RU2244972C1 - Differential current transformer - Google Patents

Differential current transformer Download PDF

Info

Publication number
RU2244972C1
RU2244972C1 RU2003117112/09A RU2003117112A RU2244972C1 RU 2244972 C1 RU2244972 C1 RU 2244972C1 RU 2003117112/09 A RU2003117112/09 A RU 2003117112/09A RU 2003117112 A RU2003117112 A RU 2003117112A RU 2244972 C1 RU2244972 C1 RU 2244972C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
conductors
winding
differential current
windings
primary winding
Prior art date
Application number
RU2003117112/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003117112A (en
Inventor
Ю.Н. Анисимов (RU)
Ю.Н. Анисимов
Г.Н. Малашенков (RU)
Г.Н. Малашенков
М.Ю. Анисимов (RU)
М.Ю. Анисимов
Д.Ю. Анисимов (RU)
Д.Ю. Анисимов
Original Assignee
Анисимов Юрий Николаевич
Малашенков Георгий Николаевич
Анисимов Михаил Юрьевич
Анисимов Дмитрий Юрьевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анисимов Юрий Николаевич, Малашенков Георгий Николаевич, Анисимов Михаил Юрьевич, Анисимов Дмитрий Юрьевич filed Critical Анисимов Юрий Николаевич
Priority to RU2003117112/09A priority Critical patent/RU2244972C1/en
Publication of RU2003117112A publication Critical patent/RU2003117112A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2244972C1 publication Critical patent/RU2244972C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Protection Of Transformers (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; protection against electric shock, current leakage, overload and short-circuit currents.
SUBSTANCE: proposed differential current transformer that may be found useful in off-operation protective gear has toroidal core of magnetically soft material that carries secondary winding. Its primary winding in the form of two line conductors is disposed in core port in diametric opposition. Secondary winding has two sections, two equally wound coils of one of them being differentially connected; each of these coils has n turns with primary winding conductors tightly abutting against them. Two equally wound coils of other section having m turns per coil are connected in series and disposed at 90 deg. to primary winding conductors.
EFFECT: provision for electrical isolation of differential current signal proportional to leakage current and unbalance signal proportional to load.
1 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к электротехнике и может быть применено для защиты человека от поражения электрическим током, противопожарной защиты от теплового проявления токов утечки, а также токов перегрузки и короткого замыкания в составе автоматизированных систем управления и устройств защитного отключения, реагирующих на дифференциальный (разностный) ток и токов нагрузки.The present invention relates to electrical engineering and can be used to protect a person from electric shock, fire protection against thermal manifestation of leakage currents, as well as overload and short circuit currents in automated control systems and protective shutdown devices that respond to differential (differential) current and load currents.

В настоящее время в электротехнике применяются дифференциальные трансформаторы тока (Рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации электроустановок зданий при применении устройств защитного отключения. М.: Издательство МЭИ, 2002 г, стр. 19-27, 66-67), для которых характерно наличие сигнала небаланса (помехи) в полезном сигнале, пропорциональном току утечки или разностному току. Такие трансформаторы содержат тороидальный магнитомягкий сердечник с равномерной или сосредоточенной вторичной обмоткой и произвольно расположенную в окне сердечника трансформатора первичную обмотку, состоящую из проводников питающей сети.Currently, differential current transformers are used in electrical engineering (Recommendations for the design, installation and operation of electrical installations of buildings when using residual current circuit breakers. M .: MEI Publishing House, 2002, pp. 19-27, 66-67), which are characterized by the presence of a signal unbalance (interference) in the useful signal, proportional to the leakage current or the differential current. Such transformers contain a toroidal soft magnetic core with a uniform or concentrated secondary winding and a primary winding randomly located in the window of the transformer core, consisting of conductors of the supply network.

В такой конструкции трансформатора магнитная связь проводников первичной обмотки с проводниками вторичной обмотки имеет случайный характер, поэтому сумма их потокосцеплений с проводниками вторичной обмотки тоже имеет случайный характер, и во вторичной обмотке наводится сигнал небаланса, который может отличаться не только по величине, но и по фазе. Поэтому при появлении тока утечки сигнал на выходе вторичной обмотки дифференциального трансформатора тока в одних случаях может увеличиваться, а в других уменьшаться. Это вносит ограничение на минимальный порог срабатывания устройств защитного отключения и ограничивает их применение в электроустановках с пиковыми или пусковыми токами, так как сигнал небаланса пропорционален току нагрузки, и это приводит к ложным, несанкционированным срабатываниям устройств защитного отключения. Пусковой орган (пороговый элемент) в устройствах защитного отключения выполняется, как правило, на чувствительных магнитно-электрических реле прямого действия или электронных компонентах, а исполнительный механизм включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода.In this design of the transformer, the magnetic coupling of the primary winding conductors with the secondary winding conductors is random, therefore, the sum of their flux linkages with the secondary winding conductors is also random, and an unbalance signal is induced in the secondary winding, which can differ not only in magnitude but also in phase . Therefore, when a leakage current appears, the signal at the output of the secondary winding of the differential current transformer can increase in some cases, and decrease in others. This limits the minimum threshold for tripping devices and restricts their use in electrical installations with peak or inrush currents, since the unbalance signal is proportional to the load current, and this leads to false, unauthorized tripping of devices of protective tripping. The trigger element (threshold element) in the residual current circuit breakers is usually performed on sensitive direct-acting magnetic-electric relays or electronic components, and the actuator includes a power contact group with a drive mechanism.

Сигнал небаланса уменьшают в дифференциальном трансформаторе тока (Щипунов Н.В. “Защитное отключение”, М.: Энергия, 1968 г., стр. 81-85), содержащем тороидальный сердечник из магнитомягкого материала с равномерно намотанной вторичной обмоткой, первичную обмотку, состоящую из фазных проводников питающей сети, расположенную в окне сердечника, и экран из магнитного материала, установленный между первичной и вторичной обмотками.The unbalance signal is reduced in a differential current transformer (Shchipunov N.V. “Protective shutdown”, M .: Energia, 1968, pp. 81-85), containing a toroidal core made of soft magnetic material with a uniformly wound secondary winding, a primary winding consisting of from phase conductors of the supply network located in the core window, and a screen of magnetic material mounted between the primary and secondary windings.

Как и в описанных выше дифференциальных трансформаторах тока, в данном конструктивном варианте выполнения трансформатора сигнал небаланса не может быть полностью скомпенсирован. Экран замыкает на себя потоки рассеяния первичной обмотки, уменьшая их потосцепление со вторичной обмоткой, а значит и сигнал небаланса. Однако это приводит к снижению чувствительности и к токам утечки, он также работает нестабильно при наличии пиковых и пусковых токов, что ограничивает защиту мощных электроприемников.As in the differential current transformers described above, in this structural embodiment of the transformer, the unbalance signal cannot be fully compensated. The screen closes the scattering fluxes of the primary winding, reducing their adhesion to the secondary winding, and hence the unbalance signal. However, this leads to a decrease in sensitivity and leakage currents, it also works unstably in the presence of peak and inrush currents, which limits the protection of powerful power consumers.

Наиболее близким дифференциальным трансформатором тока по технической сущности к предлагаемому изобретению является дифференциальный трансформатор тока (патент РФ №2060568, класс H 01 F 38/28, 20.05.1996 г.), содержащий тороидальный сердечник из магнитомягкого материала с равномерно намотанной вторичной обмоткой, первичную n-фазную обмотку, расположенную в окне сердечника, и экран из магнитомягкого материала, установленный между первичной и вторичной обмотками. Каждая фаза первичной обмотки трансформатора выполнена в виде секций, каждая из которых состоит из двух идентичных, параллельно соединенных проводников, равномерно расположенных по окружности и чередующихся между собой в порядке следования фаз, так что угол между фазными проводниками соседних секций составляет 180°/n. Расположение обмоток и экрана зафиксировано держателем из электроизоляционного материала. Экран выполнен так, что позволяет изменять электромагнитную связь между первичной и вторичной обмотками при изменении мощности нагрузки для нормирования сигнала небаланса.The closest differential current transformer in technical essence to the present invention is a differential current transformer (RF patent No. 2060568, class H 01 F 38/28, 05/20/1996), containing a toroidal core made of soft magnetic material with a uniformly wound secondary winding, primary n -phase winding located in the core window, and a screen of soft magnetic material, installed between the primary and secondary windings. Each phase of the primary winding of the transformer is made in the form of sections, each of which consists of two identical, parallel-connected conductors, evenly spaced around the circle and alternating between themselves in the order of the phases, so that the angle between the phase conductors of the adjacent sections is 180 ° / n. The location of the windings and the screen is fixed by the holder of electrical insulation material. The screen is designed so that it allows you to change the electromagnetic coupling between the primary and secondary windings when the load power changes to normalize the unbalance signal.

Принцип действия данного трансформатора аналогичен принципу действия известных проходных трансформаторов. Однако в нем за счет расщепления фазных проводников создаются потоки рассеяния, которые в каждый момент времени векторно противоположны друг другу и взаимно компенсируются независимо от асимметрии нагрузки. Это позволяет более чем на порядок уменьшить сигнал небаланса, повысить чувствительность устройств защитного отключения и осуществить защиту более мощных электроприемников с пусковыми и пиковыми токами.The principle of operation of this transformer is similar to the principle of operation of known feed-through transformers. However, in it, due to the splitting of the phase conductors, scattering fluxes are created, which at each moment of time are vectorly opposite to each other and mutually compensated regardless of the load asymmetry. This allows reducing the unbalance signal by more than an order of magnitude, increasing the sensitivity of residual current circuit breakers, and protecting more powerful electrical receivers with inrush and peak currents.

Однако у таких дифференциальных трансформаторов тока наблюдается изменение сигнала небаланса при изменениях асимметрии нагрузки, так как при этом изменяется ориентация эллиптического вращающегося магнитного поля рассеяния относительно несимметричной вторичной обмотки, которая имеет место из-за технологических и конструктивных погрешностей и всей магнитной системы дифференциального трансформатора тока в целом.However, such differential current transformers exhibit a change in the unbalance signal with changes in the load asymmetry, since this changes the orientation of the elliptical rotating magnetic scattering field relative to the asymmetric secondary winding, which occurs due to technological and structural errors and the entire magnetic system of the differential current transformer as a whole .

Кроме этого, рассмотренные дифференциальные трансформаторы не выдают информацию о токах нагрузки, перегрузки и короткого замыкания.In addition, the considered differential transformers do not provide information about the currents of the load, overload and short circuit.

В основу настоящего изобретения положена задача создания дифференциального трансформатора тока, обеспечивающего гальваническое разделение сигналов разностного тока, пропорционального току утечки, и сигнала небаланса, пропорционального нагрузке, за счет конструктивного выполнения первичной и вторичных обмоток, при котором первичная обмотка создает основной поток, пропорциональный току утечки, и потоки рассеяния, пропорциональные токам нагрузки.The basis of the present invention is the creation of a differential current transformer that provides galvanic separation of the differential current signals proportional to the leakage current and the unbalance signal proportional to the load due to the structural design of the primary and secondary windings, in which the primary winding creates the main stream proportional to the leakage current, and scattering fluxes proportional to the load currents.

Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном трансформаторе тока, содержащем тороидальный сердечник из магнитомягкого материала с намотанной на него вторичной обмоткой, первичную n-фазную обмотку в виде фазных проводников, расположенных в окне сердечника, и держатель проводников, согласно изобретению первичная обмотка выполнена из двух проводников сети, расположенных диаметрально противоположно, а вторичная обмотка состоит из двух секций, две одинаково намотанные обмотки одной из которых соединены встречно, и каждая обмотка имеет n витков, к которым плотно прилегают проводники первичной обмотки, при этом две одинаково намотанные обмотки с m-витками в каждой обмотке другой секции соединены последовательно и расположены под углом 90° по отношению к проводникам первичной обмотки.The problem is solved in that in a differential current transformer containing a toroidal core of soft magnetic material with a secondary winding wound on it, a primary n-phase winding in the form of phase conductors located in the core window, and a conductor holder, according to the invention, the primary winding is made of two network conductors located diametrically opposite, and the secondary winding consists of two sections, two equally wound windings of one of which are connected in the opposite direction, and each winding Single has n windings, which seal tightly the primary winding conductors, wherein two identically wound with m-winding turns in each winding of the other sections are connected in series and are arranged at an angle of 90 ° with respect to the conductors of the primary winding.

Поставленная задача решается также тем, что в другом варианте выполнения предлагаемого дифференциального трансформатора тока первичная обмотка выполнена из трех проводников трехфазной сети, расположенных под углом 120° друг относительно друга, вторичная обмотка состоит из секций, при этом три р одинаково намотанные обмотки первой секции соединены последовательно через 120°/р и каждая обмотка имеет n витков, к которым плотно прилегают проводники первичной обмотки, а шесть одинаково намотанных обмоток с m витками в каждой попарно расположены диаметрально противоположно и объединены в три секции, в каждой из которых обмотки соединены встречно, причем одна из обмоток в каждой секции плотно прилегает к соответствующему проводнику первичной обмотки. В этом случае через держатель может быть пропущен либо один нейтральный проводник, либо три нейтральных проводника одинакового сечения, расположенных посередине между фазными проводниками и плотно прилегающих к сердечнику.The problem is also solved by the fact that in another embodiment of the proposed differential current transformer, the primary winding is made of three conductors of a three-phase network located at an angle of 120 ° relative to each other, the secondary winding consists of sections, while three p equally wound windings of the first section are connected in series through 120 ° / r and each winding has n turns, to which the conductors of the primary winding are tightly adjacent, and six equally wound windings with m turns in each pair They are diametrically opposite and are combined into three sections, in each of which the windings are connected counterclockwise, one of the windings in each section tightly adjoining the corresponding conductor of the primary winding. In this case, either one neutral conductor or three neutral conductors of the same cross section, located in the middle between the phase conductors and tightly adjacent to the core, can be passed through the holder.

Секции вторичных обмоток соединяют таким образом, что в одних секциях вторичной обмотки наводится сигнал, пропорциональный только току утечки, а в других секциях вторичной обмотки наводятся сигналы, пропорциональные фазным токам нагрузки. Эти сигналы гальванически разделены и не зависят друг от друга. Это позволит создать защитные отключающие устройства с большей чувствительностью к токам утечки, селективные, то есть многоуровневые, без ложных отключений, и расширить их функциональные возможности, а именно: реагировать на токи перегрузки и токи короткого замыкания.The sections of the secondary windings are connected in such a way that a signal proportional only to the leakage current is induced in some sections of the secondary winding, and signals proportional to the phase currents of the load are induced in other sections of the secondary winding. These signals are galvanically separated and independent of each other. This will make it possible to create protective disconnecting devices with greater sensitivity to leakage currents, selective, that is, multi-level, without false trips, and to expand their functionality, namely: to respond to overload currents and short circuit currents.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:In the future, the invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, in which:

фиг.1 изображает схему включения дифференциального трансформатора тока в однофазную или двухфазную сеть без нейтрального проводника;figure 1 depicts a diagram of the inclusion of a differential current transformer in a single-phase or two-phase network without a neutral conductor;

фиг.2 - схему включения дифференциального трансформатора тока в трехфазную сеть без нейтрального проводника при р=1;figure 2 is a diagram of the inclusion of a differential current transformer in a three-phase network without a neutral conductor at p = 1;

фиг.3 - схему включения дифференциального трансформатора тока в трехфазную сеть с одним нейтральным проводником, расположенным в центре сердечника при р=1;figure 3 is a diagram of the inclusion of a differential current transformer in a three-phase network with one neutral conductor located in the center of the core at p = 1;

фиг.4 - то же, что и на фиг.2, но с тремя нейтральными проводниками, расположенными посередине между проводниками первичной обмотки и одинаково прилегающими к сердечнику.figure 4 - the same as in figure 2, but with three neutral conductors located in the middle between the conductors of the primary winding and equally adjacent to the core.

Дифференциальный трансформатор тока, согласно изобретению, содержит тороидальный сердечник 1 (фиг.1) из магнитомягкого материала с намотанной на него вторичной обмоткой, состоящей из двух секций. Две одинаковые, равномерно намотанные обмотки 2 одной секции соединены встречно и каждая обмотка 2 имеет n витков, к которым плотно прилегают два проводника 3 первичной обмотки, расположенных горизонтально. Перпендикулярно горизонтальной оси на сердечник 1 равномерно намотаны еще две одинаковые обмотки 4 другой секции вторичной обмотки, каждая из которых имеет m витков. Обмотки 4 соединены последовательно и расположены под углом 90° по отношению к проводникам 3. Все обмотки 2 и 4 имеют одинаковое направление намотки витков. Для придания конструкции трансформатора жесткости в окне сердечника 1 установлен держатель 5 из электроизоляционного материала.The differential current transformer according to the invention comprises a toroidal core 1 (Fig. 1) of soft magnetic material with a secondary winding wound on it, consisting of two sections. Two identical, evenly wound windings 2 of one section are connected in the opposite direction and each winding 2 has n turns to which two primary conductors 3 of the primary winding are located horizontally. Two other identical windings 4 of another section of the secondary winding, each of which has m turns, are uniformly wound perpendicular to the horizontal axis on the core 1. The windings 4 are connected in series and are located at an angle of 90 ° with respect to the conductors 3. All windings 2 and 4 have the same direction of winding the turns. To impart rigidity to the design of the transformer, a holder 5 made of an insulating material is installed in the window of the core 1.

На фиг.2 представлена схема включения дифференциального трансформатора тока в трехфазную сеть без нейтрального проводника, позволяющая разделять сигнал утечки, пропорциональный току утечки, и сигналы небаланса (помехи), пропорциональные токам нагрузки в фазах.Figure 2 presents a diagram of the inclusion of a differential current transformer in a three-phase network without a neutral conductor, which allows to separate a leakage signal proportional to the leakage current and unbalance signals (interference) proportional to the load currents in phases.

Дифференциальный трансформатор тока содержит тороидальный сердечник 6, первичную обмотку из трех проводников 7 трехфазной сети, расположенных в держателе 8 из электроизоляционного материала под углом 120° по отношению друг к другу на внутренней поверхности сердечника 6. На сердечник 6 намотана вторичная обмотка, состоящая из секций. Три одинаковые, равномерно намотанные обмотки 9 первой секции соединены последовательно и каждая обмотка имеет n витков, к которым плотно прилегают фазные проводники 7 первичной обмотки. Шесть одинаково намотанных обмоток 10 и 11 с m витками в каждой попарно (обмотка 10 и обмотка 11) расположены диаметрально противоположно и объединены в три секции, в каждой из которых обмотки 10 и 11 соединены встречно, причем обмотка 10 в каждой секции плотно прилегает к соответствующему фазному проводнику 7.The differential current transformer contains a toroidal core 6, a primary winding of three conductors 7 of a three-phase network, located in a holder 8 of electrical insulation material at an angle of 120 ° relative to each other on the inner surface of the core 6. A secondary winding consisting of sections is wound on the core 6. Three identical, evenly wound windings 9 of the first section are connected in series and each winding has n turns, to which the phase conductors 7 of the primary winding tightly fit. Six equally wound windings 10 and 11 with m turns in each pair (winding 10 and winding 11) are diametrically opposed and are combined into three sections, in each of which windings 10 and 11 are connected counterclockwise, and winding 10 in each section is tightly adjacent to the corresponding phase conductor 7.

На фиг.3 представлена схема включения дифференциального трансформатора тока в трехфазную сеть с нейтральным проводником, которая выполняет те же функции, что и дифференциальный трансформатор тока на фиг.2. Он содержит дополнительно нейтральный проводник 12, пропущенный через центр держателя 8.Figure 3 presents a diagram of the inclusion of a differential current transformer in a three-phase network with a neutral conductor, which performs the same functions as the differential current transformer in figure 2. It additionally contains a neutral conductor 12, passed through the center of the holder 8.

На фиг.4 представлена схема дифференциального трансформатора тока, аналогичная схеме, представленной на фиг.2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит три одинаковых нейтральных проводника 13, пропущенных через держатель 8, расположенных посередине между фазными проводниками 7 первичной обмотки и одинаково прилегающих к сердечнику 1.Figure 4 presents a diagram of a differential current transformer, similar to the circuit shown in figure 2, characterized in that it further comprises three identical neutral conductors 13, passed through a holder 8, located in the middle between the phase conductors 7 of the primary winding and equally adjacent to the core 1 .

Принцип действия предлагаемого дифференциального трансформатора тока заключается в следующем.The principle of operation of the proposed differential current transformer is as follows.

В отсутствии тока утечки основной магнитный поток в магнитопроводе трансформатора равен нулю, так как фазные токи равны. Но так как по проводникам 3 (фиг.1) первичной обмотки протекает ток, то вокруг них пульсируют магнитные потоки Фσ1 рассеяния, направления которых показаны на фиг.1 и которые наводят одинаковые ЭДС en помехи или небаланса, пропорциональные току нагрузки в обмотках 2. Направление en связано с направлением потоков правилом буравчика и на фиг.1 направлены вверх. Если обмотки 2 соединить встречно, то на выходе получается сигнал 2еn, пропорциональный току нагрузки.In the absence of a leakage current, the main magnetic flux in the transformer magnetic circuit is zero, since the phase currents are equal. But since the current flows through the conductors 3 (Fig. 1) of the primary winding, magnetic fluxes Фσ 1 of the scattering pulsate around them, the directions of which are shown in Fig. 1 and which induce the same emf interference e n or imbalance proportional to the load current in the windings 2 The direction e n is associated with the direction of the flows by the rule of the gimlet and in FIG. 1 are directed upward. If the windings 2 are connected in the opposite direction, then the signal 2e n is obtained at the output, which is proportional to the load current.

При появлении тока утечки создается поток Фm, который замыкается по магнитопроводу трансформатора и, согласно принятому на фиг.1 направлению, наводит сигналы em, пропорциональные току утечки. В обмотках 2 они взаимно компенсируются, поэтому на сигнал 2en в этих обмотках никакого влияния не оказывают. Обмотки 4 соединяются последовательно и на их выходе формируется сигнал 2em, пропорциональный току утечки. Число витков в каждой из обмоток может быть одинаковое, все зависит от соотношений тока нагрузки и тока утечки. Так как магнитное сопротивление по пути в воздухе намного больше магнитного сопротивления по пути в сердечнике 1, а ток в проводниках 3 намного больше тока утечки, то варьируя числом витков обмоток 2 и 4 можно добиться примерного равенства сигналов en и em. Таким образом, такой трансформатор позволяет разделить сигнал утечки, пропорциональный току утечки, и сигнал небаланса (помехи), пропорциональный току нагрузки.When a leakage current appears, a flux m m is created , which closes along the transformer’s magnetic circuit and, according to the direction adopted in Fig. 1, induces signals e m proportional to the leakage current. In windings 2, they are mutually compensated, therefore, they do not affect the signal 2e n in these windings. The windings 4 are connected in series and a signal 2e m is generated at their output, proportional to the leakage current. The number of turns in each of the windings can be the same, it all depends on the ratio of the load current and leakage current. Since the magnetic resistance along the path in the air is much greater than the magnetic resistance along the path in the core 1, and the current in the conductors 3 is much greater than the leakage current, by varying the number of turns of the windings 2 and 4, an approximate equality of the signals e n and e m can be achieved. Thus, such a transformer makes it possible to separate a leakage signal proportional to the leakage current and an unbalance signal (interference) proportional to the load current.

Это дает возможность на базе таких дифференциальных трансформаторов тока разработать новые защитные отключающие устройства с расширенными функциональными возможностями, позволяющие настраивать их на различные токи нагрузки, осуществляя защиту от токов перегрузки и короткого замыкания, изменять чувствительность к токам утечки, соблюдать условия селективности и не реагировать на пусковые и пиковые токи нагрузки. Они могут выполняться на чувствительных магнитно-электрических реле прямого действия или электронных компонентах.This makes it possible, on the basis of such differential current transformers, to develop new protective disconnecting devices with advanced functionality that allow them to be configured for different load currents, protecting against overload and short circuit currents, change the sensitivity to leakage currents, observe selectivity conditions and not respond to starting and peak load currents. They can be performed on sensitive direct-acting magnetic-electric relays or electronic components.

Данные положения гальванического разделения сигнала могут быть использованы для защиты электроприемников в трехфазных сетях при симметричных и несимметричных нагрузках.These provisions of the galvanic separation of the signal can be used to protect electrical receivers in three-phase networks with symmetric and asymmetric loads.

На фиг.2 представлена схема включения дифференциального трансформатора тока в трехфазную сеть без нейтрального проводника. В отсутствии тока утечки основной магнитный поток в магнитопроводе трансформатора равен нулю, так как сумма токов в трехпроводной сети без нулевого провода равна нулю. Но так как по проводникам 7 первичной обмотки протекают фазные токи, то вокруг них пульсируют с частотой сети первичные потоки Фσ1 рассеяния, направления которых показаны на фиг.2 для момента первичные потоки Фσ1 рассеяния, направления которых показаны на фиг.2 для момента времени ωt=π/6, которые наводят в обмотках 9 ЭДС помехи или en, пропорциональные току нагрузки при любом режиме работы - симметричном или несимметричном. Если эти обмотки 9 соединить последовательно, то сумма сигналов en от потоков Фσ3 будет равна нулю для любого момента времени.Figure 2 presents a diagram of the inclusion of a differential current transformer in a three-phase network without a neutral conductor. In the absence of leakage current, the main magnetic flux in the transformer magnetic circuit is zero, since the sum of the currents in a three-wire network without a neutral wire is zero. But since phase currents flow through the conductors 7 of the primary winding, primary scattering fluxes Фσ 1 pulsate around them with a network frequency, the directions of which are shown in FIG. 2 for the moment, primary scattering fluxes Фσ 1 , the directions of which are shown in FIG. 2 for the time moment ωt = π / 6, which induces interference in the windings 9 of the EMF or e n proportional to the load current in any operating mode - symmetric or asymmetric. If these windings 9 are connected in series, then the sum of the signals e n from the flows Фσ 3 will be equal to zero for any moment of time.

При появлении тока утечки создается поток Фm, который замыкается по магнитопроводу трансформатора, и согласно принятому на фиг.2 направлению наводит в каждой из обмоток 9, 10 и 11 сигнал em, пропорциональный току утечки. Они суммируются в обмотках 9 и на выходе последовательно соединенных обмоток 9 имеет место сигнал 3 em, который не зависит от значений токов в проводниках 7 сети, то есть от нагрузки.When a leakage current appears, a flux Φ m is created , which closes along the transformer magnetic circuit, and, according to the direction adopted in Fig. 2, induces a signal e m proportional to the leakage current in each of the windings 9, 10 and 11. They are summed up in the windings 9 and at the output of the series-connected windings 9 there is a signal 3 e m , which does not depend on the values of the currents in the conductors 7 of the network, that is, on the load.

Известно, что в симметричной трехфазной сети, какой является первичная обмотка дифференциального трансформатора тока, при равенстве токов в фазных проводах 7 потоки Фσ1 рассеяния создают результирующий магнитный поток Фσ2, вектор результирующей магнитной индукции которого по модулю равен

Figure 00000002
Он вращается с угловой скоростью ωt, замыкаясь по воздуху и магнитопроводу дифференциального трансформатора тока, сцепляясь с обмотками 10 и 11. На фиг.2 показано направление потока Фσ2 для момента времени ωt=π/6 и направления еn и em в каждой обмотке 10 и 11 от действия Фm и Фσ2. Если теперь соединить каждую пару обмоток 10 и 11, находящихся на одной оси, так чтобы скомпенсировались em, то есть встречно, то на выходе обмоток 10 и 11 каждой секции будут иметь место двойные сигналы небаланса 2ena, 2e, 2еnc, пропорциональные токам нагрузки соответствующих фаз. Их удобно соединить в звезду и каждый фазный сигнал небаланса так же, как сигнал утечки, подавать на исполнительные органы, выполняющие функции, аналогичные для двухпроводного дифференциального трансформатора тока. Такой дифференциальный трансформатор тока работает и при несимметричном режиме, включая неполнофазный режим, так как любую несимметричную трехфазную систему токов без нулевого провода можно представить в виде суммы двух трехфазных, симметричных систем: прямой и обратной последовательности.It is known that in a symmetric three-phase network, which is the primary winding of a differential current transformer, when the currents in the phase wires 7 are equal, the fluxes Фσ 1 create a resultant magnetic flux Фσ 2 , the vector of the resulting magnetic induction of which is equal to
Figure 00000002
It rotates with an angular velocity ωt, closing through the air and the magnetic circuit of the differential current transformer, interlocking with the windings 10 and 11. Figure 2 shows the flow direction Фσ 2 for the time moment ωt = π / 6 and the directions е n and e m in each winding 10 and 11 from the action of Ф m and Фσ 2 . If now we connect each pair of windings 10 and 11 located on the same axis so that they compensate e m , that is, counter, then at the output of windings 10 and 11 of each section there will be double unbalance signals 2e na , 2e , nc , proportional load currents of the corresponding phases. It is convenient to connect them to a star and each phase unbalance signal in the same way as a leak signal, to apply to executive bodies that perform functions similar to a two-wire differential current transformer. Such a differential current transformer also works in single-ended mode, including single-phase mode, since any asymmetric three-phase current system without a neutral wire can be represented as the sum of two three-phase, symmetric systems: direct and reverse sequence.

Принцип действия дифференциального трансформатора тока на фиг.3 и 4 аналогичен принципу действия дифференциального трансформатора тока на фиг.2.The principle of operation of the differential current transformer in figure 3 and 4 is similar to the principle of operation of the differential current transformer in figure 2.

Отличие заключается в том, что при несимметричной нагрузке и наличии нейтрального провода 12 (фиг.3) любую несимметричную трехфазную систему токов можно представить в виде суммы трех симметричных составляющих токов: нулевой, прямой и обратной последовательности.The difference lies in the fact that with an asymmetric load and the presence of a neutral wire 12 (Fig. 3), any asymmetric three-phase current system can be represented as the sum of three symmetric components of the currents: zero, forward and reverse sequence.

Токи прямой и обратной последовательности создают свои вращающиеся поля и наводят сигналы, пропорциональные току нагрузки в обмотках 10 и 11 дифференциального трансформатора тока.Direct and reverse sequence currents create their own rotating fields and induce signals proportional to the load current in the windings 10 and 11 of the differential current transformer.

Токи нулевой последовательности не создают вращающегося магнитного поля, так как потоки, созданные токами нулевой последовательности, одновременно во всех трех фазных проводниках 7 на фиг.3 и 4, вынужденно пульсируют, замыкаясь по магнитопроводу трансформатора и наводят в обмотках 10 и 11 сигнал, пропорциональный утроенному току нулевой последовательности, но так как нейтральные проводники 12 и 13 на фиг.3 и 4 пропущены через дифференциальный трансформатор тока и по ним протекает только утроенная нулевая составляющая несимметричной системы токов обратного направления, то происходит компенсация сигнала нулевой последовательности в обмотках 10 и 11.Zero-sequence currents do not create a rotating magnetic field, since the flows created by the zero-sequence currents simultaneously in all three phase conductors 7 in FIGS. 3 and 4 are forced to pulsate, closing along the transformer’s magnetic circuit and induce a signal proportional to triple in windings 10 and 11 zero sequence current, but since the neutral conductors 12 and 13 in FIGS. 3 and 4 are passed through a differential current transformer and only the triple zero component of the asymmetric system t flows through them of the reverse direction, compensation of the zero sequence signal occurs in the windings 10 and 11.

При появлении тока утечки в обмотках 10 и 11 наводится сигнал em, но так как обмотки 10 и 11 соединены на фиг.3 и 4 так же, как и на фиг.2, то на выходах соответствующих систем обмоток 10 и 11 будут сигналы 3ena, 3e, 3enc.When a leakage current appears in the windings 10 and 11, the signal e m is induced, but since the windings 10 and 11 are connected in FIGS. 3 and 4 in the same way as in FIG. 2, the signals 3e will be output from the corresponding systems of the windings 10 and 11 na , 3e nv , 3e nc .

Таким образом, дифференциальный трансформатор тока, представленный и на фиг.3, и на фиг.4, позволяет гальванически разделить сигналы разностного тока и нагрузки, что позволяет создавать многофункциональные устройства на базе всех предлагаемых вариантов дифференциального трансформатора тока с защитой не только от токов утечки, но и от перегрузки и короткого замыкания. Такие устройства перспективны еще и потому, что отпадает необходимость установки в токовые цепи аппаратов защиты тепловых и электромагнитных реле, ограничивающие своими собственными сопротивлениями токи нагрузки и короткого замыкания. Они не надежны и не долговечны.Thus, the differential current transformer, presented in figure 3, and figure 4, allows you to galvanically separate the signals of the differential current and load, which allows you to create multifunctional devices based on all the proposed options for the differential current transformer with protection not only against leakage currents, but also from overload and short circuit. Such devices are also promising because there is no need to install thermal and electromagnetic relays in their current circuits, limiting their own resistances to load and short circuit currents. They are not reliable and not durable.

Claims (1)

Дифференциальный трансформатор тока, содержащий тороидальный сердечник из магнитомягкого материала с намотанной на него вторичной обмоткой, первичную n-фазную обмотку в виде фазных проводников, расположенных в окне сердечника, и держатель проводников, отличающийся тем, что первичная обмотка выполнена из двух проводников сети, расположенных диаметрально противоположно, а вторичная обмотка состоит из двух секций, две одинаково намотанные обмотки одной из которых соединены встречно и каждая обмотка имеет n витков, к которым плотно прилегают проводники первичной обмотки, при этом две одинаково намотанные обмотки с m витками в каждой обмотке другой секции соединены последовательно и расположены под углом 90° по отношению к проводникам первичной обмотки.A differential current transformer containing a toroidal core of soft magnetic material with a secondary winding wound on it, a primary n-phase winding in the form of phase conductors located in the core window, and a conductor holder, characterized in that the primary winding is made of two network conductors arranged diametrically on the contrary, and the secondary winding consists of two sections, two equally wound windings of one of which are connected counterclockwise and each winding has n turns, to which it is snug conductors of the primary winding, while two equally wound windings with m turns in each winding of the other section are connected in series and are located at an angle of 90 ° with respect to the conductors of the primary winding.
RU2003117112/09A 2003-06-10 2003-06-10 Differential current transformer RU2244972C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003117112/09A RU2244972C1 (en) 2003-06-10 2003-06-10 Differential current transformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003117112/09A RU2244972C1 (en) 2003-06-10 2003-06-10 Differential current transformer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003117112A RU2003117112A (en) 2004-12-20
RU2244972C1 true RU2244972C1 (en) 2005-01-20

Family

ID=34978189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003117112/09A RU2244972C1 (en) 2003-06-10 2003-06-10 Differential current transformer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2244972C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2546130C2 (en) * 2009-12-17 2015-04-10 Шнейдер Электрик Эндюстри Сас Device and method of differential protection and electric device containing such device
RU2618168C2 (en) * 2015-03-26 2017-05-02 Юрий Николаевич Анисимов Differential current transformer
RU2643160C1 (en) * 2016-09-28 2018-01-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Coil of differentiation induction current converter
CN110648835A (en) * 2019-09-12 2020-01-03 湖北大二互科技股份有限公司 Three-phase current synthesis type zero sequence transformer

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2546130C2 (en) * 2009-12-17 2015-04-10 Шнейдер Электрик Эндюстри Сас Device and method of differential protection and electric device containing such device
RU2618168C2 (en) * 2015-03-26 2017-05-02 Юрий Николаевич Анисимов Differential current transformer
RU2643160C1 (en) * 2016-09-28 2018-01-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Coil of differentiation induction current converter
CN110648835A (en) * 2019-09-12 2020-01-03 湖北大二互科技股份有限公司 Three-phase current synthesis type zero sequence transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Warrington Protective relays: their theory and practice Volume one
Zimmerman et al. Fundamentals and improvements for directional relays
Kasztenny et al. Fundamentals of short-circuit protection for transformers
Kasztenny et al. Negative-sequence differential protection-principles, sensitivity, and security
US7944654B2 (en) Multiple-pole circuit breaker with shared current sensor for arcing fault detection
US4347542A (en) Ratio ground relay
Basha et al. Practical EHV reactor protection
Sidhu et al. A power transformer protection technique with stability during current transformer saturation and ratio-mismatch conditions
RU2244972C1 (en) Differential current transformer
JPS5893422A (en) Protecting device for high voltage transmission line
US4357644A (en) Ratio ground relays
Paul et al. High-resistance grounded power-system equivalent circuit damage at the line–ground fault location—Part II
US4513340A (en) Power transmission line protective apparatus
RU2260865C2 (en) Differential current transformer
Das et al. A novel method for turn to turn fault detection in shunt reactors
Kasztenny et al. Modeling and protection of hexagonal phase-shifting transformers—Part II: Protection
RU2422965C1 (en) Method to protect furnace transformer with phases arranged at lower voltage side such as group of separate conductors
Mishra et al. Detection of internal faults in transformers by negative sequence current
Prasad Modelling of power transformer for differential protection using atp-emtp
RU2618168C2 (en) Differential current transformer
Goldsborough et al. Relays and breakers for high-speed single-pole tripping and reclosing
RU2137277C1 (en) Device for differential reverse-sequence current filter of three-phase power installation
RU2787362C1 (en) Negative sequence current filter on reed switches
JP2009295839A (en) Cross through current transformer, terminal block, and protective relay device
US2360151A (en) Protective system

Legal Events

Date Code Title Description
QA4A Patent open for licensing
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080611