-symmetric regimes in rural distribution electric networks], Elektroenergetika glazami mo-lodezhi: materialy VIII Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii [Electricity through the eyes of youth: proceedings of the VIII International Scientific and Technical Conference], 2017, Vol. 3, pp. 328-331.
20. Andrianova L. P., Valeev R. I. Analiz vliyaniya nesimmetrichnyh rezhimov raboty na elektrooborudovanie v sel'skih elektricheskih setyah 0,4 kV i puti ih resheniya [Analysis of the influence of asymmetric modes of operation on electrical equipment in rural electric networks 0.4 kV and ways to solve them], Innovatsionnaja nauka [Innovative science], 2018, No. 3, pp. 24-25.
Submitted 10.07.2019; revised 13.08.2019
About the authors:
Vladimir L. Osokin, Ph.D. (engineering), associate head of the chair «Electrification and automation» Address: Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, 606340, Russia, Knyaginino, Oktyabrskaya Str., 22a E-mail: [email protected] Spin-code: 4573-1339
Nikolaj M. Popov, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Electrification and Address: Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, 606340, Oktyabrskaya Str., 22a E-mail: [email protected] Spin-code: 2257-3182
Evgeniy A. Sbitnev, senior teacher of the chair «Electrification and automation» Address: Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, 606340, Oktyabrskaya Str., 22a E-mail: [email protected] Spin-code: 7941-2535
Contribution of the authors:
Vladimir L. Osokin: managed the research project, analysing and supplementing the text. Nikolaj M. Popov: research supervision, writing of the draft. Evgeniy A. Sbitnev: computer work.
All authors have read and approved the final manuscript.
automation» Russia, Knyaginino,
Russia, Knyaginino,
