Распределение напряжения вдоль обмоток трансформатора

Волновые процессы в воздушных и кабельных линиях Лекция 12 Распределение напряжения вдоль обмоток трансформатора 1 Распределение напряжения вдоль обмоток трехфазного трансформатора Распределение напряжения вдоль обмоток силового трансформатора при импульсных перенапряжениях зависит от схемы соединения обмоток, режима работы нейтрали и количества «пораженных» фаз. 2 Распределение напряжения вдоль обмоток трехфазного трансформатора Обмотки трансформатора с высокой стороны для импульсного воздействия нагружены на воздушную ЛЭП или на кабель. Волновое сопротивление воздушной линии в зависимости от конструкции и класса напряжения составляет ZЛ = 250…500 Ом. Волновое сопротивление кабеля ZК = 50…100 или 100…150 Ом. Волновое сопротивление обмоток трансформатора ZТ = 10 000 Ом, т. е. трансформатор нагружен на малое сопротивление по сравнению с собственным. 3 Распределение напряжения вдоль обмоток трехфазного трансформатора Эквивалентные схемы замещения для анализа перенапряжений в обмотках трансформаторов: а – "звезда" с заземленной нейтралью; б – "звезда" с изолированной нейтралью; в, г – схема замещения для "звезды" с изолированной нейтралью 4 Звезда с заземленной нейтралью Волна перенапряжения, приходя по одной фазе А. Распределение напряжения вдоль обмотки такое же, как в случае однообмоточного трансформатора с заземленной нейтралью. 5 Звезда с изолированной нейтралью Общий метод расчета переходного процесса остается прежним: определяются кривые первоначального и установившегося распределения потенциалов, по обмоткам и по разности этих кривых вычисляются составляющие переходного режима. Возможны два случая: падение волны на одну фазу (рис. б) и падение волны на две фазы одновременно. В первом случае волна падает на фазу А, две другие фазы заземлены. 6 Звезда с изолированной нейтралью Волна падает на фазу А, две другие фазы заземлены. 7 Распределение напряжения по высоковольтным обмоткам трехфазного трансформатора при падении волны по фазе А: Uн – начальное распределение падающего напряжения вдоль обмоток; Uпр – принужденное распределение напряжения; Uмакс – огибающая переходного напряжения 8 Звезда с изолированной нейтралью Установившееся распределение Uпр имеет перелом в точке соединения обмоток (нейтраль), поскольку индуктивное сопротивление двух параллельно соединенных обмоток В и С вдвое меньше сопротивления обмотки А. Потенциал нейтрали в переходном режиме Uмакс не превосходит 2/3Uпад. 9 Звезда с изолированной нейтралью Волна падает по фазам А и В. Фаза С заземлена. 10 Звезда с изолированной нейтралью Распределение напряжения по высоковольтным обмоткам трехфазного трансформатора при падении волны по двум фазам А и В. Потенциал нейтрали может превышать Uпад в переходном режиме. Возникает опасность перенапряжения для главной изоляции в области нейтрали. 11 Звезда с изолированной нейтралью При падении волн по трем фазам на три обмотки трансформатора режимы распределения напряжения по обмоткам такие же, как для однообмоточного трансформатора с изолированной нейтралью. 12 Соединение обмоток треугольником При падении волны на обмотку по фазе А можно считать, что при этом фазы С и В заземлены. В этом случае процесс в обмотке АС такой же, как в обмотке АВ, т. е. как для однофазного трансформатора с заземленной нейтралью 13 Соединение обмоток треугольником Падение волн по двум фазам – А и В – приводит к тому, что в обмотках АС и ВС распределение падения напряжения во всех режимах одинаково и соответствует режиму однофазного трансформатора с заземленной нейтралью. Распределение напряжения в обмотке АВ можно определить методом наложения 14 Соединение обмоток треугольником  Определим напряжение в обмотке АВ при падении волны только по фазе А. Точка В может считаться заземленной. Процесс распределения напряжения будет, как для однофазного трансформатора с заземленной нейтралью.  Определим напряжение в обмотке ВА при падении волны по фазе В. Точку А можно считать заземленной. Распределение такое же, как и в предыдущем случае. 15 Соединение обмоток треугольником Суммируя начальные Uн и установившиеся (принужденные) Uпр распределения напряжения, строим кривые начального и установившегося распределений в обмотке АВ при падении на нее двух волн. По найденным значениям Uн и Uпр определяем кривую максимальных перенапряжений Umax. 16 Соединение обмоток треугольником Максимальные напряжения, достигающие 2Uпад, возникают в середине обмотки. При падении волн по трем фазам процессы в каждой фазе будут аналогичны вышерассмотренным для фазы АВ. 17 Распределение напряжения вдоль обмоток трехфазного трансформатора Для защиты обмоток трансформаторов от пробоя используются различные способы введения в конструкцию обмоток специальных устройств, которые существенно снижают перенапряжения, воздействующие как на главную изоляцию, так и на продольную, например экранирующие кольца, петлевые обмотки, слоевые обмотки, экраны. 18 Передача волн перенапряжения из одной обмотки в другую 19 Передача волн перенапряжения из одной обмотки в другую При падении электромагнитной волны на одну из обмоток трансформатора электромагнитные процессы в ней возбуждают перенапряжения в другой обмотке.  Емкостная передача потенциала  Электромагнитная передача 20 Передача волн перенапряжения из одной обмотки в другую Емкость на землю обмотки высокого напряжения много меньше, чем емкость на землю обмотки низкого напряжения, т. е. C11 << C22 21 Передача волн перенапряжения из одной обмотки в другую Эквивалентная схема замещения позволяет оценить напряжение на вторичной обмотке в зависимости от напряжения волны, пришедшей на первичную обмотку: 22 Передача волн перенапряжения из одной обмотки в другую При емкостной передаче электромагнитной волны между обмотками трансформатора коэффициент трансформации не играет роли и передача зависит от отношения С22/С12. Значительные потенциалы могут быть на обмотке 2 (НН), только когда С22 мало. 23 Передача волн перенапряжения из одной обмотки в другую Падение волны на обмотку НН представлено на рисунке. 24 Передача волн перенапряжения из одной обмотки в другую В этом случае возможны два варианта: а) если фазы ВН присоединены к ВЛ, то рост потенциала будет незначителен б) если фазы АВС отсоединены от ВЛ, то Это опасный режим и для внутренней, и для внешней изоляции трансформатора. Нужна установка защитных аппаратов от перенапряжений на выводах трансформатора 25 Передача волн перенапряжения из одной обмотки в другую 26 27