Pārspriegums transformatora tinumos

Transformatora izolācijas izmēru un konstrukcijas izvēle nav iespējama, nenosakot spriegumus, kas iedarbojas uz dažādām transformatora izolācijas sekcijām ekspluatācijas un testēšanas laikā, lai nodrošinātu transformatora drošu darbību.

Šajā gadījumā bieži vien noteicošais ir spriegumi, kas iedarbojas uz transformatora izolāciju, kad zibens pārsprieguma viļņi skar tā ievadi. Šie spriegumi, ko sauc arī par impulsu spriegumiem, gandrīz visos gadījumos nosaka garenvirziena tinumu izolācijas izvēli un daudzos gadījumos galvenā tinuma izolāciju, komutācijas ierīces izolāciju utt.

Datortehnoloģiju izmantošana pārspriegumu noteikšanā ļauj pāriet no tinumu impulsu procesu kvalitatīvas izskatīšanas uz tiešajiem pārspriegumu aprēķiniem un to rezultātu ieviešanu projektēšanas praksē.

Lai aprēķinātu pārspriegumu, transformatora tinumus attēlo līdzvērtīga ķēde, kas atveido induktīvos un kapacitatīvos savienojumus starp tinuma elementiem (1. attēls).Visas līdzvērtīgās shēmas ņem vērā kapacitāti starp pagriezieniem un starp tinumiem.

1. attēls. Transformatora ekvivalentā shēma: UOV — krītošais vilnis augstsprieguma tinumā, UOH — krītošais vilnis zemsprieguma tinumā, SV un CH — kapacitātes attiecīgi starp augstsprieguma un zemsprieguma tinumu pagriezieniem, SVN — kapacitāte starp tinumi ar augstu un zemu spriegumu.

Viļņu procesi transformatoros

Transformators tiks uzskatīts par induktīvu elementu, ņemot vērā starpposma kapacitāti, kapacitātes starp ekrānu un induktivitāti, kā arī starp induktivitāti un zemi (2.a attēls).

Pārsprieguma aprēķināšanai tiek izmantotas šādas formulas:

kur: t ir laiks pēc viļņa ienākšanas transformatorā, T ir pārsprieguma laika konstante, ZEKV ir līdzvērtīga ķēdes pretestība, Z2 ir līnijas pretestība, Uo ir pārspriegums sākotnējā laikā

2. attēls Sprieguma viļņa izplatīšanās pa transformatora tinumu ar iezemētu neitrāli: a) shematiska diagramma, b) sprieguma viļņa atkarība no tinuma garuma vienfāzes transformatoram ar iezemētu spaili: Uo — krituma sprieguma vilnis, ∆Ce — kapacitāte starp spoli un ekrānu, ∆Ck — raksturīgā kapacitāte starp pagriezieniem, ∆С3 — kapacitāte starp spoli un zemi, ∆Lк — spoles slāņu induktivitāte.

Tā kā ekvivalentajā ķēdē ir gan induktivitāte, gan kapacitāte, rodas oscilējoša LC ķēde (sprieguma svārstības parādītas 2.b attēlā).

Svārstību amplitūda ir 1,3 — 1,4 no krītošā viļņa amplitūdas, t.i.Uпep = (1,3-1,4) Uo, un lielākā pārsprieguma vērtība radīsies tinuma pirmās trešdaļas beigās, tāpēc transformatora konstrukcijā 1/3 tinuma ir pastiprināta izolācija, salīdzinot ar pārējo .

Lai izvairītos no pārsprieguma, ir jākompensē kondensatoru uzlādes strāva attiecībā pret zemi. Šim nolūkam ķēdē ir uzstādīts papildu ekrāns (vairogs). Izmantojot ekrānu, tinumu kapacitātes pret ekrānu būs vienādas ar pagriezienu kapacitāti uz zemi, t.i. ∆CE = ∆C3.

Ekranēšana tiek veikta transformatoros ar sprieguma klasi UH = 110 kV un augstāku. Vairogs parasti tiek uzstādīts netālu no transformatora korpusa.

Vienfāzes transformatori ar izolētu neitrālu

Izolētas neitrālas klātbūtne nozīmē, ka starp zemi un tinumu ir kapacitāte Co, ti, kapacitāte tiek pievienota zemējuma spailes transformatora ekvivalentajai ķēdei, bet tiek noņemts ekrāns (3.a attēls).

3. attēls Sprieguma viļņa izplatīšanās pa transformatora tinumu ar izolētu neitrāli: a) ekvivalenta transformatora shematiska diagramma, b) krītošā viļņa sprieguma atkarība no tinuma garuma.

Ar šo ekvivalento ķēdi tiek veidota arī svārstību ķēde. Tomēr kapacitātes Co dēļ ir oscilējoša LC ķēde ar induktivitātes un kapacitātes virknes savienojumu. Šajā gadījumā ar ievērojamu Co kapacitāti augstākais spriegums parādīsies tinuma galā (pārspriegums var sasniegt vērtības līdz 2Uo). Sprieguma izmaiņu raksturs spolē ir parādīts 3.b attēlā.

Lai samazinātu pārsprieguma svārstību amplitūdu transformatora ar izolētu neitrālu tinumā, ir jāsamazina izejas C kapacitāte attiecībā pret zemi vai jāpalielina spoļu paškapacitāte. Parasti tiek izmantota pēdējā metode. Lai palielinātu paškapacitāti ∆Ck starp augstsprieguma tinuma spolēm, ķēdē tiek iekļautas īpašas kondensatora plāksnes (gredzeni).

Viļņu procesi trīsfāzu transformatoros

Trīsfāzu transformatoros krītošā viļņa izplatīšanās procesa raksturu gar tinumu un pārspriegumu lielumu ietekmē:

a) spoles savienojuma shēma,

b) fāžu skaits, uz kurām nonāk pārsprieguma vilnis.

Trīsfāzu transformators ar augstsprieguma tinumu, zvaigzne savienota ar stabili iezemētu neitrālu

Ļaujiet krītošajam pārsprieguma vilnim nonākt vienā transformatora fāzē (4. attēls).

Pārsprieguma viļņu izplatīšanās procesi pa tinumiem šajā gadījumā būs līdzīgi procesiem vienfāzes transformatorā ar iezemētu neitrālu (katrā no fāzēm augstākais spriegums būs 1/3 tinuma), savukārt tie nav atkarīgi no tā, cik daudz fāžu sasniedz pārsprieguma vilni. Šie. pārsprieguma vērtība šajā spoles daļā ir vienāda ar Upep = (1,3-1,4) Uo

4. attēls. Trīsfāzu transformatora ar augstsprieguma tinumu līdzvērtīga ķēde, kas savienota ar zvaigzni ar neitrālu iezemētu tīklu. Pārsprieguma vilnis nāk vienā fāzē.

Trīsfāzu zvaigznei pieslēgts augstsprieguma transformators ar izolētu neitrālu

Ļaujiet pārsprieguma vilnim nonākt vienā fāzē.Transformatora ekvivalentā ķēde, kā arī krītošā viļņa izplatīšanās transformatora tinumā ir parādīta 5. attēlā.

5. attēls. Trīsfāzu transformatora līdzvērtīgā ķēde ar zvaigznīti savienotu augstsprieguma tinumu (a) un atkarību U = f (x) gadījumam, kad vilnis nāk vienā fāzē (b).

Šajā gadījumā parādās divas atsevišķas svārstību zonas. A fāzē būs viens svārstību diapazons un apstākļi, kādos tās rodas, un fāzēs B un C būs cita svārstību cilpa, arī svārstību diapazons abos gadījumos būs atšķirīgs. Lielākais pārspriegums būs tinumam, kas saņem krītošo pārsprieguma vilni. Nulles punktā iespējami pārspriegumi līdz 2/3 Uo (normālā režīmā uz šo brīdi U = 0, tāpēc pārspriegumi attiecībā pret darba spriegumu Uoperāciju tam ir visbīstamākie, kopš U0 >> UDarbība).

Ļaujiet pārsprieguma vilnim iziet cauri divām fāzēm A un B. Transformatora ekvivalentā ķēde, kā arī krītošā viļņa izplatīšanās transformatora tinumā ir parādīta 6. attēlā.

6. attēls. Trīsfāzu transformatora līdzvērtīgā ķēde ar zvaigznīti savienotu augstsprieguma tinumu (a) un atkarību U = f (x) gadījumam, kad vilnis nāk divās fāzēs.

To fāžu tinumos, uz kurām nāk vilnis, spriegums būs (1,3 - 1,4) Uo. Neitrālais spriegums ir 4/3 Uo. Lai šajā gadījumā aizsargātu pret pārspriegumu, transformatora neitrālai ir pievienots novadītājs.

Ļaujiet pārsprieguma vilnim nākt trīs fāzēs Transformatora ekvivalentā ķēde, kā arī krītošā viļņa izplatīšanās transformatora tinumā ir parādīta 7. attēlā.

7. attēls.Trīsfāzu transformatora līdzvērtīga ķēde ar zvaigznīti savienotu augstsprieguma tinumu (a) un atkarību U = f (x) gadījumam, kad vilnis nāk trīs fāzēs.

Pārsprieguma krituma viļņa izplatīšanās procesi katrā no trīsfāzu transformatora fāzēm būs līdzīgi procesiem vienfāzes transformatorā ar izolētu izeju. Augstākais spriegums šajā režīmā būs neitrālā stāvoklī un būs 2U0. Šis transformatora pārsprieguma gadījums ir vissmagākais.

Trīsfāzu augstsprieguma trīsstūrveida transformators

Ļaujiet pārsprieguma vilnim iziet cauri trīsfāzu augstsprieguma transformatora vienai fāzei A, kas savienots trīsstūrī, pārējās divas fāzes (B un C) tiek uzskatītas par iezemētām (8. attēls).

8. attēls. Trīsfāzu transformatora ekvivalentā ķēde ar augstsprieguma tinumu, kas savienots ar trīsstūri (a) un atkarību U = f (x) gadījumam, kad vilnis nāk vienā fāzē.

Tinumi AC un BC tiks pakļauti pārspriegumam (1,3 — 1,4) Uo. Šie pārspriegumi nav bīstami transformatora darbībai.

Ļaujiet pārsprieguma vilnim nonākt divās fāzēs (A un B), skaidrojošie grafiki ir parādīti 9. attēlā. Šajā režīmā pārsprieguma viļņu izplatīšanās tinumos AB un BC būs līdzīga procesiem atbilstošajos a tinumos. trīsfāzu zemējuma transformatora spaile. Šie. šajos tinumos pārsprieguma vērtība būs (1,3 — 1,4) Uo un maiņstrāvas tinumā sasniegs vērtību (1,8 — 1,9) Uo.

9. attēls. Atkarība U = f (x) gadījumam, kad pārsprieguma vilnis iet cauri divām fāzēm trīsfāzu transformatorā ar augstsprieguma tinumu, kas savienots trīsstūrī.

Ļaujiet pārsprieguma viļņiem iziet cauri visām trīs fāzu transformatora fāzēm ar augstsprieguma delta savienotu tinumu.

Visu fāžu tinumi šajā režīmā tiks pakļauti pārspriegumam (1,8 - 1,9) Uo. Ja pārsprieguma vilnis vienlaikus nāk pa diviem vai trim vadiem, tad tinuma vidū, uz kuru viļņi nāk no abām pusēm, var rasties transformatora darbībai bīstamas sprieguma svārstības ar amplitūdu.

Transformatora pārsprieguma aizsardzība

Visbīstamākie tinumu galvenās izolācijas pārspriegumi var rasties, ja viļņi vienlaikus nonāk caur trim vadiem transformatorā ar trīsstūra savienojumu (tinuma vidū) vai zvaigzni ar izolētu neitrālu (gandrīz neitrālu) . Šajā gadījumā iegūto pārspriegumu amplitūdas tuvojas divreiz lielākam izejas spriegumam vai četras reizes lielākai par ieejas viļņa amplitūdu. Bīstami pagriezienu izolācijas pārspriegumi var rasties visos gadījumos, kad pie transformatora pienāk vilnis ar stāvu fronti, neatkarīgi no transformatora tinumu pieslēguma shēmas.

Tādējādi visiem transformatoriem pārsprieguma gadījumā un to sadalījumam pa tinumiem, lai novērtētu to lielumu, ir jāņem vērā transformatoru ekvivalentajās ķēdēs esošās kapacitātes (un ne tikai induktivitāte). Iegūto pārsprieguma vērtību precizitāte lielā mērā ir atkarīga no kapacitātes mērījuma precizitātes.

Lai izvairītos no pārspriegumiem transformatoru projektēšanā, ir paredzēts:

• papildu ekrāns, kas sadala uzlādes strāvu, tādējādi tiek samazināti pārspriegumi.Turklāt ekrāns samazina lauka intensitāti noteiktos transformatora tinuma punktos,

• tinumu izolācijas nostiprināšana atsevišķās tā daļās (transformatora tinumu konstruktīva nomaiņa),

• novadītāju uzstādīšana transformatora priekšā un pēc tā — pret ārējiem un iekšējiem pārspriegumiem, kā arī novadītāju transformatora neitrālā.