RU2352045C2

RU2352045C2 - Device for transformer protection against overload

Info

Publication number: RU2352045C2
Application number: RU2007118421/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Арсеньевич Сухоруков (RU); Сергей Арсеньевич Сухоруков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЭМСОТЕХ"
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2009-04-10
Also published as: RU2007118421A

Abstract

FIELD: electrics.

SUBSTANCE: device includes 6 dischargers (1-6) with electrodes. Protected transformer (7) features primary and secondary windings (8), (9). Also device includes unit (10) of second discharger 2 actuation by secondary winding (9) overload, saturation throttle (11) and first and second resistors (12), (13). Unit (10) can include condenser (14), impulse transformer (15) with primary and secondary windings (16), (17) and auxiliary seventh, eighth and ninth dischargers (18-20). Device is connected to rails (23) by clamps (21), (22) and rail circuit equipment (26) to by clamps (24), (25). Thus, transformer (7) is connected between rails (23) and rail circuit equipment (26). First discharger (1) is connected between transformer (7) outputs at rail circuit equipment (26) side. Second discharger (2) is connected between transformer (7) outputs at rail (23) side. First discharger (1) is connected between secondary winding (11) outputs of transformer (7). Unit (10) is connected parallel to second discharger (2) outputs, one output of which is connected to first output of primary winding (8) of transformer (7). Second output of second discharger (2) is connected to second output of primary winding (8) of transformer (7) over saturation throttle (11). Third discharger (3) is connected to first primary winding (8) output and first secondary winding (9) output of transformer (7). Fourth discharger (4) is connected to second primary winding (8) output and second secondary winding (9) output of transformer (7). Fifth discharger (5) is connected to first primary winding (8) output of transformer (7) directly and to first secondary winding (9) output over first resistor (12). Sixth discharger (6) is connected to second primary winding (8) output of transformer (7) directly and to second secondary winding (9) output over second resistor (13).

EFFECT: extended functional capabilities, prolonged life time and improved device reliability.

4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение предназначено для защиты трансформатора, преимущественно путевого, включаемого между рельсами и аппаратурой рельсовой цепи, от токов и перенапряжений, вызванных разрядами молнии. Устройство защиты трансформатора может применяться для защиты иных трансформаторов, например, для защиты сигнального трансформатора, управляющего работой лампы светофора в системах автоблокировки на железных дорогах.The invention is intended to protect a transformer, mainly overhead, connected between the rails and the equipment of the rail circuit, from currents and overvoltages caused by lightning discharges. A transformer protection device can be used to protect other transformers, for example, to protect a signal transformer that controls the operation of a traffic light lamp in self-locking systems on railways.

На железных дорогах для передачи сигнала автоблокировки в рельсовую цепь используются трансформаторы путевые. Обмотка трансформатора с малым числом витков из провода большого сечения (первичная обмотка) подключена между рельсами. Обмотка трансформатора с большим числом витков из провода малого сечения (вторичная обмотка) подключена к устройствам автоблокировки. То есть на пути электроэнергии из рельсовой цепи в цепь с устройствами автоблокировки трансформатор путевой является повышающим. Поэтому амплитуда перенапряжений на пути из рельсовой цепи в цепь с устройствами автоблокировки трансформатором путевым увеличивается. Если в рельсовую цепь попадает разряд молнии, то перенапряжения в цепи "рельс-рельс" от разряда молнии трансформируются с увеличением из первичной обмотки во вторичную по цепи "провод-провод" и устройства автоблокировки могут быть повреждены. Кроме того, перенапряжениями в цепи "рельс-земля" от разряда молнии может быть пробита изоляция между первичной и вторичной обмотками путевого трансформатора.On railways, track transformers are used to transmit the self-locking signal to the rail circuit. The transformer winding with a small number of turns from a large cross-section wire (primary winding) is connected between the rails. The transformer winding with a large number of turns from a small cross-section wire (secondary winding) is connected to the automatic blocking devices. That is, on the way of electricity from the rail circuit to the circuit with self-locking devices, the track transformer is step-up. Therefore, the amplitude of the overvoltage along the path from the rail circuit to the circuit with self-locking devices by the track transformer increases. If a lightning discharge enters the rail circuit, then overvoltages in the rail-rail circuit from the lightning discharge are transformed with an increase from the primary winding into the secondary winding along the wire-to-wire circuit and the self-locking devices can be damaged. In addition, insulation between the primary and secondary windings of a track transformer can be broken through overvoltages in the rail-to-ground circuit from a lightning discharge.

В известном устройстве защиты трансформатора путевого от перенапряжения применяется схема защиты, в которой ограничитель перенапряжений включен между выводами вторичной обмотки путевого трансформатора (Архипов Е.В., Гуревич В.Н. "Справочник электромонтера СЦБ", М., Транспорт, 2000 г., рис.12.1 на стр.253).In the known device for protecting the overhead transformer against overvoltage, a protection circuit is used in which the overvoltage limiter is connected between the terminals of the secondary winding of the overhead transformer (Arkhipov E.V., Gurevich V.N. "Electrician of the signaling and signaling system", M., Transport, 2000, fig. 12.1 on page 253).

Данное устройство имеет следующие недостатки:This device has the following disadvantages:

- установленный во вторичной обмотке, между ее выводами, разрядник не защищает межобмоточную изоляцию трансформатора от перенапряжений;- installed in the secondary winding, between its terminals, the spark gap does not protect the trans-winding insulation of the transformer from overvoltages;

- при срабатывании разрядника вторичная обмотка замыкается им, в обмотке начинает протекать большой импульсный ток, который с коэффициентом трансформации передается в первичную обмотку. В результате взаимодействия больших импульсных токов между обмотками и между отдельными витками обмоток возникают большие электродинамические усилия, которые могут повредить обмотки. Если даже установить в этом известном устройстве дополнительный неуправляемый разрядник между выводами первичной обмотки, это не может обеспечить надлежащей защиты, т.к. напряжение между этими выводами относительно низкое и не может обеспечить, в большинстве практических случаев, срабатывания неуправляемого разрядника.- when the arrester is triggered, the secondary winding closes with it, a large pulse current begins to flow in the winding, which is transmitted to the primary winding with a transformation coefficient. As a result of the interaction of large pulsed currents between the windings and between the individual turns of the windings, large electrodynamic forces arise that can damage the windings. Even if you install in this known device an additional uncontrolled arrester between the terminals of the primary winding, this cannot provide adequate protection, because the voltage between these terminals is relatively low and cannot provide, in most practical cases, the operation of an uncontrolled arrester.

Известно также устройство защиты трансформатора с помощью разрядников, в котором первый и второй разрядники включены между каждым из выводов обмотки, которая подвергается воздействию перенапряжения, и землей, т.е. корпусом конструкции трансформатора (FR №2501931, прототип).A transformer protection device using arresters is also known, in which the first and second arresters are connected between each of the terminals of the winding, which is subjected to overvoltage, and ground, i.e. transformer design housing (FR No. 2501931, prototype).

Недостатком этого устройства является узость функциональных возможностей, не позволяющая применить его для защиты путевых трансформаторов, поскольку в последнем одна из обмоток трансформатора соединена с рельсами, которые одновременно являются объектом поражения разрядом молнии и одновременно являются распределенным (объемным) заземлением. Для срабатывания разрядников нужен высокий потенциал между выводом обмотки и землей. В рельсовой цени потенциал вывода обмотки и земли одинаковый (обе цепи соединены на рельс), поэтому в схеме по пат.FR 2501931 разрядники между землей 30 и выводами обмотки 12, 13 не сработают.The disadvantage of this device is the narrow functionality that does not allow it to be used to protect track transformers, since in the latter one of the transformer windings is connected to rails, which are simultaneously the object of damage by a lightning strike and are simultaneously distributed (bulk) ground. To operate the arresters, a high potential is required between the output of the winding and the ground. In rail terms, the potential of the output of the winding and earth is the same (both circuits are connected to the rail), therefore, in the circuit according to Pat. FR 2501931, the arresters between earth 30 and the terminals of the winding 12, 13 will not work.

Технической задачей изобретения является создание эффективного устройства защиты трансформатора от перенапряжений, а также расширение арсенала устройств защиты трансформатора от перенапряжений.An object of the invention is the creation of an effective device for protecting the transformer from overvoltages, as well as expanding the arsenal of devices for protecting the transformer from overvoltages.

Технический результат, обеспечивающий решение этой задачи, состоит в расширении функциональных возможностей, повышении долговечности и надежности устройства.The technical result that provides the solution to this problem is to expand the functionality, increase the durability and reliability of the device.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство защиты трансформатора, преимущественно путевого, от перенапряжений содержит включенные между выводами обмоток трансформатора первый и второй разрядники, имеющие электроды, соединенные с выводами каждого разрядника, отличается тем, что оно снабжено третьим, четвертым, пятым и шестым разрядниками, блоком включения второго разрядника перенапряжением вторичной обмотки трансформатора, дросселем насыщения, а также первым и вторым резисторами, причем первый разрядник включен между выводами вторичной обмотки трансформатора, упомянутый блок включения подключен параллельно к выводам второго разрядника, один из выводов которого соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора, а второй из выводов второго разрядника соединен со вторым выводом первичной обмотки трансформатора через дроссель насыщения, при этом третий разрядник соединен с первым выводом первичной обмотки и первым выводом вторичной обмотки трансформатора, а четвертый разрядник соединен со вторым выводом первичной обмотки и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора, причем пятый разрядник соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора непосредственно, а с первым выводом его вторичной обмотки - через первый резистор, шестой разрядник соединен со вторым выводом первичной обмотки трансформатора непосредственно, а со вторым выводом вторичной обмотки - через второй резистор.The essence of the invention lies in the fact that the device for protecting the transformer, mainly traveling, against overvoltage, contains first and second dischargers connected between the terminals of the transformer windings, having electrodes connected to the terminals of each discharger, characterized in that it is equipped with a third, fourth, fifth and sixth arrester , the unit for switching on the second spark gap overvoltage of the secondary winding of the transformer, the saturation reactor, as well as the first and second resistors, and the first spark gap is connected between the terminals the transformer secondary winding, said switching unit is connected in parallel to the terminals of the second arrester, one of the terminals of which is connected to the first terminal of the transformer primary winding, and the second of the terminals of the second arrester is connected to the second terminal of the transformer primary winding through a saturation reactor, while the third arrester is connected to the first the output of the primary winding and the first output of the secondary winding of the transformer, and the fourth spark gap is connected to the second output of the primary winding and the second output secondarily transformer windings, with the fifth arrester connected directly to the first terminal of the transformer primary winding, and through the first resistor to the first terminal of its secondary winding, the sixth arrester connected directly to the second terminal of the transformer primary winding, and through the second resistor to the second terminal of the secondary winding.

Предпочтительно третий и четвертый разрядники выполнены с меньшим напряжением срабатывания, чем напряжение пробоя межобмоточной изоляции трансформатора, пятый и шестой разрядники выполнены с меньшими напряжением срабатывания и допустимым импульсным током, чем напряжение срабатывания и допустимый импульсный ток третьего и четвертого разрядников, соответственно, при этом первый резистор выполнен с сопротивлением, выбранным из условия, чтобы при протекании через пятый разрядник импульсного тока, не превышающего 50-80% от допустимого значения импульсного тока для пятого разрядника, суммарное падение напряжения на первом резисторе и пятом разряднике превышало бы напряжение срабатывания для третьего разрядника, а второй резистор выполнен с сопротивлением, выбранным из условия, чтобы при протекании через шестой разрядник импульсного тока, не превышающего 50-80% от допустимого значения импульсного тока для шестого разрядника, суммарное падение напряжения на втором резисторе и шестом разряднике превышало бы напряжение срабатывания для четвертого разрядника. При этом в частных случаях реализации для защиты от перенапряжений путевого трансформатора, включенного между рельсами и аппаратурой рельсовой цепи, первый разрядник включен между выводами путевого трансформатора со стороны аппаратуры рельсовой цепи, а второй разрядник включен между выводами путевого трансформатора со стороны рельсов.Preferably, the third and fourth arresters are made with a lower operating voltage than the breakdown voltage of the inter-winding insulation of the transformer, the fifth and sixth arresters are made with a lower operating voltage and an allowable pulse current than the operating voltage and an allowable pulse current of the third and fourth arresters, respectively, with the first resistor made with a resistance selected from the condition that, when the pulse current flows through the fifth spark gap, it does not exceed 50-80% of the permissible value of the pulse current for the fifth arrester, the total voltage drop across the first resistor and fifth arrester would exceed the tripping voltage for the third arrester, and the second resistor is made with a resistance selected from the condition that, when the pulse current flows through the sixth arrester, it does not exceed 50-80% from the permissible value of the pulse current for the sixth arrester, the total voltage drop across the second resistor and the sixth arrester would exceed the operating voltage for the fourth arrester. Moreover, in special cases of implementation, for protection against overvoltage of a track transformer connected between rails and equipment of a rail circuit, the first spark gap is connected between the terminals of the track transformer on the side of the equipment of the rail circuit, and the second spark gap is connected between the terminals of the track transformer on the side of the rails.

На фиг.1 изображен фрагмент схемы устройства, на котором показано подключение к защищаемому трансформатору первого разрядника, второго разрядника и нелинейного дросселя, на фиг.2 изображен фрагмент схемы устройства, на котором показано подключение к защищаемому трансформатору третьего, четвертого, пятого и шестого разрядников и первого и второго резисторов, на фиг.3 изображен фрагмент схемы устройства, на котором показано подключение ко второму разряднику блока включения второго разрядника перенапряжением вторичной обмотки защищаемого трансформатора, на фиг.4 изображена схема устройства защиты трансформатора от перенапряжений на предпочтительном примере защиты путевого трансформатора, включенного между рельсами и аппаратурой рельсовой цепи, на фиг.5 - пример схемы включения заявляемого устройства защиты трансформатора от перенапряжений в случае использования его для защиты сигнального трансформатора, управляющего работой лампы светофора в системах автоблокировки на железных дорогах.Figure 1 shows a fragment of the circuit of the device, which shows the connection to the protected transformer of the first spark gap, the second spark gap and the non-linear choke, figure 2 shows a fragment of the circuit of the device, which shows the connection to the shield transformer of the third, fourth, fifth and sixth spark gates and the first and second resistors, figure 3 shows a fragment of a diagram of the device, which shows the connection to the second spark gap of the block of the inclusion of the second spark gap overvoltage of the secondary winding of the protected about the transformer, figure 4 shows a diagram of the device for protecting the transformer from overvoltages on a preferred example of protecting a track transformer connected between the rails and the equipment of the rail circuit, figure 5 is an example of a circuit for connecting the inventive device for protecting the transformer from overvoltages if it is used to protect the signal a transformer that controls the operation of a traffic light lamp in self-locking systems on railways.

Устройство содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой разрядники 1, 2, 3, 4, 5, 6 соответственно, имеющие электроды (не обозначены). Защищаемый путевой трансформатор 7 имеет первичную и вторичную обмотки 8, 9, соответственно. Устройство содержит также блок 10 включения второго разрядника 2 перенапряжением вторичной обмотки 9 защищаемого путевого трансформатора 7, дроссель 11 насыщения, а также первый и второй резисторы 12, 13, соответственно. Блок 10 включает в себя, например, конденсатор 14, импульсный трансформатор 15 с первичной и вторичной обмотками 16, 17 и вспомогательные седьмой, восьмой и девятый разрядники 18, 19, 20, соответственно. Устройство подключено клеммами (выводами) 21, 22 к рельсам 23, клеммами (выводами) 24, 25 - к аппаратуре 26 рельсовой цепи. Таким образом, в случае реализации устройства, изображенном на фиг.4, трансформатор 7 включен между рельсами 23 и аппаратурой 26 рельсовой цепи, первый разрядник 1 включен между выводами путевого трансформатора 7 со стороны аппаратуры 26 рельсовой цепи, а второй разрядник 2 включен между выводами путевого трансформатора 7 со стороны рельсов 23.The device contains a first, second, third, fourth, fifth and sixth arresters 1, 2, 3, 4, 5, 6, respectively, having electrodes (not indicated). Shielded track transformer 7 has a primary and secondary windings 8, 9, respectively. The device also contains a block 10 for switching on the second arrester 2 by overvoltage of the secondary winding 9 of the protected path transformer 7, a saturation inductor 11, as well as the first and second resistors 12, 13, respectively. Block 10 includes, for example, a capacitor 14, a pulse transformer 15 with primary and secondary windings 16, 17 and auxiliary seventh, eighth and ninth arresters 18, 19, 20, respectively. The device is connected by terminals (leads) 21, 22 to the rails 23, terminals (leads) 24, 25 - to the equipment 26 of the rail circuit. Thus, in the case of the implementation of the device shown in figure 4, the transformer 7 is connected between the rails 23 and the equipment 26 of the rail circuit, the first spark gap 1 is connected between the terminals of the track transformer 7 from the side of the equipment 26 of the rail circuit, and the second spark gap 2 is connected between the terminals of the track transformer 7 on the side of the rails 23.

Первый разрядник 1 включен между выводами вторичной обмотки 11 трансформатора 7, упомянутый блок 10 включения разрядника 2 подключен параллельно к выводам второго разрядника 2, один из выводов которого соединен с первым выводом первичной обмотки 8 трансформатора 7, а второй вывод второго разрядника 2 соединен со вторым выводом первичной обмотки 8 трансформатора 7 через дроссель 11 насыщения. Третий разрядник 3 соединен с первым выводом первичной обмотки 8 и первым выводом вторичной обмотки 9 трансформатора 7, а четвертый разрядник 4 соединен со вторым выводом первичной обмотки 8 и вторым выводом вторичной обмотки 9 трансформатора 7. Пятый разрядник 5 соединен с первым выводом первичной обмотки 8 трансформатора 7 непосредственно, а с первым выводом его вторичной обмотки 9 - через первый резистор 12. Шестой разрядник 6 соединен со вторым выводом первичной обмотки 8 трансформатора 7 непосредственно, а со вторым выводом вторичной обмотки 9 - через второй резистор 13.The first spark gap 1 is connected between the terminals of the secondary winding 11 of the transformer 7, said block 10 for switching on the spark gap 2 is connected in parallel to the terminals of the second spark gap 2, one of the terminals of which is connected to the first terminal of the primary winding 8 of the transformer 7, and the second terminal of the second spark gap 2 is connected to the second terminal the primary winding 8 of the transformer 7 through the inductor 11 saturation. The third arrester 3 is connected to the first terminal of the primary winding 8 and the first terminal of the secondary winding 9 of the transformer 7, and the fourth arrester 4 is connected to the second terminal of the primary winding 8 and the second terminal of the secondary winding 9 of the transformer 7. The fifth arrester 5 is connected to the first terminal of the primary winding 8 of the transformer 7 directly, and with the first terminal of its secondary winding 9 through the first resistor 12. The sixth arrester 6 is connected directly to the second terminal of the primary winding 8 of transformer 7, and with the second terminal of the secondary winding 9 - through the second resistor 13.

Третий и четвертый разрядники 3, 4, выполнены с меньшим напряжением срабатывания, чем напряжение пробоя межобмоточной изоляции трансформатора 7.The third and fourth arresters 3, 4, are made with a lower operating voltage than the breakdown voltage of the winding insulation of the transformer 7.

Пятый и шестой разрядники 5, 6 выполнены с меньшими напряжением срабатывания и допустимым импульсным током, чем напряжение срабатывания и допустимый импульсный ток третьего и четвертого разрядников 3, 4, соответственно. Первый резистор 12 выполнен с сопротивлением, выбранным из условия, чтобы при протекании через пятый разрядник 5 импульсного тока, не превышающего 50-80% от допустимого значения импульсного тока для пятого разрядника 5, суммарное падение напряжения на первом резисторе 12 и пятом разряднике 5 превышало бы напряжение срабатывания для третьего разрядника 3. Второй резистор 13 выполнен с сопротивлением, выбранным из условия, чтобы при протекании через шестой разрядник 6 импульсного тока, не превышающего 50-80% от допустимого значения импульсного тока для шестого разрядника 6, суммарное падение напряжения на втором резисторе 13 и шестом разряднике 6 превышало бы напряжение срабатывания для четвертого разрядника 4.The fifth and sixth arresters 5, 6 are made with lower tripping voltage and permissible pulse current than the tripping voltage and permissible pulse current of the third and fourth arresters 3, 4, respectively. The first resistor 12 is made with a resistance selected from the condition that when the pulse current flowing through the fifth spark gap 5 does not exceed 50-80% of the permissible pulse current for the fifth spark gap 5, the total voltage drop across the first resistor 12 and the fifth spark gap 5 would exceed operating voltage for the third spark gap 3. The second resistor 13 is made with a resistance selected from the condition that when the pulse current flows through the sixth spark gap 6, it does not exceed 50-80% of the permissible value of the pulse current for the sixth arrester 6, the total voltage drop across the second resistor 13 and the sixth arrester 6 would exceed the operating voltage for the fourth arrester 4.

Благодаря такому включению пятый и шестой разрядники 5, 6 могут быть выбраны с меньшими значениями максимально допустимых импульсных напряжений и токов, но с большим ресурсом, а третий и четвертый разрядники 3, 4 могут быть выбраны с большими значениями максимально допустимых импульсных напряжений и токов, но такие разрядники имеют обыкновенно меньший ресурс. Так как максимально допустимые импульсные напряжения и токи возникают при разряде молнии намного реже, чем импульсы с меньшим напряжением и током, такое решение обеспечивает больший ресурс и надежность устройства при меньших затратах.Due to this inclusion, the fifth and sixth arresters 5, 6 can be selected with lower values of the maximum allowable impulse voltages and currents, but with a longer life, and the third and fourth arresters 3, 4 can be selected with large values of the maximum allowable impulse voltages and currents, but such arresters usually have a smaller resource. Since the maximum allowable impulse voltages and currents occur during a lightning discharge much less often than pulses with a lower voltage and current, this solution provides a longer resource and reliability of the device at a lower cost.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Рабочий сигнал (напряжение проходит из рельсов 23 через выводы 21, 22 обмотки 8 трансформатора 7 на обмотку 9 трансформатора 7, далее через выводы 24, 25 на аппаратуру 26 рельсовой цепи. Или рабочий сигнал проходит в обратном направлении, из аппаратуры 26 рельсовой цепи через выводы 24, 25, обмотку 9 трансформатора 7, обмотку 8 трансформатора 7, выводы 21, 22 и на рельсы 23. При разряде молнии в рельсы 23 и распространении перенапряжения и импульсного тока по цепи «провод-земля» перенапряжение на выводах 21, 22 (по отношению к заземлению аппаратуры 26 рельсовой цепи) приводит к срабатыванию разрядников 5 и 6. Ток относительно низкого уровня протекает от выводов 21, 22 через разрядники 5, 6 и резисторы 12, 13, выводы 24, 25, заземление аппаратуры 26 рельсовой цепи. Если ток возрастает, то соответственно возрастает падение напряжения на резисторах 12, 13 от протекающего через разрядники 5, 6 тока. Когда падения напряжения на резисторах 12, 13 будет достаточно для срабатывания разрядников 3, 4, то они срабатывают, и ток с большим значением протекает через них от выводов 21, 22 через разрядники 5, 6 и резисторы 12, 13, разрядники 3, 4, выводы 24, 26, заземление аппаратуры 26 рельсовой цепи. Напряжение на межобмоточной изоляции (между обмотками 8 и 9) трансформатора 7 ограничивается до безопасного уровня соответствующим выбором значения напряжения срабатывания разрядников 3-6. При разряде молнии в рельсы 23 и распространении перенапряжения и импульсного тока по цепи «провод-провод» перенапряжение между выводами 21, 22 трансформируется из обмотки 8 в обмотку 9 (повышающую), увеличивается трансформатором 7 и приводит к срабатыванию блока 10 включения разрядника 2. Короткий импульс напряжения с блока 10 включения разрядника 2 прикладывается к выводам разрядника 2 и одному из выводов дросселя 11 насыщения. Высокий импеданс дросселя 11 насыщения и его инерционность (обусловленная временем, которое требуется для перехода магнитопровода дросселя из ненасыщенного в насыщенное магнитное состояние) не позволяет рельсам 23 и обмотке 8 трансформатора 7 зашунтировать короткий импульс напряжения для включения разрядника 2, что могло бы снизить его амплитуду, необходимую для включения разрядника 2. Короткий импульс напряжения с блока 10 включения разрядника 2 приводит к срабатыванию разрядника 2. Необходимо отметить, что срабатывание разрядника 2 происходит при относительно низком напряжении, т.к. относительно низкое перенапряжение между выводами 21, 22 трансформируется из обмотки 8 в обмотку 9 (повышающую) и увеличивается трансформатором 7. После срабатывания разрядника 2 через него начинает протекать большой ток, который переводит магнитопровод дросселя 11 насыщения в состояние насыщения и импеданс дросселя 11 (индуктивное сопротивление) уменьшается, по цепи с разрядником 2 и дросселем 11 протекает больший ток. Перенапряжение между выводами 21, 22 шунтируется цепью с дросселем 11 насыщения и разрядником 2 и его уровень снижается. Снижение перенапряжения на выводах 21, 22 через обмотку 8 трансформируется в обмотку 9 трансформатора 15 и приводит к снижению перенапряжения между выводами 24, 25 аппаратуры 26 рельсовой цепи. Разрядник 1 в данной схеме выполняет вспомогательные функции и срабатывает только в случае, если перенапряжение в рельсах 23 будет настолько большим, что шунтирующего действия цепи с дросселем 11 насыщения и разрядником 2 будет недостаточно. После исчезновения перенапряжения все разрядники выключаются (гаснут) и схема восстанавливает свое исходное состояние.The working signal (voltage passes from the rails 23 through the conclusions 21, 22 of the winding 8 of the transformer 7 to the winding 9 of the transformer 7, then through the conclusions 24, 25 to the equipment of the rail circuit 26. Or the working signal passes in the opposite direction, from the equipment 26 of the rail circuit through the conclusions 24, 25, winding 9 of transformer 7, winding 8 of transformer 7, leads 21, 22 and to rails 23. When lightning discharges into rails 23 and propagates overvoltage and surge current along the wire-to-ground circuit, overvoltage at terminals 21, 22 (by relative to equipment ground 26 rail flail ) leads to the triggering of arresters 5 and 6. A relatively low level current flows from terminals 21, 22 through the arresters 5, 6 and resistors 12, 13, terminals 24, 25, and grounding of the rail circuit equipment 26. If the current increases, the voltage drop increases accordingly on the resistors 12, 13 from the current flowing through the arresters 5, 6. When the voltage drop across the resistors 12, 13 is enough to operate the arresters 3, 4, they are triggered, and a current with a large value flows through them from the terminals 21, 22 through the arresters 5, 6 and resistors 12, 13, arresters 3, 4, conclusions 24, 26, grounding of the equipment 26 of the rail circuit. The voltage across the winding insulation (between the windings 8 and 9) of the transformer 7 is limited to a safe level by an appropriate choice of the operating voltage value of the arresters 3-6. When a lightning bolt discharges into the rails 23 and propagates an overvoltage and an impulse current along the wire-to-wire circuit, the overvoltage between the terminals 21, 22 is transformed from the winding 8 to the winding 9 (increasing), increased by the transformer 7 and leads to the operation of the arrester switching unit 10. Short a voltage pulse from the block 10 for switching on the spark gap 2 is applied to the terminals of the spark gap 2 and one of the terminals of the saturation inductor 11. The high impedance of the saturation inductor 11 and its inertia (due to the time it takes for the inductor magnetic core to transition from an unsaturated to a saturated magnetic state) does not allow the rails 23 and winding 8 of the transformer 7 to short-circuit a short voltage pulse to turn on the spark gap 2, which could reduce its amplitude, necessary to turn on the arrester 2. A short voltage pulse from the block 10 to turn on the arrester 2 leads to the operation of the arrester 2. It should be noted that the operation of the arrester 2 occurs Odita at relatively low voltage, since the relatively low overvoltage between the terminals 21, 22 is transformed from the winding 8 to the winding 9 (increasing) and increases by the transformer 7. After the arrester is activated, a large current flows through it, which transfers the magnetic circuit of the saturation inductor 11 to the saturation state and the impedance of the inductor 11 (inductive resistance ) decreases, a larger current flows through the circuit with a spark gap 2 and a choke 11. Overvoltage between the terminals 21, 22 is shunted by a circuit with a saturation inductor 11 and a spark gap 2, and its level decreases. The reduction of the overvoltage at the terminals 21, 22 through the winding 8 is transformed into the winding 9 of the transformer 15 and reduces the overvoltage between the terminals 24, 25 of the equipment 26 of the rail circuit. The spark gap 1 in this circuit performs auxiliary functions and is triggered only if the overvoltage in the rails 23 is so large that the bypass action of the circuit with the saturation inductor 11 and the arrester 2 will not be enough. After the disappearance of the overvoltage, all arresters are turned off (go out) and the circuit restores its original state.

Фиг.1 иллюстрирует, как дроссель 11 не позволяет другим элементам схемы зашунтировать короткий управляющий импульс напряжения. Когда разрядник 2 сработает, магнитопровод дросселя 11 протекающим через него большим током насыщается, и индуктивное сопротивление разрядника 2 скачкообразно снижается, позволяя большим токам беспрепятственно протекать через разрядник 2. Это так называемое управление разрядником 2 прямым перенапряжением. То есть воздействующее напряжение (напряжение между рельсами 23) на разряднике 2 еще недостаточно для его срабатывания, но на это относительно низкое воздействующее напряжение накладывается управляющий импульс высокого напряжения от блока 10 включения разрядника 2, который приводит к срабатыванию разрядника 2, после чего относительно низкого воздействующего напряжения на разряднике 2 оказывается достаточно для поддержания разряда в нем. Дроссель 11 в такой схеме выступает в качестве переменного сопротивления, которое позволяет в момент воздействия управляющего напряжения избежать шунтирующего влияния низкоомной цепи - источника перенапряжений. Для этого дроссель 11 должен иметь высокое сопротивление (импеданс) для импульса напряжения, управляющего работой разрядника 2 (запускающий импульс), и переходить в состояние с низким импедансом после срабатывания разрядника 2.Figure 1 illustrates how the inductor 11 does not allow other circuit elements to short-circuit the short voltage control pulse. When the arrester 2 is triggered, the magnetic circuit of the inductor 11 is saturated with the large current flowing through it, and the inductive resistance of the arrester 2 abruptly decreases, allowing large currents to flow freely through the arrester 2. This is the so-called control of the arrester 2 by direct overvoltage. That is, the acting voltage (voltage between the rails 23) on the arrester 2 is still not enough for its operation, but a high voltage control pulse is applied to this relatively low acting voltage from the unit 10 for activating the arrester 2, which leads to the operation of the arrester 2, after which a relatively low acting the voltage on the spark gap 2 is enough to maintain a discharge in it. The inductor 11 in this circuit acts as a variable resistance, which allows to avoid the shunt effect of the low-impedance circuit, the source of overvoltage, at the time of the control voltage. To do this, the inductor 11 must have a high resistance (impedance) for the voltage pulse that controls the operation of the spark gap 2 (trigger pulse), and enter a state with low impedance after the operation of the spark gap 2.

Фиг.2 иллюстрирует, как третий разрядник 3, четвертый разрядник 4, пятый разрядник 5, шестой разрядник 6, первый резистор 12, второй резистор 13 участвуют в защите межобмоточной изоляции трансформатора 7 от пробоя перенапряжением. При воздействии перенапряжения включаются разрядники 5 и (или) 6 и своим низким сопротивлением во включенном состоянии ограничивают величину перенапряжений в межобмоточной изоляции защищаемого трансформатора 7. При этом, если импульсный ток через разрядники 5 и (или) 6 близок к предельно допустимому для них значению, то импульсное падение напряжения на разряднике 5 (6) и резисторе 12 (13) достигает напряжения включения разрядника 3 (4), он включается и своим низким сопротивлением во включенном состоянии ограничивает величину перенапряжений в межобмоточной изоляции. Таким образом, для защиты межобмоточной изоляции разрядники 3-6 создают путь для тока от рельсов 23 на землю в обход изоляции трансформатора 7.Figure 2 illustrates how the third arrester 3, the fourth arrester 4, the fifth arrester 5, the sixth arrester 6, the first resistor 12, the second resistor 13 are involved in protecting the winding insulation of the transformer 7 from overvoltage. Under the influence of overvoltage, the arresters 5 and (or) 6 are switched on and limit their magnitude of overvoltages in the winding insulation of the transformer 7 to be protected by their low resistance in the on state. Moreover, if the pulse current through the arresters 5 and (or) 6 is close to the maximum permissible value for them, then the pulse voltage drop across the spark gap 5 (6) and the resistor 12 (13) reaches the switching voltage of the spark gap 3 (4), it turns on and, with its low resistance in the on state, limits the amount of overvoltage in winding insulation. Thus, to protect the winding insulation, the arresters 3-6 create a path for the current from the rails 23 to the ground, bypassing the insulation of the transformer 7.

Фиг.3 иллюстрирует, как действует блок 10 включения второго разрядника 2 перенапряжением. Блок 10 имеет, например, известную схему и включает в себя конденсатор 14, импульсный трансформатор 15 с первичной и вторичной обмотками 16, 17 и вспомогательные седьмой, восьмой и девятый разрядники 18, 19, 20. Особенностью работы блока 10 является то, что для обеспечения включения второго разрядника 2 при низком напряжении, применено каскадное включение трансформаторов 7, 15, т.е. в качестве одного из трансформаторов, участвующих в работе блока 10, используется защищаемый от перенапряжений трансформатор 7. При работе блока 10 перенапряжение из рельсовой цепи (его путь на фиг.3 показан условно стрелкой) попадает на клеммы 21 и 22, соединенные с первичной обмоткой 8 защищаемого трансформатора 7. С его вторичной обмотки 9, которая имеет большее число витков, чем первичная обмотка 8 (т.е. трансформатор 7 по отношению к воздействующему перенапряжению является повышающим), увеличенное по сравнению с первоначальным перенапряжением выходное напряжение заряжает конденсатор 14, включает вспомогательный разрядник 18 схемы блока 10 включения разрядника 2. Повышающий импульсный трансформатор 15 еще в большей степени увеличивает напряжение, передавая его из обмотки 16 в обмотку 17. Большое импульсное напряжение на обмотке 17 импульсного трансформатора 15 включает кратковременно вспомогательные разрядники 19 и 20, через которых большое импульсное напряжение прикладывается к разряднику 2, после чего разрядник 2 включается и шунтирует первоначальное перенапряжение, приложенное к клеммам 21 и 22. Дроссель 11 насыщения за счет большой начальной индуктивности и инерционности не позволяет рельсовой цепи шунтировать большое импульсное напряжение, включающее разрядник 2, а после его включения ток, протекающий через разрядник 2 и дроссель 11 насыщения, подмагничивает магнитопровод дросселя 11 и его индуктивность становится пренебрежимо малой. Комплексное сопротивление цепи с разрядником 2 и дросселем 11 становится малым и шунтирует источник перенапряжения в рельсовой цепи. Схема блока 10 включения разрядника 2 может быть иной, она не входит в объем притязаний в рамках настоящей заявки, принципиально важно для настоящей заявки использование защищаемого от перенапряжений трансформатора 7 в реализации алгоритма включения разрядника 2, что упрощает и удешевляет схему защиты.Figure 3 illustrates how the unit 10 for switching on the second surge arrester 2 operates. Block 10 has, for example, a known circuit and includes a capacitor 14, a pulse transformer 15 with primary and secondary windings 16, 17 and auxiliary seventh, eighth and ninth arresters 18, 19, 20. A feature of the operation of block 10 is that to ensure switching on of the second spark gap 2 at low voltage, cascade switching on of transformers 7, 15, i.e. as one of the transformers involved in the operation of unit 10, an overvoltage transformer 7 is used. When the unit 10 is operated, the overvoltage from the rail circuit (its path in Fig. 3 is shown arbitrarily by an arrow) goes to terminals 21 and 22 connected to the primary winding 8 shielded transformer 7. From its secondary winding 9, which has a greater number of turns than the primary winding 8 (i.e., transformer 7 is boosting with respect to the acting overvoltage), increased compared to the initial overvoltage m the output voltage charges the capacitor 14, turns on the auxiliary arrester 18 of the circuit of the block 10 for switching on the arrester 2. The step-up pulse transformer 15 increases the voltage even more, transferring it from the winding 16 to the winding 17. The large pulse voltage on the winding 17 of the pulse transformer 15 includes briefly auxiliary arrester 19 and 20, through which a large surge voltage is applied to the arrester 2, after which the arrester 2 is turned on and bypasses the initial overvoltage applied terminals 21 and 22. Due to the large initial inductance and inertia, the saturation inductor 11 does not allow the rail circuit to bypass a large pulse voltage, including the arrester 2, and after it is turned on, the current flowing through the arrester 2 and the saturation inductor 11 magnetizes the magnetic circuit of the inductor 11 and its inductance becomes negligible. The complex resistance of the circuit with the arrester 2 and the inductor 11 becomes small and shunts the overvoltage source in the rail circuit. The circuit of the block 10 for switching on the arrester 2 may be different, it is not included in the scope of claims within the framework of this application; it is fundamentally important for the present application to use an overvoltage transformer 7 in the implementation of the algorithm for switching on the arrester 2, which simplifies and cheapens the protection circuit.

Таким образом, создано эффективное устройство защиты трансформатора от перенапряжений, а также расширен арсенал устройств защиты трансформатора от перенапряжений.Thus, an effective device for protecting the transformer against overvoltage was created, and the arsenal of devices for protecting the transformer against overvoltage was also expanded.

При этом расширены функциональные возможности, повышены долговечность и надежность устройства.At the same time, expanded functionality, increased durability and reliability of the device.

Claims

1. Device for protecting a transformer, mainly traveling, against overvoltage, comprising first and second arresters included between the terminals of the transformer windings, having electrodes connected to the terminals of each spark gap, characterized in that it is equipped with a third, fourth, fifth and sixth spark gap, a second switching unit the surge arrester by overvoltage of the secondary winding of the transformer, the saturation inductor, as well as the first and second resistors, and the first arrester is connected between the terminals of the secondary winding of the transformer a, the said switching unit is connected in parallel to the terminals of the second arrester, one of the terminals of which is connected to the first terminal of the transformer primary winding, and the second of the terminals of the second arrester is connected to the second terminal of the transformer primary winding through a saturation reactor, while the third arrester is connected to the first terminal of the primary the winding and the first terminal of the secondary winding of the transformer, and the fourth spark gap is connected to the second terminal of the primary winding and the second terminal of the secondary winding of the transformer, the fifth arrester is connected directly to the first terminal of the transformer primary winding, and through the first resistor to the first terminal of its secondary winding, the sixth arrester is connected directly to the second terminal of the transformer primary, and to the second terminal of the secondary winding through the second resistor.

2. The device according to claim 1, characterized in that the third and fourth arresters are made with a lower operating voltage than the breakdown voltage of the inter-winding insulation of the transformer.

3. The device according to any one of paragraphs.1 and 2, characterized in that the fifth and sixth arresters are made with lower tripping voltage and permissible pulse current than the tripping voltage and permissible pulse current of the third and fourth arresters, respectively, while the first resistor is made with the resistance selected from the condition that when the pulse current flows through the fifth arrester, not exceeding 50-80% of the allowable pulse current for the fifth arrester, the total voltage drop across the first resistor and fifth the arrester would exceed the operating voltage for the third arrester, and the second resistor is made with a resistance selected from the condition that when the pulse current flowing through the sixth arrester does not exceed 50-80% of the permissible pulse current for the sixth arrester, the total voltage drop across the second resistor and the sixth arrester would exceed the tripping voltage for the fourth arrester.

4. The device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that for overvoltage protection of the track transformer connected between the rails and the equipment of the rail circuit, the first spark gap is connected between the terminals of the track transformer on the side of the equipment of the rail circuit, and the second spark gap is connected between the terminals track transformer on the side of the rails.