- •«Волновые процессы в обмотках трансформатора
- •Контрольные вопросы:
- •Почему начальное распределение напряжения вдоль обмоток трансформатора весьма неравномерно?
- •Какая изоляция трансформатора подвержена воздействию перенапряжений в начальной стадии переходного процесса?
- •Какие меры можно предложить для выравнивания распределения напряжения вдоль обмотки трансформатора в начальной стадии переходного процесса?
- •Как найти максимальные потенциалы вдоль обмотки, имея начальное и установившееся распределение напряжения?
- •Как защитить изоляцию изолированной нейтрали трансформатора от опасных перенапряжений?
Контрольные вопросы:
Почему начальное распределение напряжения вдоль обмоток трансформатора весьма неравномерно?
При воздействии на трансформатор набегающей волны перенапряжения с крутым фронтом в обмотке возникает переходный процесс изменения тока и напряжения.
В начальный момент в течение долей микросекунды возникает процесс заряда входной ёмкости. При этом при переходе волны напряжения из электрической линии (из цепи с меньшим волновым сопротивлением) в трансформатор (цепь с большим волновым сопротивлением) напряжение на входе обмотки сначала уменьшается до нуля, а затем возрастает и достигает практически двукратного значения амплитуды волны.
При начальном заряде входной ёмкости токи и электрические заряды распределяются по емкостной цепи от начала обмотки до её конца неравномерно. По мере приближения к концу обмотки большая часть токов ответвляется через емкости в землю. Поэтому начальное распределение напряжения вдоль обмотки весьма неравномерно.
Какая изоляция трансформатора подвержена воздействию перенапряжений в начальной стадии переходного процесса?
В начальной стадии переходного процесса изоляция между первыми витками и первыми катушками обмотки подвержена воздействию перенапряжений. Поэтому такая выполняется обычно с повышенной прочностью. Как показывает опыт эксплуатации, у таких трансформаторов не исключена возможность пробоя продольной изоляции в других частях обмотки. Это объясняется тем, что наряду с рассмотренными градиентными перенапряжениями в начале обмотки при t = 0, имеют место градиентные перенапряжения в других частях обмотки в течение переходного режима при t > 0.
Какие меры можно предложить для выравнивания распределения напряжения вдоль обмотки трансформатора в начальной стадии переходного процесса?
Для выравнивания начального распределения напряжения в трансформаторах выполняют специальную внутреннюю защиту. Одним из способов такой защиты является установка емкостного экрана, электрически соединенного с началом обмотки трансформатора.
Экран создает емкости С2 между витками или катушками обмотки и ее началом – линейным электродом. Ток, подтекающий по емкостям С2, создаваемый экраном, компенсирует оттекающие через С1 токи.
Для получения равномерного распределения напряжения необходимо, чтобы ток i2i, подтекающий к узлу со стороны экрана, был равен току i1i, оттекающему на землю:
Решая эту систему уравнений, получим, что емкости должны выбираться по закону:
Можно достичь более равномерного распределения напряжения за счет увеличения продольной емкости К. Продольные токи при возрастают и влияние оттекающих через емкости С1 токов уменьшается. Увеличение продольных емкостей К в начале обмотки осуществляется за счет применения незамкнутого емкостного кольца в начале обмотки или специальных типов обмоток, например, петлевых обмоток.
Как найти максимальные потенциалы вдоль обмотки, имея начальное и установившееся распределение напряжения?
Колебания происходят вокруг установившегося режима, то в обмотке в переходном режиме могут быть достигнуты максимальные потенциалы, равные:
где – свободная составляющая колебаний, определяемая как сумма ординат всех гармоник в данной точке обмотки.
Максимальные потенциалы вдоль обмотки описываются огибающей максимальных потенциалов и величина их зависит от режима нейтрали.
При заземленной нейтрали трансформатора наибольший потенциал не превышает (1,2 – 1,3) Uп и приходится на начальные витки обмотки.
При изолированной нейтрали трансформатора наибольшее напряжение в переходном режиме появляется на конце обмотки и приближается к 2Uп.