Определение
размеров и выбор конструкции изоляции трансформаторов невозможны без
определения напряжений, воздействующих на различные участки изоляции
трансформатора при эксплуатации и испытаниях, предназначенных для
обеспечения надежной работы трансформатора. При
этом часто определяющими являются напряжения, воздействующие на
изоляцию трансформатора при попадании на его ввод грозовых волн
перенапряжения. Эти напряжения, которые также называют импульсными, практически во всех случаях определяют выбор …

Определение размеров и выбор конструкции изоляции трансформаторов невозможны без определения напряжений, воздействующих на различные участки изоляции трансформатора при эксплуатации и испытаниях, предназначенных для обеспечения надежной работы трансформатора.

При этом часто определяющими являются напряжения, воздействующие на изоляцию трансформатора при попадании на его ввод грозовых волн перенапряжения. Эти напряжения, которые также называют импульсными, практически во всех случаях определяют выбор продольной изоляции обмоток и во многих случаях — главной изоляции обмоток, изоляции переключающих устройств и т.д.

Использование вычислительной техники при определении перенапряжений позволяет перейти от качественного рассмотрения импульсных процессов в обмотках к непосредственным расчетам перенапряжений и внедрению их результатов в практику проектирования.

Для расчета перенапряжений обмотки трансформатора представляют схемой замещения, воспроизводящей индуктивные и емкостные связи между элементами обмотки (рисунок 1). Все схемы замещения учитывают ёмкости между витками и между обмотками.

Рисунок 1. Схема замещения трансформатора: UОВ – падающая волна в обмотке высокого напряжения, UОН – падающая волна в обмотке низкого напряжения, СВ и СН – емкости между витками обмоток высокого и низкого напряжений соответственно, СВН – емкость между обмотками высокого и низкого напряжения.

Волновые процессы в трансформаторах

Трансформатор будем рассматривать как индуктивный элемент при учете междувитковой емкости, емкостей между экраном и индуктивностью, а также между индуктивностью и землей (рисунок 2а).

Для расчета перенапряжения используют следующие формулы:

где: t — время после прихода волны на трансформатор, Т — постоянная времени перенапряжения, ZЭКВ — эквивалентное сопротивление схемы, Z2 — сопротивление линии, Uo — перенапряжение в начальный момент времени

Рисунок 2. Распространение волны напряжения вдоль обмотки трансформатора с заземленной нейтралью: а) принципиальная схема, б) зависимость напряжения волны от длины обмотки для однофазного трансформатора с заземленным выводом: Uo — падающая волна напряжения, Сэ — емкость между катушкой и экраном, Ск — собственная емкость между витками, Сз — емкость между катушкой и землей, Lк — индуктивность слоев катушки обмотки.

Так как в схеме замещения имеются и индуктивности, и емкости, то возникает колебательный LC-контур (колебания напряжения приведены на рисунке 2б).

Амплитуда колебаний составляет 1,3 — 1,4 амплитуды падающей волны, т.е. Uпep = (1,3-1,4) Uo, а наибольшая величина перенапряжения будет иметь место в конце первой трети обмотки, поэтому в конструкции трансформатора 1/3 обмотки имеет усиленную изоляцию по сравнению с остальной ее частью.

Чтобы избежать всплеска перенапряжения следует компенсировать зарядный ток емкостей по отношению к земле. Для этого в схеме устанавливается дополнительный экран (щит). При использовании экрана емкости обмоток относительно экрана будут равны емкости витков относительно земли, т.е. СЭ = С3.

Экранирование осуществляется в трансформаторах классом напряжения UH = 110 кВ и выше. Экран обычно устанавливается около корпуса трансформатора.

Однофазные трансформаторы с изолированной нейтралью

Наличие изолированной нейтрали означает, что между землей и обмоткой существует емкость Со, т.е. в схему замещения трансформатора с заземленным выводом добавляется емкость, но убирается экран (рисунок 3а).

Рисунок 3. Распространение волны напряжения вдоль обмотки трансформатора с изолированной нейтралью: а) принципиальная схема замещения трансформатора, б) зависимость напряжения падающей волны от длины обмотки.

При данной схеме замещения также образуется колебательный контур. Однако за счет ёмкости Со здесь колебательный LC-контур при последовательном соединении индуктивности и ёмкости. В этом случае при значительной емкости Со наибольшее напряжение будет иметь место в конце обмотки ( перенапряжение может достигать значений до 2Uo). Характер изменения напряжения вдоль обмотки представлен на рисунке 3б.

Для уменьшения амплитуды колебаний перенапряжений в обмотке тран

10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев