Viršįtampa transformatoriaus apvijose

Transformatoriaus izoliacijos dydžio ir konstrukcijos parinkimas neįmanomas nenustačius įtempių, veikiančių įvairias transformatoriaus izoliacijos dalis eksploatacijos ir bandymų metu, siekiant užtikrinti patikimą transformatoriaus darbą.

Šiuo atveju dažnai lemiamos yra įtampos, veikiančios transformatoriaus izoliaciją, kai žaibo bangos trenkia į jos įėjimą. Šios įtampos, dar vadinamos impulsinėmis įtampomis, beveik visais atvejais lemia išilginės apvijos izoliacijos pasirinkimą ir daugeliu atvejų pagrindinės apvijos izoliaciją, perjungimo įrenginio izoliaciją ir kt.

Kompiuterinių technologijų panaudojimas nustatant viršįtampius leidžia pereiti nuo kokybinio impulsinių procesų apvijose įvertinimo prie tiesioginių viršįtampių skaičiavimų ir jų rezultatų įdiegimo į projektavimo praktiką.

Norint apskaičiuoti viršįtampą, transformatoriaus apvijos pavaizduotos lygiaverte grandine, kuri atkuria indukcines ir talpines jungtis tarp apvijos elementų (1 pav.).Visose lygiavertėse grandinėse atsižvelgiama į talpą tarp posūkių ir tarp apvijų.

1 pav. Transformatoriaus lygiavertė grandinė: UOV – krintanti banga aukštos įtampos apvijoje, UOH – krintanti banga žemos įtampos apvijoje, SV ir CH – talpos atitinkamai tarp aukštos ir žemos įtampos apvijų posūkių, SVN – talpa tarp apvijos su aukšta ir žema įtampa.

Bangų procesai transformatoriuose

Transformatorius bus laikomas indukciniu elementu, atsižvelgiant į perjungimo talpą, talpas tarp ekrano ir induktyvumo bei tarp induktyvumo ir įžeminimo (2a pav.).

Viršįtampai apskaičiuoti naudojamos šios formulės:

čia: t – laikas po bangos atėjimo į transformatorių, T – viršįtampio laiko konstanta, ZEKV – ekvivalentinė grandinės varža, Z2 – linijos varža, Uo – viršįtampis pradiniu laiku

2 pav. Įtampos bangos sklidimas išilgai transformatoriaus apvijos su įžemintu nuliu: a) schema, b) įtampos bangos priklausomybė nuo apvijos ilgio vienfaziam transformatoriui su įžemintu gnybtu: Uo — kritimo įtampos banga, ∆Ce — talpa tarp ritės ir ekrano, ∆Ck — būdingoji talpa tarp posūkių, ∆С3 — talpa tarp ritės ir žemės, ∆Lк — ritės sluoksnių induktyvumas.

Kadangi lygiavertėje grandinėje yra ir induktyvumas, ir talpa, atsiranda svyruojanti LC grandinė (įtampos svyravimai parodyti 2b pav.).

Virpesių amplitudė yra 1,3 — 1,4 krintančios bangos amplitudės, t.y.Uпep = (1,3-1,4) Uo, o didžiausia viršįtampio reikšmė atsiras pirmojo apvijos trečdalio pabaigoje, todėl transformatoriaus konstrukcijoje 1/3 apvijos turi sustiprintą izoliaciją, palyginti su likusia dalimi. .

Kad būtų išvengta viršįtampių, reikia kompensuoti kondensatorių įkrovimo srovę žemės atžvilgiu. Tam tikslui grandinėje įrengiamas papildomas ekranas (skydas). Naudojant ekraną, apvijų į ekraną talpos bus lygios posūkių į žemę talpai, t.y. ∆CE = ∆C3.

Ekranavimas atliekamas transformatoriuose, kurių įtampos klasė UH = 110 kV ir aukštesnė. Ekranas paprastai įrengiamas šalia transformatoriaus korpuso.

Vienfaziai transformatoriai su izoliuota neutrale

Jei yra izoliuota neutralė, tai reiškia, kad tarp žemės ir apvijos yra talpa Co, ty talpa pridedama prie lygiavertės įžeminimo gnybtų transformatoriaus grandinės, tačiau ekranas pašalinamas (3a pav.).

3 pav. Įtampos bangos sklidimas išilgai transformatoriaus su izoliuotu nuliu apvijomis: a) ekvivalentinio transformatoriaus schema, b) krintančios bangos įtampos priklausomybė nuo apvijos ilgio.

Su šia lygiaverte grandine taip pat suformuojama virpesių grandinė. Tačiau dėl talpos Co yra svyruojanti LC grandinė su nuoseklia induktyvumo ir talpos jungtimi. Tokiu atveju, esant didelei Co talpai, apvijos gale atsiras didžiausia įtampa (viršįtampa gali siekti iki 2Uo). Įtampos pokyčio ritėje pobūdis parodytas 3b paveiksle.

Norint sumažinti viršįtampių svyravimų amplitudę transformatoriaus su izoliuota nuliu apvijoje, reikia sumažinti išėjimo C talpą įžeminimo atžvilgiu arba padidinti ritių savaiminę talpą. Pastarasis metodas dažniausiai naudojamas. Siekiant padidinti savąją talpą ∆Ck tarp aukštos įtampos apvijos ritių, į grandinę įtraukiamos specialios kondensatorių plokštės (žiedai).

Bangų procesai trifaziuose transformatoriuose

Trifaziuose transformatoriuose krintančios bangos sklidimo išilgai apvijos pobūdžiui ir viršįtampių dydžiui įtakos turi:

a) ritės prijungimo schema,

b) fazių, į kurias ateina banga, skaičius.

Trifazis transformatorius su aukštos įtampos apvija, žvaigždute sujungta su tvirtai įžeminta neutrale

Tegul krintanti banga patenka į vieną transformatoriaus fazę (4 pav.).

Viršįtampių bangų plitimo išilgai apvijų procesai šiuo atveju bus panašūs į procesus vienfaziame transformatoriuje su įžeminta neutrale (kiekvienoje fazėje didžiausia įtampa bus 1/3 apvijos), o jie nepriklauso nuo to, kiek fazių pasiekia bangą. Šie. viršįtampio vertė šioje ritės dalyje lygi Upep = (1,3-1,4) Uo

4 pav. Trifazio transformatoriaus su aukštos įtampos apvija lygiavertė grandinė, sujungta su žvaigždute su neutraliu įžemintu tinklu. Viršįtampio banga ateina vienoje fazėje.

Trifazis žvaigždės prijungtas aukštos įtampos transformatorius su izoliuota neutrale

Tegul banga ateina vienoje fazėje.Transformatoriaus ekvivalentinė grandinė, taip pat krintančios bangos sklidimas transformatoriaus apvijoje, parodyta 5 pav.

5 pav. Trifazio transformatoriaus su žvaigždute sujungta aukštos įtampos apvija ekvivalentinė grandinė (a) ir priklausomybė U = f (x) tuo atveju, kai banga ateina vienoje fazėje (b).

Tokiu atveju atsiranda dvi atskiros virpesių zonos. A fazėje bus vienas virpesių diapazonas ir sąlygos, kuriomis jie atsiranda, o B ir C fazėse bus kita virpesių kilpa, virpesių diapazonas taip pat bus skirtingas abiem atvejais. Didžiausias viršįtampis bus apvijoje, kuri gauna kritimo bangą. Nuliniame taške galimi viršįtampiai iki 2/3 Uo (įprastu režimu šiuo momentu U = 0, todėl viršįtampiai darbinės įtampos Uoperacijos atžvilgiu jam yra pavojingiausi, nes U0 >> Uoperacija).

Leiskite viršįtampio bangai pereiti per dvi fazes A ir B. Transformatoriaus ekvivalentinė grandinė ir krintančios bangos sklidimas transformatoriaus apvijoje parodytos 6 paveiksle.

6 pav. Trifazio transformatoriaus su žvaigždute sujungta aukštos įtampos apvija ekvivalentinė grandinė (a) ir priklausomybė U = f (x) tuo atveju, kai banga ateina dviem fazėmis.

Fazių, į kurias ateina banga, apvijose įtampa bus (1,3 — 1,4) Uo. Nulinė įtampa yra 4/3 Uo. Siekiant apsisaugoti nuo viršįtampio šiuo atveju, prie transformatoriaus neutralės prijungiamas iškroviklis.

Tegul viršįtampio banga būna trijų fazių Transformatoriaus ekvivalentinė grandinė, taip pat krintančios bangos sklidimas transformatoriaus apvijoje parodytas 7 pav.

7 pav.Trifazio transformatoriaus lygiavertė grandinė su žvaigždute sujungta aukštos įtampos apvija (a) ir priklausomybe U = f (x) tuo atveju, kai banga ateina trijų fazių.

Viršįtampio kritimo bangos sklidimo procesai kiekvienoje trifazio transformatoriaus fazėje bus panašūs į procesus vienfaziame transformatoriuje su izoliuotu išėjimu. Aukščiausia įtampa šiuo režimu bus neutrali ir bus 2U0. Šis transformatoriaus viršįtampio atvejis yra pats sunkiausias.

Trifazis aukštos įtampos trifazis apvijos transformatorius

Tegul viršįtampio banga praeina per vieną trifazio aukštos įtampos transformatoriaus, prijungto trifaziu, fazę A, kitos dvi fazės (B ir C) laikomos įžemintomis (8 pav.).

8 pav. Trifazio transformatoriaus su aukštos įtampos apvija, sujungta trikampiu (a) ir priklausomybe U = f (x), lygiavertė grandinė tuo atveju, kai banga ateina vienoje fazėje.

Apvijos AC ir BC bus veikiamos viršįtampio (1,3 — 1,4) Uo. Šie viršįtampiai nėra pavojingi transformatoriaus darbui.

Tegul viršįtampio banga būna dviejų fazių (A ir B), aiškinamieji grafikai pateikti 9 paveiksle. Šiuo režimu viršįtampių bangų sklidimas apvijose AB ir BC bus panašus į procesus atitinkamose apvijose trifazis įžemintas transformatoriaus gnybtas. Šie. šiose apvijose viršįtampio reikšmė bus (1,3 — 1,4) Uo, o kintamosios srovės apvijoje pasieks reikšmę (1,8 — 1,9) Uo.

9 pav. Priklausomybė U = f (x) tuo atveju, kai viršįtampio banga eina per dvi fazes trifazio transformatoriaus su aukštos įtampos apvija, sujungta trikampiu.

Tegul viršįtampio bangos praeina per visas tris trifazio transformatoriaus fazes su aukštos įtampos trikampio jungtimi.

Visų fazių apvijos šiuo režimu bus veikiamos viršįtampio (1,8 - 1,9) Uo. Jei viršįtampio banga vienu metu ateina per du ar tris laidus, tai apvijos viduryje, į kurią bangos ateina iš abiejų pusių, gali atsirasti įtampos svyravimų, kurių amplitudė yra pavojinga transformatoriaus darbui.

Transformatoriaus apsauga nuo viršįtampių

Pavojingiausi apvijų pagrindinės izoliacijos viršįtampiai gali atsirasti tuo atveju, kai vienu metu per tris laidus bangos patenka į transformatorių su trikampio jungtimi (apvijos viduryje) arba žvaigždutę su izoliuotu neutraliu (beveik neutraliu) . Tokiu atveju susidariusių viršįtampių amplitudės priartėja prie išėjimo įtampos dvigubai arba įėjimo bangos amplitudės keturis kartus. Pavojingi posūkio į posūkį izoliacijos viršįtampiai gali atsirasti visais atvejais, kai į transformatorių ateina banga stačiu frontu, nepriklausomai nuo transformatoriaus apvijų prijungimo schemos.

Taigi visiems transformatoriams esant viršįtampiams ir jų pasiskirstymui išilgai apvijų, norint įvertinti jų dydį, reikia atsižvelgti į transformatorių ekvivalentinėse grandinėse esančias talpas (ir ne tik į induktyvumą). Gautų viršįtampių verčių tikslumas labai priklauso nuo talpos matavimo tikslumo.

Siekiant išvengti viršįtampių projektuojant transformatorius, numatyta:

• papildomas ekranas, paskirstantis įkrovimo srovę, todėl sumažinami viršįtampiai.Be to, ekranas sumažina lauko stiprumą tam tikruose transformatoriaus apvijos taškuose,

• apvijų izoliacijos sustiprinimas tam tikrose jo dalyse (konstruktyvus transformatoriaus apvijų keitimas),

• iškroviklių įrengimas prieš transformatorių ir po jo - nuo išorinių ir vidinių viršįtampių, taip pat iškroviklio transformatoriaus neutralėje.