Túlfeszültség a transzformátor tekercseiben

A transzformátor szigetelésének méretezése és kialakítása nem lehetséges a transzformátor szigetelésének különböző szakaszaira ható feszültségek meghatározása nélkül az üzemelés és a transzformátor megbízható működését biztosító tesztelés során.

Ebben az esetben gyakran a transzformátor szigetelésére ható feszültségek a meghatározóak, amikor villámhullámok érik a bemenetét. Ezek a feszültségek, más néven impulzusfeszültségek szinte minden esetben meghatározzák a hosszanti tekercsszigetelés megválasztását és sok esetben a fő tekercsszigetelést, a kapcsolókészülék szigetelését stb.

A számítógépes technológiák alkalmazása a túlfeszültségek meghatározásában lehetővé teszi, hogy a tekercsekben zajló impulzusfolyamatok minőségi figyelembevételétől elmozduljunk a túlfeszültségek közvetlen számításaiig, és eredményeinek bevezetése a tervezési gyakorlatba.

A túlfeszültség kiszámításához a transzformátor tekercseit egy ekvivalens áramkör képviseli, amely a tekercs elemei közötti induktív és kapacitív kapcsolatokat reprodukálja (1. ábra).Minden egyenértékű áramkör figyelembe veszi a menetek közötti és a tekercsek közötti kapacitást.

1. ábra A transzformátor egyenértékű áramköre: UOV – beeső hullám a nagyfeszültségű tekercsben, UOH – beeső hullám a kisfeszültségű tekercsben, SV és CH – a nagy- és kisfeszültségű tekercsek menetei közötti kapacitások, SVN – közötti kapacitás magas és alacsony feszültségű tekercsek.

Hullámfolyamatok transzformátorokban

A transzformátort induktív elemnek tekintjük, figyelembe véve az interturn kapacitást, a képernyő és az induktivitás közötti, valamint az induktivitás és a föld közötti kapacitásokat (2a. ábra).

A túlfeszültség kiszámításához a következő képleteket kell használni:

ahol: t a hullám transzformátorhoz érkezése utáni idő, T a túlfeszültség időállandója, ZEKV az egyenértékű áramköri ellenállás, Z2 a vonali ellenállás, Uo a túlfeszültség a kezdeti időpontban

2. ábra Feszültséghullám terjedése földelt nullaponttal rendelkező transzformátor tekercselése mentén: a) vázlatos diagram, b) a feszültséghullám függése a tekercs hosszától egyfázisú, földelt kivezetésű transzformátor esetén: Uo — feszültségesési hullám, ∆Ce — a tekercs és a képernyő közötti kapacitás, ∆Ck — a menetek közötti belső kapacitás, ∆С3 — a tekercs és a föld közötti kapacitás, ∆Lк — a tekercsrétegek induktivitása.

Mivel az ekvivalens áramkörben induktivitás és kapacitás is van, oszcilláló LC áramkör lép fel (a feszültségingadozások a 2b. ábrán láthatók).

A rezgések amplitúdója a beeső hullám amplitúdójának 1,3 — 1,4-e, azaz.Uпep = (1,3-1,4) Uo, és a legnagyobb értékű túlfeszültség a tekercselés első harmadának végén jelentkezik, ezért a transzformátor felépítésében a tekercs 1/3-a megerősített szigeteléssel rendelkezik a többihez képest .

A túlfeszültség elkerülése érdekében a kondenzátorok földhöz viszonyított töltőáramát kompenzálni kell. Ebből a célból egy további képernyőt (pajzsot) kell beépíteni az áramkörbe. A képernyő használatakor a tekercsek kapacitása a képernyőhöz egyenlő lesz a földelési fordulatok kapacitásával, azaz. ∆CE = ∆C3.

Az árnyékolás UH = 110 kV és magasabb feszültségosztályú transzformátorokban történik. Az árnyékolást általában a transzformátorház közelében szerelik fel.

Egyfázisú transzformátorok leválasztott nullával

A leválasztott nulla jelenléte azt jelenti, hogy a föld és a tekercs között Co kapacitás van, azaz a kapacitást hozzáadják a földelő transzformátor egyenértékű áramköréhez, de az árnyékolást eltávolítják (3a. ábra).

3. ábra Feszültséghullám terjedése leválasztott nullával rendelkező transzformátor tekercselése mentén: a) egy ekvivalens transzformátor sematikus diagramja, b) a beeső hullámfeszültség függése a tekercs hosszától.

Ezzel az egyenértékű áramkörrel oszcilláló áramkör is kialakításra kerül. Azonban a Co kapacitás miatt van egy oszcilláló LC áramkör, az induktivitás és a kapacitás soros bekötésével. Ebben az esetben jelentős Co kapacitás mellett a legmagasabb feszültség a tekercs végén jelenik meg (a túlfeszültség elérheti a 2Uo-t is). A tekercsben bekövetkező feszültségváltozás természetét a 3b. ábra mutatja.

A leválasztott nullával rendelkező transzformátor tekercsében a túlfeszültség-oszcilláció amplitúdójának csökkentése érdekében csökkenteni kell a C kimenet földhöz viszonyított kapacitását, vagy növelni kell a tekercsek önkapacitását. Általában az utóbbi módszert alkalmazzák. A nagyfeszültségű tekercs tekercsei közötti ∆Ck önkapacitás növelése érdekében speciális kondenzátorlemezeket (gyűrűket) tartalmaznak az áramkörben.

Hullámfolyamatok háromfázisú transzformátorokban

A háromfázisú transzformátorokban a beeső hullám tekercs mentén történő terjedésének jellegét és a túlfeszültségek nagyságát a következők befolyásolják:

a) tekercs csatlakozási rajz,

b) azoknak a fázisoknak a száma, amelyekhez a hullámhullám érkezik.

Háromfázisú transzformátor nagyfeszültségű tekercseléssel, csillag csatlakoztatva szilárd földelt nullával

Hagyja, hogy a beeső túlfeszültség a transzformátor egyik fázisába kerüljön (4. ábra).

A túlfeszültség hullámok terjedésének folyamatai a tekercsek mentén ebben az esetben hasonlóak lesznek a földelt nullával rendelkező egyfázisú transzformátor folyamataihoz (mindegyik fázisban a legmagasabb feszültség a tekercs 1/3-ában lesz), míg nem attól függnek, hogy hány fázis éri el a túlfeszültséget. Ezek. a túlfeszültség értéke a tekercs ezen részén egyenlő Upep = (1,3-1,4) Uo

4. ábra Nagyfeszültségű tekercses háromfázisú transzformátor egyenértékű áramköre semleges földelt hálózatú csillaghoz csatlakoztatva. A túlfeszültség egy fázisban érkezik.

Háromfázisú csillagcsatlakozású nagyfeszültségű transzformátor leválasztott nullával

Hagyja, hogy a túlfeszültség egy fázisban jöjjön.A transzformátor egyenértékű áramköre, valamint a beeső hullám terjedése a transzformátor tekercsében az 5. ábrán látható.

5. ábra Háromfázisú transzformátor ekvivalens áramköre csillagra kapcsolt nagyfeszültségű tekercseléssel (a) és U = f (x) függőséggel arra az esetre, amikor a hullám egy fázisba érkezik (b).

Ebben az esetben két különálló oszcillációs zóna jelenik meg. Az A fázisban egy rezgési tartomány és azok előfordulásának feltételei, a B és C fázisban pedig egy másik rezgési hurok lesz, az oszcillációs tartomány is eltérő lesz mindkét esetben. A legnagyobb túlfeszültség a beeső túlfeszültséget fogadó tekercsen lesz. A nulla pontban 2/3 Uo-ig terjedő túlfeszültség lehetséges (normál üzemmódban ebben a pillanatban U = 0, ezért számára az Uoperation üzemi feszültséghez viszonyított túlfeszültségek a legveszélyesebbek, mivel U0 >> Uüzem).

Hagyja, hogy a túlfeszültség áthaladjon két A és B fázison. A transzformátor egyenértékű áramköre, valamint a beeső hullám terjedése a transzformátor tekercsében a 6. ábrán látható.

6. ábra Háromfázisú transzformátor egyenértékű áramköre csillagkapcsolt nagyfeszültségű tekercseléssel (a) és U = f (x) függéssel arra az esetre, ha a hullám két fázisban jön.

Azon fázisok tekercseiben, amelyekhez a hullám jön, a feszültség (1,3 - 1,4) Uo lesz. A semleges feszültség 4/3 Uo. A túlfeszültség elleni védelem érdekében ebben az esetben egy levezetőt kell csatlakoztatni a transzformátor nullapontjához.

Legyen a túlfeszültség három fázisban A transzformátor egyenértékű áramköre, valamint a beeső hullám terjedése a transzformátor tekercsében a 7. ábrán látható.

7. ábra.Háromfázisú transzformátor egyenértékű áramköre csillagra kapcsolt nagyfeszültségű tekercseléssel (a) és U = f (x) függéssel arra az esetre, ha a hullám három fázisban jön.

A túlfeszültségesés hullámának terjedési folyamatai a háromfázisú transzformátorok mindegyik fázisában hasonlóak az egyfázisú transzformátor szigetelt kimenetű folyamataihoz. A legmagasabb feszültség ebben az üzemmódban semleges és 2U0 lesz. A transzformátor túlfeszültségének ez az esete a legsúlyosabb.

Háromfázisú nagyfeszültségű delta tekercses transzformátor

Hagyja, hogy a túlfeszültség áthaladjon egy háromfázisú nagyfeszültségű transzformátor egyik A fázisán deltában, a másik két fázis (B és C) földeltnek tekinthető (8. ábra).

8. ábra Háromfázisú transzformátor ekvivalens áramköre delta (a) nagyfeszültségű tekercseléssel és U = f (x) függőséggel arra az esetre, amikor a hullám egy fázisban érkezik.

Az AC és BC tekercsek túlfeszültségnek lesznek kitéve (1,3 - 1,4) Uo. Ezek a túlfeszültségek nem veszélyesek a transzformátor működésére.

Legyen a túlfeszültségi hullám két fázisban (A és B), a magyarázó grafikonok a 9. ábrán láthatók. Ebben az üzemmódban a túlfeszültség hullámok terjedése az AB és BC tekercsekben hasonló lesz a megfelelő tekercsekben zajló folyamatokhoz. háromfázisú földelt transzformátor terminál. Ezek. ezekben a tekercsekben a túlfeszültség értéke (1,3 — 1,4) Uo lesz, az AC tekercsben pedig eléri az (1,8 — 1,9) Uo értéket.

9. ábra Függőség U = f (x) arra az esetre, amikor a túlfeszültségi hullám egy háromfázisú transzformátor két fázisán halad át, nagyfeszültségű tekercselés deltában.

Hagyja, hogy a túlfeszültség áthaladjon a háromfázisú transzformátor mindhárom fázisán, nagyfeszültségű, delta-csatlakozású tekercseléssel.

Ebben az üzemmódban minden fázis tekercselése túlfeszültségnek van kitéve (1,8 - 1,9) Uo. Ha két vagy három vezetéken egyidejűleg túlfeszültség érkezik, akkor a tekercs közepén, amelyre mindkét oldalról érkeznek a hullámok, a transzformátor működésére veszélyes amplitúdójú feszültségingadozások léphetnek fel.

Transzformátor túlfeszültség-védelem

A tekercsek főszigetelésének legveszélyesebb túlfeszültségei akkor fordulhatnak elő, ha a hullámok három vezetéken keresztül egyidejűleg érkeznek a transzformátorhoz egy delta csatlakozással (a tekercs közepén) vagy egy csillaggal, amelyen van egy izolált nulla (majdnem nulla). . Ebben az esetben a keletkező túlfeszültségek amplitúdója megközelíti a kimeneti feszültség kétszeresét vagy a bemeneti hullám amplitúdójának négyszeresét. Veszélyes kanyarodó szigetelési túlfeszültségek minden esetben előfordulhatnak, amikor meredek frontú hullám érkezik a transzformátorhoz, függetlenül a transzformátor tekercseinek bekötési sémájától.

Így minden transzformátornál túlfeszültségek és azok tekercsek mentén való eloszlása ​​esetén a nagyságuk becsléséhez figyelembe kell venni a transzformátorok egyenértékű áramköreiben lévő kapacitásokat (és nem csak az induktivitást). A kapott túlfeszültség értékek pontossága nagymértékben függ a kapacitásmérés pontosságától.

A transzformátorok tervezésénél a túlfeszültségek elkerülése érdekében a következőket kell biztosítani:

• egy kiegészítő képernyő, amely elosztja a töltőáramot, így a túlfeszültségek csökkennek.Ezenkívül a képernyő csökkenti a térerőt a transzformátor tekercsének bizonyos pontjain,

• a tekercsek szigetelésének megerősítése annak egyes részein (a transzformátor tekercseinek konstruktív cseréje),

• levezetők felszerelése a transzformátor elé és utána - külső és belső túlfeszültségek ellen, valamint levezető a transzformátor nullapontjában.