RU2551632C2 - Measuring device of differential current protection of buses - Google Patents
Measuring device of differential current protection of buses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2551632C2 RU2551632C2 RU2013133596/07A RU2013133596A RU2551632C2 RU 2551632 C2 RU2551632 C2 RU 2551632C2 RU 2013133596/07 A RU2013133596/07 A RU 2013133596/07A RU 2013133596 A RU2013133596 A RU 2013133596A RU 2551632 C2 RU2551632 C2 RU 2551632C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coils
- coil
- current
- toroid
- group
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к схемам защиты электрических линий, машин и приборов, в частности к схемам защиты, реагирующим на разность токов, и может быть использовано для обеспечения электробезопасности судовых и корабельных электроэнергетических систем.The invention relates to electrical engineering, and in particular to protection schemes for electric lines, machines and devices, in particular to protection schemes that respond to current differences, and can be used to ensure electrical safety of ship and ship electric power systems.
Известно измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин, которое является наиболее близким заявленному техническому решению и выбрано в качестве прототипа. Прототип содержит три группы последовательно включенных катушек дифференцирующих индукционных преобразователей тока, по одной группе на каждую фазу защищаемой системы шин. В каждой группе каждая из указанных катушек индуктивно связана с одним из тех токопроводов фазы, соответствующей этой группе, через которые к защищаемой системе шин подключены питающие и отходящие линии. Число таких катушек в каждой группе равно общему числу всех этих линий. Все указанные катушки всех групп расположены на тороидах, выполненных из немагнитного изоляционного материала и насаженных на соединительные втулки тех высоковольтных вводов выключателей указанных линий, которые отделены от защищаемых шин контактами этих выключателей, и имеют одинаковые взаимные индуктивности с соответствующими этим катушкам токопроводами высоковольтных вводов. В каждой группе начало каждой последующей катушки, кроме первой, подключено к концу предыдущей катушки, концы последних катушек всех групп подключены к общему нулевому зажиму. Начала первых катушек каждой группы и общий нулевой зажим соединены с входными зажимами устройства. В устройство введен четырехфазный мостовой выпрямитель, выходные зажимы которого являются выходными зажимами устройства. Тороиды, на которых расположены указанные катушки, выполнены из эластичного немагнитного изоляционного материала, соединенного посредством стыковочных поверхностей. Все эти катушки выполнены в виде нескольких одинаковых секций, равномерно размещенных вдоль указанных тороидов. Начала каждой, кроме первой, секционных обмоток соединены с концами секционных обмоток предыдущих секций. (Патент №2396661 Российская Федерация, МПК H02H 3/34 (2006.01), H01F 38/28 (2006. 01). Измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин/ Кувшинов Г.Е. (RU), Мясоедов Ю.В. (RU), Нагорных А.С. (RU), Богодайко И.А. (RU); патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (RU). - №2009126293/28; заявл. 08.07.2009; опубл. 10.08.2010. Бюл. №22.)Known measuring device for differential current protection of tires, which is the closest to the claimed technical solution and is selected as a prototype. The prototype contains three groups of series-connected coils of differentiating induction current converters, one group for each phase of the protected bus system. In each group, each of these coils is inductively connected to one of those phase conductors corresponding to this group, through which supply and outgoing lines are connected to the protected bus system. The number of such coils in each group is equal to the total number of all these lines. All of these coils of all groups are located on toroids made of non-magnetic insulating material and mounted on the connecting bushings of those high-voltage bushings of the indicated lines, which are separated from the shielded busbars by the contacts of these switches, and have the same mutual inductances with the high-voltage bushings corresponding to these coils. In each group, the beginning of each subsequent coil, except the first, is connected to the end of the previous coil, the ends of the last coils of all groups are connected to a common zero terminal. The beginning of the first coils of each group and the common zero terminal are connected to the input terminals of the device. A four-phase bridge rectifier is introduced into the device, the output terminals of which are the output terminals of the device. The toroids on which these coils are located are made of elastic non-magnetic insulating material connected by means of connecting surfaces. All these coils are made in the form of several identical sections, evenly spaced along these toroids. The beginnings of each, except the first, sectional windings are connected to the ends of the sectional windings of the previous sections. (Patent No. 2396661 Russian Federation, IPC H02H 3/34 (2006.01), H01F 38/28 (2006.01). Measuring device for differential current protection of tires / Kuvshinov G.E. (RU), Myasoedov Yu.V. (RU) , Nagornykh A.S. (RU), Bogodaiko I.A. (RU); patent holder Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education "Far Eastern Federal University" (RU). - No. 2009126293/28; filed 08.07.2009; publ. 08/10/2010, Bull. No. 22.)
Известное устройство-прототип предложено в качестве схемы защиты электрических линий, машин и приборов, реагирующих на разность токов. Это устройство повышает чувствительность защиты и тем самым обеспечивает отключение шин от источников напряжения на первой стадии повреждения изоляции шин.A known prototype device is proposed as a circuit for protecting electrical lines, machines and devices that respond to current differences. This device increases the sensitivity of the protection and thereby ensures that the tires are disconnected from voltage sources in the first stage of damage to the insulation of the tires.
Однако основным недостатком этого устройства является то, что секционные катушки образуют два слоя, один из которых внешний, а другой внутренний. Это усложняет конструкцию устройства и возможность его изготовления.However, the main disadvantage of this device is that the sectional coils form two layers, one of which is external and the other internal. This complicates the design of the device and the possibility of its manufacture.
На устранение указанного недостатка направлено новое техническое решение «Измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин», технической задачей которого является расширение арсенала технических средств, реагирующих на разность токов и являющихся схемами защиты и обеспечения электробезопасности судовых и корабельных электроэнергетических системA new technical solution, “Measuring device for differential current protection of tires,” the technical task of which is to expand the arsenal of technical means that respond to current differences and are protection and electrical safety schemes for ship and ship electric power systems, is aimed at eliminating this drawback
Реализация поставленной задачи позволяет достичь следующего суммарного технического результата:The implementation of the task allows to achieve the following total technical result:
- заявленное устройство расширяет арсенал технических средств, реагирующих на разность токов и являющихся схемами защиты и обеспечения электробезопасности судовых и корабельных электроэнергетических систем;- the claimed device expands the arsenal of technical means that respond to the difference in currents and are protection schemes and ensure electrical safety of ship and ship electric power systems;
- заявленное устройство позволяет уменьшить практически в два раза количество всего обмоточного провода, используемого для изготовления секционных обмоток, что приводит к улучшению геометрических и конструкционно-технологических показателей устройства, удешевляет и облегчает его изготовление.- the claimed device allows you to reduce almost twice the amount of the entire winding wire used for the manufacture of sectional windings, which leads to an improvement in the geometric, structural and technological parameters of the device, cheapens and facilitates its manufacture.
Указанный технический результат достигается тем, что заявленное «Измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин» содержит три, по числу фаз в трехфазной электроэнергетической системе, идентичные группы катушек токопроводов для питающей и отходящих линий защищаемой системы шин. В каждой группе каждая из указанных катушек индуктивно связана с одним из тех токопроводов фазы, соответствующей этой группе. Через токопроводы к защищаемой системе шин подключены питающие и отходящие линии, число таких катушек в каждой группе равно общему числу всех этих линий. Каждая катушка токопровода для питающей и отходящих линий состоит из n секций, выполненных в виде обмоток, а каждая обмотка образована витками из обмоточного провода секционных катушек. Начало первой секционной обмотки подключено к первой клемме катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока. Все указанные катушки всех групп размещены на соответствующих тороидах, выполненных из эластичного немагнитного изоляционного материала. К выключателю питающей линии подключена защищаемая система шин, к которой через соответствующие выключатели подключены соответствующие отходящие линии. Все катушки в каждой группе соединены последовательно, причем начало каждой последующей катушки токопроводов для отходящих линий, кроме первой катушки токопровода для питающей линии, подключены к концу предыдущей катушки. Концы последних катушек всех групп подключены к общему нулевому зажиму, а начало первой катушки токопровода для питающей линии каждой из фазовых групп и общий нулевой зажим подключены по одному к соответствующим входным зажимам четырехфазного мостового выпрямителя, выходные зажимы которого являются выходными зажимами устройства.The specified technical result is achieved by the fact that the claimed "Measuring device for differential current protection of tires" contains three, by the number of phases in a three-phase electric power system, identical groups of coil conductors for the supply and outgoing lines of the protected bus system. In each group, each of these coils is inductively connected to one of those phase conductors corresponding to this group. Supply and outgoing lines are connected through busbars to the protected bus system; the number of such coils in each group is equal to the total number of all these lines. Each coil of the current lead for the supply and outgoing lines consists of n sections made in the form of windings, and each winding is formed by turns from the winding wire of the sectional coils. The beginning of the first sectional winding is connected to the first terminal of the coil of the differentiating induction current transducer. All these coils of all groups are placed on the corresponding toroids made of elastic non-magnetic insulating material. A protected bus system is connected to the supply line switch, to which the corresponding outgoing lines are connected via the corresponding switches. All coils in each group are connected in series, with the beginning of each subsequent coil of conductors for outgoing lines, except for the first coil of the conductors for the supply line, connected to the end of the previous coil. The ends of the last coils of all groups are connected to a common zero terminal, and the beginning of the first coil of the current lead for the supply line of each phase group and the common zero terminal are connected one at a time to the corresponding input terminals of a four-phase bridge rectifier, the output terminals of which are the output terminals of the device.
Принципиальным отличием заявленного устройства от прототипа является то, что тороиды имеют форму полой трубки. В каждой группе катушек часть единого обмоточного провода помещена внутри соответствующего тороида вдоль осевой линии катушки и повторяет кольцевую форму тороида. При этом начало обмоточного провода, помещенного внутри тороида и повторяющего его кольцевую форму, соединено с концом последней секционной обмотки, а конец обмоточного провода на выходе его из тороида соединен со второй клеммой катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока.The fundamental difference between the claimed device from the prototype is that the toroids are in the form of a hollow tube. In each group of coils, a part of a single winding wire is placed inside the corresponding toroid along the axial line of the coil and repeats the ring shape of the toroid. In this case, the beginning of the winding wire placed inside the toroid and repeating its ring shape is connected to the end of the last sectional winding, and the end of the winding wire at the output of the toroid is connected to the second terminal terminal of the differential induction current transformer.
Именно размещение части единого обмоточного провода внутри соответствующего тороида позволяет уменьшить практически в два раза количество всего обмоточного провода по сравнению с количеством обмоточного провода, используемого в прототипе для образования двух слоев дифференцирующего индукционного преобразователя тока. Это улучшает геометрические и конструкционно-технологические показатели устройства, удешевляет и облегчает его изготовление.It is the placement of a part of a single winding wire inside the corresponding toroid that can reduce almost twice the amount of the entire winding wire in comparison with the number of winding wire used in the prototype for the formation of two layers of a differentiating induction current transducer. This improves the geometric, structural and technological parameters of the device, reduces the cost and facilitates its manufacture.
Дополнительным отличием является то, что на концах каждой полой трубки выполнены стыковочные поверхности, которые плотно стыкуют одна с другой при монтаже катушек дифференцирующих индукционных преобразователей тока.An additional difference is that at the ends of each hollow tube there are mating surfaces that fit tightly against one another when mounting coils of differentiating induction current transducers.
Дополнительными отличиями являются следующие уточнения:Additional differences are the following clarifications:
- число витков каждой секционной катушки, образованных соответствующим проводником, равно w1;- the number of turns of each sectional coil formed by the corresponding conductor is equal to w 1 ;
- общее число витков всех обмоток секционных катушек - w, при этом w=w1n.;- the total number of turns of all the windings of the sectional coils is w, while w = w 1 n .;
- витки всех обмоток катушек дифференцирующих индукционных преобразователей тока должны быть намотаны или по правилу правого винта, или по правилу левого винта;- the turns of all windings of the coils of the differentiating induction current converters must be wound either according to the rule of the right screw or according to the rule of the left screw;
- витки имеют одинаковый выбранный шаг.- turns have the same selected step.
Перечисленные другие дополнительные отличия необходимы для формирования равномерной намотки и малого расстояния между секциями (необмотанного участка) тороидального каркаса, на котором расположена катушка, при соблюдении технологии изготовления таких катушек, для увеличения помехозащищенности, а именно снижения мешающих электродвижущих сил (ЭДС) и переменных магнитных потоков, сцепленных с витками катушек.These other additional differences are necessary for the formation of a uniform winding and a small distance between the sections (uncoiled section) of the toroidal frame on which the coil is located, subject to the manufacturing technology of such coils, to increase noise immunity, namely, to reduce interfering electromotive forces (EMF) and variable magnetic fluxes coupled to turns of coils.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Фиг.1 - измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин. Однолинейная функциональная схема.Figure 1 - measuring device for differential current protection of tires. Single line functional diagram.
Фиг.2 - измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин. Местный разрез катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока.Figure 2 - measuring device for differential current protection of tires. Local section of the coil of a differentiating induction current transducer.
На фиг.1 изображена однолинейная функциональная схема устройства, содержащая:Figure 1 shows a single-line functional diagram of a device containing:
1. Защищаемую систему шин.1. Protected tire system.
2. Питающую линию (входящая шина для подключения к источнику напряжения; количество питающих линий (шин) может быть больше одной).2. Supply line (incoming bus to connect to a voltage source; the number of supply lines (buses) can be more than one).
3. Выключатель питающей линии. (Количество выключателей соответствует количеству питающих линий.)3. Supply line switch. (The number of switches corresponds to the number of supply lines.)
4. Выключатели. (Количество выключателей N.)4. Switches. (Number of switches N.)
5. Отходящие линии (отходящие шины).5. Outgoing lines (outgoing tires).
6. Дифференцирующий индукционный преобразователь для питающей линии тока (ДИПТ1).6. Differentiating induction converter for the current supply line (DIPT1).
7. Дифференцирующие индукционные преобразователи для отходящих линий тока (ДИПТ2).7. Differentiating induction converters for outgoing current lines (DIPT2).
8. Токопровод для питающей линии.8. Current lead for the supply line.
9. Токопроводы для отходящих линий.9. Conductors for outgoing lines.
10. Катушку токопровода для питающей линии (КДИПТ1).10. The current lead coil for the supply line (KDIPT1).
11. Катушки токопроводов для отходящих линий (КДИПТ2).11. Coils of current conductors for outgoing lines (KDIPT2).
12. Общий нулевой зажим.12. General zero clamp.
13. Входные зажимы четырехфазного мостового выпрямителя (ЧМВ).13. Input terminals of a four-phase bridge rectifier (FMV).
14. Четырехфазный мостовой выпрямитель (ЧМВ).14. Four-phase bridge rectifier (ММВ).
15. Выходные зажимы ЧМВ (выходные зажимы устройства).15. Output terminals of FMC (output terminals of the device).
Заявленное устройство содержит три идентичные группы катушек токопроводов для питающей и отходящих линий, по числу фаз в трехфазной электроэнергетической системе.The claimed device contains three identical groups of coils of conductors for supply and outgoing lines, according to the number of phases in a three-phase electric power system.
Защищаемая система шин 1 фиг.1 подключена к источнику напряжения с помощью питающей линии 2 фиг.1 и выключателя питающей линии 3 фиг.1 (в общем случае количество питающих линий может быть больше одной). К выключателю питающей линии 3 фиг.1 подключена защищаемая система шин 1 фиг.1, а к защищаемой системе шин 1 фиг.1 через соответствующие выключатели 4 подключены соответствующие отходящие линии 5 фиг.1. Измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин содержит дифференцирующий индукционный преобразователь для питающей линии тока 6 фиг.1 и дифференцирующие индукционные преобразователи для отходящих линий тока 7. Общее число дифференцирующих индукционных преобразователей линий тока питающей 6 и отходящих 7 для каждой фазы шин равно общему числу линий 2 и 5. Эти преобразователи 6 и 7 состоят из токопровода для питающей линии 8 фиг.1 и токопроводов для отходящих линий 9 фиг.1, а также из катушки токопровода для питающей линии 10 фиг.1, индуктивно связанной с токопроводом для питающей линии 8 фиг.1, и из катушек токопроводов для отходящих линий 11 фиг.1, индуктивно связанных с токопроводами для отходящих линий 9 фиг.1 соответственно.The protected
Каждая из катушек КДИПТ1 и КДИПТ2 в каждой группе расположена на тороиде 18 фиг.2, соответствующем рассматриваемой группе катушек. Для каждой фазы все катушки, индуктивно связанные с токопроводами этой фазы, образуют фазную группу катушек. Все катушки в каждой группе соединены последовательно, причем начало каждой последующей катушки токопроводов для отходящих линий 11 фиг.1, кроме первой катушки токопровода для питающей линии 10 фиг.1, подключены к концу предыдущей катушки. Концы последних катушек всех групп подключены к общему нулевому зажиму 12 фиг.1. Начало первой катушки токопровода для питающей линии 10 фиг.1 каждой из фазовых групп и общий нулевой зажим 12 фиг.1 подключены по одному к соответствующим входным зажимам 13 четырехфазного мостового выпрямителя 14 фиг.1. Выходные зажимы ЧМВ 15 (+ и -) фиг.1 являются соответствующими выходными зажимами измерительного устройства дифференциальной токовой защиты шин.Each of the coils KDIPT1 and KDIPT2 in each group is located on the toroid 18 of figure 2, corresponding to the considered group of coils. For each phase, all coils inductively coupled to the conductors of this phase form a phase group of coils. All coils in each group are connected in series, with the beginning of each subsequent coil of conductors for outgoing lines 11 of FIG. 1, except for the first coil of conductors for supply line 10 of FIG. 1, connected to the end of the previous coil. The ends of the last coils of all groups are connected to a common zero terminal 12 of figure 1. The beginning of the first current lead coil for the supply line 10 of FIG. 1 of each of the phase groups and the common zero terminal 12 of FIG. 1 are connected one at a time to the
На фиг.2 дан местный разрез катушки токопровода для питающей линии (КДИПТ1) 10 фиг.1 или катушки токопроводов для отходящих линий (КДИПТ2) 11 фиг.1 (определение «местный» использовано в соответствии с ЕСКД), включающий:Figure 2 shows a local section of the coil of the current lead for the supply line (KDIPT1) 10 of Figure 1 or the coil of current conductors for the outgoing lines (KDIPT2) 11 of Figure 1 (the definition of "local" is used in accordance with ESKD), including:
16. Осевую линию КДИПТ1 или КДИПТ2.16. The axial line KDIPT1 or KDIPT2.
17. Секции (секционные катушки, количество секций n).17. Sections (sectional coils, number of sections n).
18. Тороид.18. Toroid.
19. Стыковочные поверхности.19. Docking surfaces.
20. Виток из обмоточного провода секционных катушек (виток).20. A coil from a winding wire of sectional coils (coil).
21. Начала секционных обмоток (кроме первой).21. The beginning of sectional windings (except the first).
22. Концы секционных обмоток (кроме последней).22. The ends of the sectional windings (except the last).
23. Конец последней секционной обмотки.23. The end of the last sectional winding.
24. Начало первой секционной обмотки.24. The beginning of the first sectional winding.
25. Первую клемму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока.25. The first terminal of the coil of the differential induction current transducer.
26. Вторую клемму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока.26. The second terminal of the coil of the differential induction current transducer.
27. Обмоточный провод (являющийся частью единого обмоточного провода).27. Winding wire (which is part of a single winding wire).
На верхней половине фигуры 2 представлена часть разреза КДИПТ1 10 фиг.1 или КДИПТ2 11 фиг.1, чтобы показать в сплошной детали ее внутреннее устройство. Разрез выполнен горизонтально, при этом осевая линия 16 фиг.2 совпадает с осью каждой секции (секционной катушки) 17 фиг.2, а также с осью тороида 18 фиг.2. Тороид 18 фиг.2 может иметь различную форму поперечного сечения, например прямоугольную или круглую. Каждая из этих и возможных других форм имеет свои достоинства и недостатки. В заявленном устройстве тороид имеет круглую форму поперечного сечения с диаметром d, наиболее простую в изготовлении и позволяющую уменьшить расход обмоточного провода. Каждая из КДИПТ1 10 фиг.1 или КДИПТ2 11 фиг.1 состоит из n секций (секционных катушек) 17 фиг.2, равномерно размещенных вдоль тороида 18 фиг.2, выполненного из эластичного немагнитного изоляционного материала, имеющего форму полой трубки. Длина секций и расстояние между ними равны а и b соответственно. Стыковочные поверхности 19 фиг.2, находящиеся на концах эластичной полой трубки, плотно, как широко известно в технике до даты приоритета заявленного изобретения, соединены одна с другой при установке катушки на соединительную втулку высоковольтного ввода выключателя, не указанных на фигуре 2. Секционные катушки (секции) 17 фиг.2 выполнены в виде обмоток. Каждая обмотка образована витками из обмоточного провода секционных катушек 20 фиг.2. Количество витков каждой секционной катушки, образованных соответствующим проводником, обозначено - w1. Витки 20 фиг.2 имеют одинаковый выбранный шаг. Общее число витков всех обмоток секционных катушек - w, при этом w=w1n. Витки всех обмоток КДИПТ1 10 фиг.1 или КДИПТ2 11 фиг.1 должны быть намотаны или по правилу правого винта, или по правилу левого винта, а диаметр осевой линии каждого витка обмоток секционных катушек равен d1.On the upper half of figure 2, part of the section KDIPT1 10 of FIG. 1 or KDIPT2 11 of FIG. 1 is shown to show its internal structure in a solid part. The section is made horizontally, while the axial line 16 of figure 2 coincides with the axis of each section (sectional coil) 17 of figure 2, as well as with the axis of the toroid 18 of figure 2. The toroid 18 of FIG. 2 may have a different cross-sectional shape, for example, rectangular or round. Each of these and other possible forms has its advantages and disadvantages. In the claimed device, the toroid has a circular cross-sectional shape with a diameter of d, the easiest to manufacture and to reduce the consumption of winding wire. Each of KDIPT1 10 of FIG. 1 or KDIPT2 11 of FIG. 1 consists of n sections (sectional coils) 17 of FIG. 2 uniformly spaced along the toroid 18 of FIG. 2 made of an elastic non-magnetic insulating material having the form of a hollow tube. The length of the sections and the distance between them are equal to a and b, respectively. The connecting surfaces 19 of FIG. 2, located at the ends of an elastic hollow tube, are tightly connected, as is widely known in the art, to the priority date of the claimed invention, when connected to a coil on a connecting sleeve of a high voltage switch input not shown in FIG. 2. Sectional coils ( section) 17 of figure 2 is made in the form of windings. Each winding is formed by turns from the winding wire of the sectional coils 20 of FIG. 2. The number of turns of each sectional coil formed by the corresponding conductor is indicated by w 1 . The turns 20 of FIG. 2 have the same selected step. The total number of turns of all the windings of the sectional coils is w, with w = w 1 n. The turns of all windings KDIPT1 10 of FIG. 1 or KDIPT2 11 of FIG. 1 must be wound either by the rule of the right screw or by the rule of the left screw, and the diameter of the axial line of each turn of the windings of the sectional coils is d 1 .
Все секционные катушки (секции) 17 фиг.2 соединены последовательно единым обмоточным проводом, образующим соответствующие обмотки секционных катушек. При этом начала секционных обмоток 21 фиг.2 всех секций 17 (кроме первой) подключены к концам секционных обмоток предыдущих секций (кроме последней) 22 фиг.2. Начало первой секционной обмотки 24 фиг.2 подключено к первой клемме катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока 25 фиг.2. В измерительном устройстве дифференциальной токовой защиты шин использован обмоточный провод 27 фиг.2, идентичный проводнику, образующему витки всех секционных катушек 17 фиг.2, и являющийся частью единого обмоточного провода. Обмоточный провод 27 фиг.2 помещен внутри тороида 18 фиг.2 вдоль осевой линии катушки 16 фиг.2 и повторяет кольцевую форму тороида 18 фиг.2. При этом начало обмоточного провода 27 фиг.2, помещенного внутри тороида и повторяющего его кольцевую форму, соединено с концом последней секционной обмотки 23 фиг.2, а конец обмоточного провода 27 фиг.2 на выходе его из тороида соединен со второй клеммой катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока 26 фиг.2.All sectional coils (sections) 17 of FIG. 2 are connected in series with a single winding wire forming the corresponding windings of the sectional coils. In this case, the beginning of the sectional windings 21 of FIG. 2 of all sections 17 (except the first) are connected to the ends of the sectional windings of the previous sections (except the last) 22 of FIG. The beginning of the first sectional winding 24 of figure 2 is connected to the first terminal of the coil of the differentiating induction current transducer 25 of figure 2. In the measuring device for differential current protection of the tires used winding wire 27 of figure 2, identical to the conductor forming the turns of all sectional coils 17 of figure 2, and which is part of a single winding wire. The winding wire 27 of FIG. 2 is placed inside the toroid 18 of FIG. 2 along the center line of the coil 16 of FIG. 2 and repeats the ring shape of the toroid 18 of FIG. 2. The beginning of the winding wire 27 of FIG. 2, placed inside the toroid and repeating its ring shape, is connected to the end of the last sectional winding 23 of FIG. 2, and the end of the winding wire 27 of FIG. 2 is connected to the second terminal of the differentiating induction coil at the output of the toroid current transducer 26 of figure 2.
Измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин, однолинейная функциональная схема которого показана на фиг.1, работает следующим образом.A measuring device for differential current protection of tires, a single-line functional diagram of which is shown in figure 1, operates as follows.
Электрический ток проходит по высоковольтным токопроводам для питающей линии 8 фиг.1 и токопроводов для отходящих линий 9 фиг.1, во всех группах и в зависимости от сопротивления потребителей, не указанных на фиг.1, но подключенных к отходящим шинам 5 фиг.1, образует вокруг указанных высоковольтных токопроводов магнитное поле. Магнитное поле каждого токопровода наводит в соответствующих тороидальных катушках, охватывающих эти токопроводы, ЭДС, мгновенное значение которой пропорционально производной этого тока по времени.Electric current passes through the high voltage conductors for the supply line 8 of FIG. 1 and conductors for the outgoing lines 9 of FIG. 1, in all groups and depending on the resistance of consumers not shown in FIG. 1, but connected to the outgoing buses 5 of FIG. 1, forms a magnetic field around these high-voltage conductors. The magnetic field of each current lead in the corresponding toroidal coils, covering these conductors, EMF, the instantaneous value of which is proportional to the time derivative of this current.
Токи других проводников, не проходящих через окна катушек КДИПТ1 10 фиг.1 и КДИПТ2 11 фиг.1, например токи второй или третьей фазной групп, токи заземлителей или вихревые токи в корпусе выключателя, создают мешающие магнитные потоки двух составляющих. Первая из них перпендикулярна плоскости осевым линиям катушек КДИПТ1 10 фиг.1 и КДИПТ2 11 фиг.1. Мешающее влияние этой составляющей ничтожно, так как в двух витках, один из которых образуется суммой обмоток секционных катушек, а другой - обмоточным проводом внутри тороида повторяющим его форму, наводятся две мешающие ЭДС, которые практически полностью уравновешивают одна другую. Линии напряженности поля второй составляющей магнитных потоков от мешающих токов лежат в плоскостях, параллельных плоскостям осевых линий катушек КДИПТ1 10 фиг.1 и КДИПТ2 11 фиг.1. Такая составляющая мешающих магнитных потоков может создавать ЭДС, достаточную для возникновения ошибки при измерении тока в высоковольтных токопроводах для питающей линии 8 фиг.1 и в токопроводах для отходящих линий 9 фиг.1 только при наличии неравномерностей намотки катушки, когда шаг намотки непостоянный или имеются необмотанные участки, как в рассматриваемом случае.The currents of other conductors that do not pass through the windows of the coils KDIPT1 10 of Fig. 1 and KDIPT2 11 of Fig. 1, for example, currents of the second or third phase groups, grounding currents or eddy currents in the circuit breaker body, create interfering magnetic fluxes of two components. The first of them is perpendicular to the plane of the axial lines of the coils KDIPT1 10 of Fig.1 and KDIPT2 11 of Fig.1. The interfering effect of this component is negligible, because in two turns, one of which is formed by the sum of the windings of the section coils, and the other by a winding wire inside the toroid repeating its shape, two interfering EMFs are induced, which almost completely balance one another. The field strength lines of the second component of the magnetic flux from the interfering currents lie in planes parallel to the planes of the axial lines of the coils KDIPT1 10 of FIG. 1 and KDIPT2 11 of FIG. 1. Such a component of interfering magnetic fluxes can create an EMF sufficient to cause an error when measuring current in high voltage current conductors for the supply line 8 of Figure 1 and in current conductors for outgoing lines 9 of Figure 1 only in the presence of uneven winding of the coil, when the winding step is unstable or there are unwound sections, as in the case under consideration.
Благодаря тому, что необмотанных участков не один или два, а значительно больше, а их длина много меньше длины секционных катушек, удается обеспечить пренебрежимо малое значение ЭДС ошибки. Пусть, например, токопровод с мешающим током расположен параллельно токопроводу с измеряемым током на расстоянии, равном диаметру осевой линии катушки, и мешающий ток равен измеряемому, а длина промежутков между секционными катушками не превосходит 1/36 от длины осевой линии катушки. Тогда погрешность измерения становится меньше 0,01%, если число секций не меньше 14.Due to the fact that the unwrapped sections are not one or two, but much larger, and their length is much less than the length of the sectional coils, it is possible to provide a negligible error EMF value. Suppose, for example, an interfering current conductor is parallel to the current conductor with a measured current at a distance equal to the diameter of the axial line of the coil, and the interfering current is equal to the measured one, and the gap length between the section coils does not exceed 1/36 of the length of the axial line of the coil. Then the measurement error becomes less than 0.01% if the number of sections is not less than 14.
Катушка дифференцирующего индукционного преобразователя тока не имеет магнитного сердечника, а намотана на тороиде из изоляционного материала. Поэтому в измеренной ЭДС отсутствуют погрешности, связанные с насыщением сердечника, с гистерезисом его кривой намагничивания и с остаточным значением индукции сердечника к моменту начала переходного процесса тока короткого замыкания в защищаемой системе шин, а также с влиянием вихревых токов в сердечнике.The coil of the differentiating induction current transducer does not have a magnetic core, but is wound on a toroid of insulating material. Therefore, in the measured EMF there are no errors associated with the saturation of the core, with the hysteresis of its magnetization curve and with the residual value of the induction of the core at the time of the beginning of the transient process of the short circuit current in the protected bus system, as well as with the influence of eddy currents in the core.
Следовательно, справедливость и линейность возникающей ЭДС в тороидальных катушках в зависимости от тока, протекающего в высоковольтных токопроводах, не нарушаются ни при каких условиях.Consequently, the validity and linearity of the resulting EMF in toroidal coils, depending on the current flowing in the high-voltage conductors, are not violated under any conditions.
Таким образом, катушки дифференцирующих индукционных преобразователей тока 10 и 11 предложенной конструкции обеспечивают высокую точность измерения производной тока, проходящего по высоковольтному вводу выключателя.Thus, the coils of the differentiating induction current transformers 10 and 11 of the proposed design provide high accuracy in measuring the derivative of the current passing through the high-voltage input of the switch.
Вполне осуществим и широко известен в науке и технике такой уровень изготовления и монтажа катушек дифференцирующих индукционных преобразователей тока, при котором суммарное для всех входящих в фазную группу указанных катушек действующее значение ЭДС помехи не будет превосходить нескольких процентов от действующего значения ЭДС катушки дифференцирующего индукционного преобразователя питающей линии при ее номинальном токе.It is quite feasible and widely known in science and technology that the level of manufacture and installation of coils of differentiating induction current converters at which the total effective value of the EMF of interference for all the coils included in the phase group of these coils will not exceed several percent of the effective value of the EMF of the coil of the differentiating induction converter at its rated current.
В соответствии с первым законом Кирхгофа сумма токов всех высоковольтных питающих линий и отходящих линий с токами в нормальных режимах и при внешних за пределами точек установки дифференцирующих индукционных преобразователей тока коротких замыканиях равна нулю для каждой фазы.In accordance with the first Kirchhoff law, the sum of the currents of all high-voltage supply lines and outgoing lines with currents in normal conditions and for external short-circuits outside the installation points of differentiating induction current transformers is equal to zero for each phase.
В каждой фазе измерительного устройства дифференциальной токовой защиты шин сумма ЭДС, наведенных во всех катушках 10 и 11 дифференцирующих индукционных преобразователей тока, входящих в это устройство, равна нулю (при пренебрежении малыми значениями ЭДС помех). Следовательно, напряжения, подводимые к входам 13 выпрямителя 14, и выходное напряжение устройства, снимаемое с зажимов 15 этого выпрямителя, практически равны нулю. Дифференциальная токовая защита шин не работает.In each phase of the measuring device for differential current protection of buses, the sum of the EMF induced in all coils 10 and 11 of the differentiating induction current converters included in this device is zero (neglecting small values of the EMF of interference). Therefore, the voltage supplied to the
При коротком замыкании какой-либо фазы в зоне действия дифференциальной токовой защиты шин от места повреждения пойдет ток короткого замыкания. Этот ток не входит в число токов, производные которых измеряются дифференцирующими индукционными преобразователями тока. В данном случае суммарное значение ЭДС всех катушек одной группы равно ЭДС, которая пропорциональна производной тока короткого замыкания, выходное напряжение выпрямителя 14 достигает уровня напряжения срабатывания защиты. Такой уровень во избежание ложных срабатываний защиты должен быть заведомо больше суммарной ЭДС помехи во всей фазной группе катушек дифференцирующих индукционных преобразователей тока.In the event of a short circuit of any phase in the area of the differential current protection of the buses from the place of damage, a short circuit current will flow. This current is not included in the number of currents whose derivatives are measured by differentiating induction current converters. In this case, the total EMF value of all the coils of one group is equal to the EMF, which is proportional to the derivative of the short circuit current, the output voltage of the
Сигнал на срабатывание дифференциальной токовой защиты шин возникнет одновременно с началом тока короткого замыкания, без запаздывания.The signal for the operation of the differential current protection of the buses will occur simultaneously with the beginning of the short circuit current, without delay.
При двухфазном коротком замыкании в зоне действия дифференциальной токовой защиты шин выпрямляются не равные нулю суммарные ЭДС (без учета ЭДС помех) не одной, а двух фазных групп катушек дифференцирующих индукционных преобразователей тока. Эти две ЭДС равны между собой и противоположно направлены по отношению к общему нулевому зажиму 12. Выходное напряжение выпрямителя 14, полученное выпрямлением разности этих двух ЭДС, удваивается по сравнению с однофазным коротким замыканием с таким же током.In the case of a two-phase short circuit in the effective range of the differential current protection of the buses, the total EMF (not taking into account the EMF of interference) of not one, but two phase groups of coils of differentiating induction current converters are rectified. These two EMFs are equal to each other and oppositely directed with respect to the common zero terminal 12. The output voltage of the
Во время трехфазного короткого замыкания выходное напряжение выпрямителя 14 будет в три раза больше по сравнению с однофазным коротким замыканием с таким же током.During a three-phase short circuit, the output voltage of the
В этом проявляется существенное преимущество измерительного устройства дифференциальной токовой защиты трехфазной системы шин по сравнению с измерительным устройством, выполненным на основе трансформаторов тока.This shows a significant advantage of a measuring device for differential current protection of a three-phase bus system compared to a measuring device based on current transformers.
Таким образом, для решения поставленной технической задачи предложено новое устройство, расширяющее арсенал известных технических средств, являющихся схемами защиты и обеспечения электробезопасности судовых и корабельных электроэнергетических систем. За счет исключения по сравнению с прототипом установки дополнительных конструктивных элементов конструкция заявленного устройства упрощена при сохранении основных существенных функциональных возможностей, в результате чего улучшены массогабаритные показатели измерительного устройства дифференциальной токовой защиты шин.Thus, to solve the technical problem, a new device is proposed that expands the arsenal of well-known technical means, which are protection and electrical safety schemes for ship and ship electric power systems. Due to the exclusion, in comparison with the prototype of the installation of additional structural elements, the design of the claimed device is simplified while maintaining the basic essential functionality, resulting in improved overall dimensions of the measuring device for differential current protection of tires.
Заявленное устройство промышленно применимо, так как при его изготовлении использованы широкораспространенные устройства и компоненты электротехнической промышленности, такие как соответствующий гостированный обмоточный провод, а наличие эластичного немагнитного изоляционного материала в электротехнике широко известно и не ограничено химическим составом. Известны также технологии изготовления тороидального каркаса и секционных катушек.The claimed device is industrially applicable, since in its manufacture widespread devices and components of the electrical industry are used, such as the corresponding guest winding wire, and the presence of elastic non-magnetic insulating material in electrical engineering is widely known and is not limited by chemical composition. Manufacturing techniques for the toroidal frame and sectional coils are also known.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013133596/07A RU2551632C2 (en) | 2013-07-18 | 2013-07-18 | Measuring device of differential current protection of buses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013133596/07A RU2551632C2 (en) | 2013-07-18 | 2013-07-18 | Measuring device of differential current protection of buses |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013133596A RU2013133596A (en) | 2015-01-27 |
| RU2551632C2 true RU2551632C2 (en) | 2015-05-27 |
Family
ID=53281105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013133596/07A RU2551632C2 (en) | 2013-07-18 | 2013-07-18 | Measuring device of differential current protection of buses |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2551632C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109215993A (en) * | 2018-08-06 | 2019-01-15 | 湖南中良电气设备有限公司 | Energy-economic transformer |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6407894B1 (en) * | 1999-11-05 | 2002-06-18 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Method and apparatus for differentially sensing ground fault and individual phases |
| RU2253930C2 (en) * | 2003-08-11 | 2005-06-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (ФГОУ ВПО АЧГАА) | Electric down-engine control station |
| RU2396661C1 (en) * | 2009-07-08 | 2010-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) | Measuring device of differential current protection of buses |
-
2013
- 2013-07-18 RU RU2013133596/07A patent/RU2551632C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6407894B1 (en) * | 1999-11-05 | 2002-06-18 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Method and apparatus for differentially sensing ground fault and individual phases |
| RU2253930C2 (en) * | 2003-08-11 | 2005-06-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (ФГОУ ВПО АЧГАА) | Electric down-engine control station |
| RU2396661C1 (en) * | 2009-07-08 | 2010-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) | Measuring device of differential current protection of buses |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109215993A (en) * | 2018-08-06 | 2019-01-15 | 湖南中良电气设备有限公司 | Energy-economic transformer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013133596A (en) | 2015-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7427856B2 (en) | Current sensing apparatus | |
| CN111771250B (en) | Current transformer | |
| RU2551632C2 (en) | Measuring device of differential current protection of buses | |
| RU2396661C1 (en) | Measuring device of differential current protection of buses | |
| WO2021198590A3 (en) | Rogowski current sensor which is fast and immune to voltage drifts | |
| RU134706U1 (en) | MEASURING DEVICE FOR DIFFERENTIAL CURRENT PROTECTION OF TIRES | |
| RU2428705C1 (en) | Measuring negative sequence current converter | |
| Lebedev et al. | Development and research of fault location algorithm for double-end feed lines in the multifunctional system | |
| RU2678330C1 (en) | Currents in the high-voltage oil-filled transformers, auto-transformers or electrical reactors windings measuring device | |
| RU168753U1 (en) | DEVICE FOR BALANCE PROTECTION OF HIGH VOLTAGE ELECTRICAL INSTALLATIONS | |
| WO2021198589A3 (en) | Very-wide-bandwidth current sensor | |
| CN110310808A (en) | A kind of current transformer and breaker | |
| Gajic et al. | Stray flux and its influence on protection relays | |
| RU2593380C1 (en) | Device for offset from magnetisation current rush during connection under voltage for transformer differential protection | |
| RU2713880C1 (en) | Device for protection against breaks of secondary circuits of current transformers | |
| RU2652381C1 (en) | Device for balance protection combined with transverse differential protection for three-phase high-voltage electrical installations | |
| RU2521616C1 (en) | Relay protection of csr power winding | |
| CN112437882A (en) | Split core current sensor | |
| EP2875513B1 (en) | Method and apparatus of sensing and indicating an open current transformer secondary | |
| RU93593U1 (en) | DEVICE FOR PROTECTION OF THE CONTROLLED BYPASS REACTOR FROM WIND CIRCUITS OF THE WINDING | |
| Givi et al. | Three dimensional finite element modeling of a current transformer and analyzing its operation under normal condition | |
| JP2010062419A (en) | Zero-phase current transformer | |
| RU2555858C2 (en) | Differential relay based on transformers with rotary magnetic field | |
| RU2658078C1 (en) | Method of ac voltage measuring in the bus of the electrical installation | |
| JP2017207311A (en) | Electric power measurement system |