RU78327U1

RU78327U1 - DEVICE FOR CONNECTING TO MEASURING OUTPUTS OF HIGH VOLTAGE INPUTS FOR EQUIPMENT FOR CONTROL OF THEIR INSULATION (OPTIONS)

Info

Publication number: RU78327U1
Application number: RU2008110147/22U
Authority: RU
Inventors: Алексей Антонович Шеремет; Александр Анатольевич Тарасов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Научно-Технический Центр Электроэнергетики" (Оао "Нтц Электроэнергетики")
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2008-11-20

Abstract

Полезная модель направлена на увеличение точности и упрощение процедуры измерений за счет устранения дополнительных вычислений, а также подавление помех во входном сигнале измерительной схемы, осуществляющей контроль, его нормирование и упрощение входных узлов измерительной схемы. Указанный технический результат достигается тем, что в устройство присоединения измерительной схемы к измерительным выводам высоковольтных вводов, содержащее узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов, включающий в себя варистор и разрядник, включенные параллельно между соответствующим измерительным выводом высоковольтного ввода и зажимом заземления, и узел защиты от перенапряжений, вызванных возможным обрывом цепи тока, введен измерительный трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между измерительным выводом и зажимом заземления, а выводы вторичной обмотки являются выходными выводами устройства для подключения измерительной схемы. При этом узел защиты от перенапряжений, вызванных обрывом цепи тока, выполнен в виде последовательной цепи из дросселя и двуханодного защитного диода, включенного параллельно узлу защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов, либо в виде двуханодного защитного диода, включенного параллельно вторичной обмотке измерительного трансформатора тока. 2н.п.ф., 2 илл.The utility model is aimed at increasing accuracy and simplifying the measurement procedure by eliminating additional calculations, as well as suppressing interference in the input signal of the measuring circuit, which controls, normalizes and simplifies the input nodes of the measuring circuit. The specified technical result is achieved by the fact that in the device connecting the measuring circuit to the measurement leads of the high voltage bushings, comprising a protection unit against surge surges and lightning discharges, including a varistor and a spark gap connected in parallel between the corresponding measuring lead of the high voltage lead and the ground terminal, and a protection node from overvoltages caused by possible interruption of the current circuit, a measuring current transformer is introduced, the primary winding of which is switched on between measure nym terminal and the ground terminal, and a secondary winding terminals are output terminals for connecting the devices of the measuring circuit. In this case, the node for protection against overvoltages caused by an open circuit of the current is made in the form of a series circuit of a choke and a two-anode protective diode connected in parallel to the node for protection against surge surges and lightning discharges, or in the form of a two-anode protective diode connected in parallel with the secondary winding of a current measuring transformer. 2 n.p.F., 2 ill.

Description

Предложение относится к контрольно- измерительной технике в области электрооборудования высокого напряжения и предназначено для непрерывного или периодического эксплуатационного контроля изоляции высоковольтных вводов.The proposal relates to instrumentation in the field of high voltage electrical equipment and is intended for continuous or periodic operational monitoring of the insulation of high voltage bushings.

Измерения на высоковольтных вводах под рабочим напряжением возможны только при наличии специальной стационарной измерительной схемы, позволяющей проводить процедуру измерений на безопасном расстоянии от токоведущих частей. Одной из основных частей этой схемы является устройство присоединения к объекту (УПО), непосредственно обеспечивающее съем и передачу в канал измерений тока утечки изоляции ввода, по величине и фазе которого оцениваются основные параметры изоляции ввода.Measurements on high-voltage bushings under operating voltage are possible only if there is a special stationary measuring circuit that allows the measurement procedure to be carried out at a safe distance from live parts. One of the main parts of this circuit is the object attachment device (UPR), which directly provides for the removal and transmission of input insulation leakage current to the measurement channel, the magnitude and phase of which assesses the main input insulation parameters.

В настоящее время известен ряд устройств присоединения к измерительным выводам высоковольтных вводов, используемых в устройствах и системах контроля состояния изоляции высоковольтных вводов под рабочим напряжением. Их называют также «датчиками вводов», «тест-датчиками», «датчиками тока проводимости» и т.д. В качестве примера можно привести:Currently, a number of devices are known for connecting to the measurement leads of high voltage bushings used in devices and systems for monitoring the state of insulation of high voltage bushings under operating voltage. They are also called “input sensors”, “test sensors”, “conductivity current sensors”, etc. An example is:

- Датчик тока проводимости DB-1. Система «R1500» мониторинга и сигнализации технического состояния изоляции маслонаполненных вводов трансформаторов. Техническое описание. Производственно - внедренческая фирма «Вибро-Центр». Пермь.:www.vibrocenter.ru/rl500.htm;- Conductivity current sensor DB-1. The R1500 system for monitoring and signaling the technical condition of the insulation of oil-filled transformer bushings. Technical description. Production and implementation company Vibro-Center. Perm.: Www.vibrocenter.ru/rl500.htm;

- Bushing Sensors TBS-2 and TPD-BS. Technical Data. Фирма «Cutler-Hammer» Baton Corporation. Канада.:www. cutler-hammer.eaton.com.- Bushing Sensors TBS-2 and TPD-BS. Technical Data. Cutler-Hammer Baton Corporation. Canada.: Www. cutler-hammer.eaton.com.

Эти устройства различаются между собой главным образом по конструктивному исполнению, поскольку электрическая принципиальная схема у них, в основном, однотипна. Она подробно представлена в работе:These devices differ among themselves mainly in their design, since the electrical circuit diagram for them is basically the same. It is presented in detail in the work:

Сви П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 240 с.: ил.Sweet P.M. Methods and diagnostic tools for high voltage equipment. - M .: Energoatomizdat, 1992 .-- 240 p .: ill.

Именно это устройство принято в качестве прототипа заявляемому устройству. В нем можно выделить узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов, представляющий собой разрядник, включенный параллельно между измерительным This device is adopted as a prototype of the claimed device. In it, one can distinguish the node of protection against surge surges and lightning discharges, which is a spark gap connected in parallel between the measurement

выводом и зажимом заземления, узел защиты от перенапряжений, вызванных возможным обрывом цепи тока, состоящий из резистора (шунта) и параллельно включенного конденсатора также присоединенных к измерительному выводу и зажиму заземления.a grounding terminal and a clamp, an overvoltage protection unit caused by a possible interruption of the current circuit, consisting of a resistor (shunt) and a capacitor connected in parallel, also connected to the measuring terminal and a grounding clamp.

В последнее время в дополнение к разряднику, параллельно с ним, в узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов стали включать варистор, обладающий более высоким быстродействием.Recently, in addition to a spark gap, in parallel with it, a varistor with a higher speed has been included in the node for protection against surge surges and lightning discharges.

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

- шунтирующее действие резистора и конденсатора нельзя не учитывать при проведении измерений, что усложняет процедуру измерений, дополняя ее неизбежными вычислениями поправки;- the shunting effect of the resistor and capacitor cannot be ignored when taking measurements, which complicates the measurement procedure, supplementing it with inevitable correction calculations;

- к шунту предъявляются достаточно серьезные требования по точности и особенно по температурной и временной стабильности, несоблюдение которых увеличивает погрешность измерений;- rather serious requirements are imposed on the shunt for accuracy and especially for temperature and time stability, non-observance of which increases the measurement error;

- точки заземления шунта и измерительной схемы разнесены в пространстве, что вызывает в условиях подстанций почти непременную разность потенциалов между этими точками, часто составляющую несколько десятков вольт; это требует установки дополнительных защитных цепей на входе схемы измерений;- the grounding points of the shunt and the measuring circuit are separated in space, which causes in substation conditions an almost indispensable potential difference between these points, often amounting to several tens of volts; this requires the installation of additional protective circuits at the input of the measurement circuit;

- устройство не имеет гальванической развязки между входными и выходными цепями, что обусловливает повышенный уровень помех в сигнале и известные трудности в организации схемы измерений. Целью настоящего предложения является устранение указанных недостатков:- the device does not have galvanic isolation between the input and output circuits, which leads to an increased level of noise in the signal and known difficulties in organizing the measurement circuit. The purpose of this proposal is to address these shortcomings:

т.е. создание схемы устройства присоединения, гарантирующей увеличение точности измерений и упрощение процедуры измерений, заключающееся в устранении дополнительных вычислений, подавление помех во входном сигнале измерительной схемы, его нормирование и упрощение входных узлов измерительной схемы.those. creating a connection device circuit that guarantees an increase in the measurement accuracy and simplification of the measurement procedure, which consists in eliminating additional calculations, suppressing interference in the input signal of the measuring circuit, its normalization and simplification of the input nodes of the measuring circuit.

Цель достигается тем, что в устройство присоединения, содержащее узел защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов, включающий в себя варистор и разрядник, включенные параллельно между соответствующим измерительным выводом и зажимом заземления, и узел защиты от перенапряжений, вызванных возможным обрывом цепи тока, введен измерительный трансформатор тока, обеспечивающий гальваническую развязку и нормирование передаваемого в измерительную цепь сигнала, первичная обмотка которого включена между измерительным выводом и зажимом заземления, а выводы вторичной обмотки являются выходными выводами устройства, The goal is achieved by the fact that in the connection device containing the surge protection and lightning protection assembly, which includes a varistor and arrester connected in parallel between the corresponding measuring output and the ground terminal, and the surge protection unit caused by a possible interruption of the current circuit, a measurement current transformer providing galvanic isolation and rationing of the signal transmitted to the measuring circuit, the primary winding of which is connected between the measuring output and ground, and the terminals of the secondary winding are the output terminals of the device,

при этом в узел защиты от перенапряжений, вызванных обрывом цепи тока, вместо резистора и конденсатора ставится цепь из последовательно соединенных дросселя и двуханодного защитного диода, включенная между измерительным выводом и зажимом заземления, или только защитный диод, подключенный параллельно вторичной обмотке измерительного трансформатора тока.at the same time, instead of a resistor and a capacitor, a circuit from a series-connected inductor and a two-anode protective diode connected between the measuring terminal and the ground terminal, or only a protective diode connected in parallel with the secondary winding of the current measuring transformer, is placed in the node for protection against overvoltages caused by an open circuit.

Для пояснения существа предложения на фиг.1 и фиг.2 представлены варианты схемы заявляемого устройства. Между зажимом, подключаемым к измерительному выводу высоковольтного ввода, и зажимом, соединяемым с «землей», включен узел защиты от импульсных перенапряжений 1, состоящий из параллельно включенных газового разрядника 2 (FV) и варистора 3 (FR). Узел 4 защиты от перенапряжений при возможном обрыве цепи тока в варианте, приведенном на фиг.1, также включен между указанными зажимами. В этом случае узел 4 содержит дроссель 5 (L1) и двуханодный защитный диод 6 (VD1). Устройство включает в себя также измерительный трансформатор тока 7, соответствующие выводы первичной обмотки которого включены между указанными выше зажимами, а выводы вторичной обмотки, являясь выходами устройства, подключаются к системе измерений. Предполагается, что цепь передачи выходного сигнала устройства присоединения выполняется витой экранированной парой, что практически устраняет воздействие помех на измерительную схему.To clarify the essence of the proposal in figure 1 and figure 2 presents variants of the circuit of the claimed device. Between the clamp connected to the measuring output of the high-voltage input and the clamp connected to the ground, the surge protection unit 1 is connected, consisting of a gas spark gap 2 (FV) and a varistor 3 (FR) connected in parallel. The node 4 surge protection with a possible break in the current circuit in the embodiment shown in figure 1, is also included between these clamps. In this case, the node 4 contains a choke 5 (L1) and a two-anode protective diode 6 (VD1). The device also includes a measuring current transformer 7, the corresponding terminals of the primary winding of which are connected between the above terminals, and the terminals of the secondary winding, being the outputs of the device, are connected to the measurement system. It is assumed that the transmission circuit of the output signal of the attachment device is performed by a twisted shielded pair, which practically eliminates the effect of interference on the measuring circuit.

В варианте, приведенном на фиг.2, узел 4 защиты от перенапряжений, вызываемых обрывом цепи тока, представляющий собой двуханодный защитный диод 6, включается между выводами вторичной обмотки трансформатора 7.In the embodiment shown in figure 2, the node 4 protection against overvoltages caused by an open circuit, which is a two-anode protective diode 6, is connected between the terminals of the secondary winding of the transformer 7.

Защитный диод 6 имеет резко нелинейную характеристику. При правильно выбранных уровнях ограничения, в области рабочих напряжений измерительной схемы сопротивление защитного диода чрезвычайно велико, так что ток утечки диода пренебрежимо мал. При обрыве цепи тока напряжение на защитном диоде поднимается до уровня излома, диод открывается, пропуская через себя ток, ограничивая напряжение в цепи на уровне излома характеристики. Защитный диод обладает хорошей перегрузочной способностью, но для ограничения импульсных сверхтоков, возможных при грозовых разрядах и во время штатных переключении в силовой схеме последовательно с ним ставится дроссель. Индуктивность дросселя выбирается исходя из максимально возможной длительности импульсов перенапряжений. Обычно расчетная длительность не превышает нескольких микросекунд, поэтому величина индуктивности невелика. Импульсные воздействия в этом случае принимают на себя и ограничивают варистор 3 и разрядник 2. Во втором варианте исполнения дроссель исключается, поскольку его роль выполняют индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора The protective diode 6 has a sharply non-linear characteristic. With correctly selected restriction levels, in the operating voltage range of the measuring circuit, the resistance of the protective diode is extremely high, so that the leakage current of the diode is negligible. When the current circuit breaks, the voltage on the protective diode rises to the level of the break, the diode opens, passing current through itself, limiting the voltage in the circuit at the level of the break of the characteristic. The protective diode has good overload capacity, but to limit the pulsed overcurrents that are possible during lightning discharges and during regular switching in the power circuit, a choke is placed in series with it. The inductance of the inductor is selected based on the maximum possible duration of the overvoltage pulses. Typically, the calculated duration does not exceed several microseconds, so the magnitude of the inductance is small. In this case, the pulsed effects are taken over and limited by the varistor 3 and the arrester 2. In the second embodiment, the inductor is eliminated, since its role is played by the inductance of the primary and secondary transformer windings

тока, а перегрузочной способности защитного диода достаточно, чтобы без последствий принять на себя импульсные сверхтоки.current, and the overload capacity of the protective diode is sufficient to take pulsed overcurrents without consequences.

Гальваническая развязка, обеспечиваемая трансформатором тока, помимо условий и специфических требований, задаваемых схемой измерений, снимает проблемы, связанные с разностью потенциалов между «землей» трансформатора и «землей» схемы измерений и так называемыми «продольными» помехами. Кроме того, на трансформатор тока возлагаются функции нормирования выходного тока.The galvanic isolation provided by the current transformer, in addition to the conditions and specific requirements specified by the measurement circuit, removes the problems associated with the potential difference between the "ground" of the transformer and the "ground" of the measurement circuit and the so-called "longitudinal" interference. In addition, the normalization of the output current is assigned to the current transformer.

Расчетный ток утечки изоляции ввода i в зависимости от класса напряжения может варьироваться от 15-20 мА для вводов на 220 кВ до 150 мА (и даже до 180 мА при максимальном предельно допустимом напряжении) для вводов на 750 кВ. При таких токах и уровне ограничения не менее 10-12 В обеспечение безопасного рассеивания выделяемой на защитном диоде мощности в ограниченном объеме корпуса устройства присоединения в случае обрыва цепи тока представляет собой непростую проблему. Требуется предусмотреть эффективный теплоотвод с помощью радиатора с развитой поверхностью. Помогает облегчить задачу замена двуханодного защитного диода на два обычных встречно включенных защитных диода. При этом величина рассеиваемой мощности на корпус снижается вдвое. Однако, и в этом случае остается проблема общего отвода тепла из корпуса устройства.The estimated leakage current of the insulation of the input i depending on the voltage class can vary from 15-20 mA for inputs on 220 kV to 150 mA (and even up to 180 mA at the maximum maximum permissible voltage) for inputs on 750 kV. With such currents and a level of limitation of at least 10-12 V, ensuring the safe dissipation of the power released on the protective diode in a limited volume of the connection device case in the event of an open circuit is a difficult problem. It is required to provide for an effective heat sink using a radiator with a developed surface. It helps to facilitate the task of replacing a two-anode protective diode with two conventional on-board protective diodes. In this case, the dissipated power to the case is halved. However, in this case, there remains the problem of general heat removal from the device case.

Решение проблемы - простое, недорогое и повышающее надежность устройства- заключается в перемещении двуханодного защитного диода на вторичную сторону измерительного трансформатора тока.The solution to the problem - a simple, inexpensive and increasing the reliability of the device - is to move the two-anode protective diode to the secondary side of the current measuring transformer.

На фиг.2 представлена схема такого устройства.Figure 2 presents a diagram of such a device.

Нормированное значение вторичного тока трансформатора 7 выбирается обычно не выше 5 мА, поэтому проблем с рассеиванием тепла в данном случае не существует.The normalized value of the secondary current of the transformer 7 is usually selected no higher than 5 mA, therefore, there are no problems with heat dissipation in this case.

При расчете и изготовлении измерительного трансформатора тока необходимо обратить внимание на получение минимальных фазовых (угловых) погрешностей с учетом полного расчетного сопротивления нагрузки, которое включает и сопротивление кабеля - амплитудные погрешности легко учитываются при калибровке устройства. Современные материалы магнитопроводов (например, магнитопроводы Гаммамет 501 НПО «Гаммамет», www.gammamet.ru/) и современные технологии изготовления измерительных трансформаторов позволяют получить трансформаторы (с учетом оговоренных условий) в приемлемых габаритах с угловой погрешностью на частоте сети не превышающей 0,6-0,8 угловой минуты. Этого, чаще всего, вполне достаточно для устройств типа УПО.When calculating and manufacturing a measuring current transformer, it is necessary to pay attention to obtaining the minimum phase (angular) errors taking into account the total design load resistance, which includes the cable resistance - amplitude errors are easily taken into account when calibrating the device. Modern materials of magnetic cores (for example, magnetic cores Gammamet 501 of NPO Gammamet, www.gammamet.ru/) and modern technologies for manufacturing measuring transformers make it possible to obtain transformers (subject to the stipulated conditions) in acceptable dimensions with an angular error at the network frequency not exceeding 0.6 -0.8 arc minutes. This, most often, is quite enough for devices such as UPR.

Claims

1. A device for connecting to the test leads of high-voltage bushings for control equipment for insulation of bushings, comprising a node for protection against surge surges and lightning discharges and a node for protection against surges caused by an open circuit, which are connected in parallel between the corresponding test lead and the ground terminal, and surge surges and lightning discharges made in the form of parallel-connected varistor and arrester, characterized in that the measuring transform is introduced into it Op current whose primary winding is connected between the measuring terminal and the ground terminal, and terminals of the secondary windings are output terminals of the device, wherein the overvoltage protection unit at the breakage of the current circuit is formed as a series circuit of a protective diode biplate and throttle.

2. A device for connecting to the test leads of high-voltage bushings for input insulation control equipment, comprising a surge protection and lightning discharge protection node made in the form of parallel connected between the corresponding measurement output and the ground terminal of the varistor and the arrester, and the voltage protection node caused by an open circuit current, characterized in that it introduced a measuring current transformer, the primary winding of which is connected between the measuring output and the ground terminal, secondary winding terminals are the output terminals of the device, wherein the overvoltage protection circuit due to breakage current node is connected parallel to the secondary winding and the measuring current transformer is designed as a protective diode biplate.