Prenapon u namotima transformatora

Odabir dimenzioniranja i dizajna izolacije transformatora nemoguć je bez određivanja naprezanja koja djeluju na različite dijelove izolacije transformatora tijekom rada i ispitivanja osmišljenog da osiguraju pouzdan rad transformatora.

U ovom slučaju često su presudni naponi koji djeluju na izolaciju transformatora kada udarni udar munje pogodi njegov ulaz. Ti naponi, koji se također nazivaju impulsni naponi, u gotovo svim slučajevima određuju izbor uzdužne izolacije namota i u mnogim slučajevima izolacije glavnog namota, izolacije sklopnih uređaja itd.

Korištenje računalnih tehnologija u određivanju prenapona omogućuje prijelaz s kvalitativnog razmatranja impulsnih procesa u namotima na izravne proračune prenapona i uvođenje njihovih rezultata u praksu projektiranja.

Za izračun prenapona, namoti transformatora prikazani su ekvivalentnim krugom koji reproducira induktivne i kapacitivne veze između elemenata namota (slika 1).Svi ekvivalentni sklopovi uzimaju u obzir kapacitet između zavoja i između namota.

Slika 1. Ekvivalentni krug transformatora: UOV — upadni val u visokonaponskom namotu, UOH — upadni val u niskonaponskom namotu, SV i CH — kapacitet između zavoja namota visokog i niskog napona, SVN — kapacitet između namota s visokim i niskim naponom.

Valni procesi u transformatorima

Transformator ćemo smatrati induktivnim elementom, uzimajući u obzir međuzavojni kapacitet, kapacitete između zaslona i induktiviteta te između induktiviteta i mase (slika 2a).

Za izračunavanje prenapona koriste se sljedeće formule:

gdje je: t vrijeme nakon dolaska vala na transformator, T vremenska konstanta prenapona, ZEKV otpor ekvivalentnog kruga, Z2 otpor linije, Uo prenapon u početnom trenutku

Slika 2. Širenje naponskog vala duž namota transformatora s uzemljenom nultom: a) shematski dijagram, b) ovisnost naponskog vala o duljini namota za jednofazni transformator s uzemljenom stezaljkom: Uo — val pada napona, ∆Ce — kapacitet između zavojnice i zaslona, ​​∆Ck — svojstveni kapacitet između zavoja, ∆S3 — kapacitet između zavojnice i mase, ∆Lk — induktivitet slojeva zavojnice.

Budući da u ekvivalentnom krugu postoji i induktivitet i kapacitet, dolazi do oscilirajućeg LC kruga (fluktuacije napona prikazane su na slici 2b).

Amplituda oscilacija je 1,3 — 1,4 amplitude upadnog vala, t j .Upep = (1,3-1,4) Uo, a najveća vrijednost prenapona dogodit će se na kraju prve trećine namota, stoga u konstrukciji transformatora 1/3 namota ima pojačanu izolaciju u odnosu na ostatak .

Kako bi se izbjegao prenapon, struja punjenja kondenzatora u odnosu na masu mora biti kompenzirana. U tu svrhu u krug je ugrađen dodatni zaslon (štit). Kada koristite zaslon, kapaciteti namota prema ekranu bit će jednaki kapacitetu zavoja prema zemlji, tj. ∆CE = ∆C3.

Zakriljenje se izvodi u transformatorima naponske klase UH = 110 kV i više. Štit se obično postavlja u blizini kućišta transformatora.

Jednofazni transformatori s izoliranom nultom

Prisutnost izolirane nule znači da postoji kapacitivnost Co između zemlje i namota, tj. kapacitivnost se dodaje ekvivalentnom krugu transformatora terminala uzemljenja, ali je ekran uklonjen (Slika 3a).

Slika 3. Širenje naponskog vala po namotu transformatora s izoliranom nultom: a) principijelna shema ekvivalentnog transformatora, b) ovisnost napona upadnog vala o duljini namota.

Ovim nadomjesnim krugom formira se i titrajni krug. Međutim, zbog kapaciteta Co postoji titrajni LC krug sa serijskim spojem induktiviteta i kapaciteta. U ovom slučaju, sa značajnim kapacitetom Co, najveći napon će se pojaviti na kraju namota (prenapon može doseći vrijednosti do 2Uo). Priroda promjene napona na zavojnici prikazana je na slici 3b.

Da bi se smanjila amplituda prenaponskih oscilacija u namotu transformatora s izoliranom nultom, potrebno je smanjiti kapacitet izlaza C u odnosu na uzemljenje ili povećati vlastiti kapacitet zavojnica. Obično se koristi potonja metoda. Kako bi se povećao vlastiti kapacitet ∆Ck između zavojnica visokonaponskog namota, u strujni krug su uključene posebne ploče (prstenovi) kondenzatora.

Valni procesi u trofaznim transformatorima

U trofaznim transformatorima na prirodu procesa širenja upadnog vala duž namota i veličinu prenapona utječu:

a) dijagram spajanja svitka,

b) broj faza do kojih dolazi udarni val.

Trofazni transformator s visokonaponskim namotom, zvijezdom spojenim s čvrsto uzemljenom nultom

Neka upadni udarni val dođe u jednu fazu transformatora (slika 4).

Procesi širenja prenaponskih valova po namotima u ovom će slučaju biti slični procesima u jednofaznom transformatoru s uzemljenom nultom (u svakoj od faza najveći napon bit će u 1/3 namota), dok ne ovise o tome koliko faza doseže udarni val. ove. vrijednost prenapona u ovom dijelu zavojnice jednaka je Upep = (1,3-1,4) Uo

Slika 4. Nadomjesna shema trofaznog transformatora s visokonaponskim namotom spojenim u zvijezdu s neutralno uzemljenom mrežom. Prenaponski val dolazi u jednoj fazi.

Trofazni visokonaponski transformator spojen u zvijezdu s izoliranom nultom

Neka udarni val dođe u jednoj fazi.Ekvivalentni krug transformatora, kao i širenje upadnog vala u namotu transformatora, prikazan je na slici 5.

Slika 5. Nadomjesna shema trofaznog transformatora s visokonaponskim namotom spojenim u zvijezdu (a) i ovisnost U = f (x) za slučaj kada val dolazi u jednoj fazi (b).

U tom slučaju pojavljuju se dvije odvojene zone oscilacija. U fazi A bit će jedan raspon oscilacija i uvjeti pod kojima se one javljaju, au fazama B i C bit će druga petlja oscilacija, raspon oscilacija će također biti različit u oba slučaja. Najveći prenapon bit će na namotu koji prima upadni udarni val. U nultočki su mogući prenaponi do 2/3 Uo (u normalnom načinu rada u ovom trenutku U = 0, dakle, za nju su najopasniji prenaponi u odnosu na radni napon Urad, budući da je U0 >> Urad).

Neka udarni val prođe kroz dvije faze A i B. Ekvivalentni krug transformatora kao i širenje upadnog vala u namotu transformatora prikazani su na slici 6.

Slika 6. Nadomjesna shema trofaznog transformatora s visokonaponskim namotom spojenim u zvijezdu (a) i ovisnost U = f (x) za slučaj kada val dolazi u dvije faze.

U namotima faza do kojih dolazi val napon će biti (1,3 — 1,4) Uo. Neutralni napon je 4/3 Uo. Za zaštitu od prenapona u ovom slučaju, odvodnik je spojen na nultu transformatora.

Neka udarni val dolazi u tri faze.Ekvivalentni krug transformatora kao i širenje upadnog vala u namotu transformatora prikazan je na slici 7.

Slika 7.Nadomjesna shema trofaznog transformatora s visokonaponskim namotom spojenim u zvijezdu (a) i ovisnost U = f (x) za slučaj kada val dolazi u tri faze.

Procesi širenja vala pada prenapona u svakoj od faza trofaznog transformatora bit će slični procesima u jednofaznom transformatoru s izoliranim izlazom. Najviši napon u ovom načinu rada bit će u neutralnom položaju i bit će 2U0. Ovaj slučaj prenapona transformatora je najteži.

Trofazni visokonaponski trokutasti transformator

Neka udarni val prolazi kroz jednu fazu A trofaznog visokonaponskog transformatora spojenog u trokut, ostale dvije faze (B i C) smatraju se uzemljenima (slika 8).

Slika 8. Nadomjesna shema trofaznog transformatora s visokonaponskim namotom spojenim u trokut (a) i ovisnost U = f (x) za slučaj kada val dolazi u jednoj fazi.

Namoti AC i BC bit će izloženi prenaponu (1,3 — 1,4) Uo. Ti prenaponi nisu opasni za rad transformatora.

Neka prenaponski val dolazi u dvije faze (A i B), objašnjeni grafikoni prikazani su na slici 9. U ovom načinu, širenje prenaponskih valova u namotima AB i BC bit će slično procesima u odgovarajućim namotima a trofazni uzemljeni transformatorski terminal. ove. u tim namotima vrijednost prenapona bit će (1,3 — 1,4) Uo a u namotu izmjenične struje dostići će vrijednost (1,8 — 1,9) Uo.

Slika 9. Ovisnost U = f (x) za slučaj kada val prenapona prolazi kroz dvije faze trofaznog transformatora s visokonaponskim namotom spojenim u trokut.

Neka udarni valovi prolaze kroz sve tri faze trofaznog transformatora s visokonaponskim namotom spojenim u trokut.

Namoti svih faza u ovom načinu rada bit će izloženi prenaponu (1,8 — 1,9) Uo. Ako udarni val dolazi istodobno kroz dvije ili tri žice, tada se u sredini namota, na koji valovi dolaze s obje strane, mogu pojaviti fluktuacije napona s amplitudom koja je opasna za rad transformatora.

Zaštita transformatora od prenapona

Najopasniji prenaponi glavne izolacije namota mogu se pojaviti u slučaju istodobnog dolaska valova kroz tri žice do transformatora s trokutnim spojem (u sredini namota) ili zvijezdom s izoliranom neutralnom (skoro neutralnom) transformatorom. . U tom slučaju, amplitude rezultirajućih prenapona približavaju se dvostrukom naponu izlaza ili četiri puta amplitudi ulaznog vala. Opasni izolacijski prenaponi od zavoja do zavoja mogu nastati u svim slučajevima kada na transformator dolazi val sa strmom frontom, neovisno o shemi spajanja namota transformatora.

Dakle, za sve transformatore u slučaju prenapona i njihovog rasporeda po namotima, za procjenu njihove veličine, potrebno je uzeti u obzir kapacitete u nadomjesnim krugovima transformatora (a ne samo induktivitet). Točnost dobivenih vrijednosti prenapona uvelike ovisi o točnosti mjerenja kapacitivnosti.

Kako bi se izbjegli prenaponi u dizajnu transformatora, predviđeno je:

• dodatni zaslon koji distribuira struju punjenja, stoga se smanjuju prenaponi.Također, zaslon smanjuje jakost polja na određenim točkama na namotu transformatora,

• pojačanje izolacije namota u pojedinim njegovim dijelovima (konstruktivna zamjena namota transformatora),

• ugradnja odvodnika ispred transformatora i iza njega - protiv vanjskih i unutarnjih prenapona, kao i odvodnika u nulti transformatora.