Волновые процессы в обмотках трансформаторов

Волновые процессы в воздушных и кабельных линиях Лекция 11 1 Волновые процессы в обмотках трансформаторов Волны грозового (и коммутационного) характера, набегающие по линии электропередачи на подстанцию, приводят к возникновению импульсных напряжений, воздействующих на обмотку трансформатора (двигателя, генератора и др.). 2 Волновые процессы в обмотках трансформаторов В трансформаторе под действием импульса напряжения возникают перенапряжения как между витками катушек (продольная изоляция), так и между катушками и заземленными частями (главная изоляция). Схема замещения обмотки трансформатора, даже без учета активного сопротивления и проводимости, значительно сложнее схемы замещения линии. 3 Конструктивная схема однофазной катушечной обмотки (а) и электрическая схема замещения (б) высоковольтного трансформатора: ZН – сопротивление нейтрали трансформатора 4 Волновые процессы в обмотках трансформаторов Провод обмотки навивается вокруг магнитопровода. Появляются два дополнительных параметра схемы замещения: емкость между соседними витками или катушками (продольная емкость К) и взаимная индуктивность М(х) каждого витка со всеми остальными витками обмотки. 5 Волновые процессы в обмотках трансформаторов Величины L, C, K – средние значения индуктивности, емкости относительно заземленных элементов и соседних обмоток и продольной емкости на единицу длины обмотки. 6 Волновые процессы в обмотках трансформаторов Электромагнитный переходный процесс в трансформаторе зависит от :  схемы соединения обмоток;  режима нейтрали;  конструкции обмоток;  падения волны по одной, двум, трем фазам ЛЭП. 7 Волновые процессы в обмотках трансформаторов Весь процесс воздействия волны можно представить состоящим из трех стадий: а) начальный процесс (действует фронт волны) t = 0; б) установившийся режим (переходные процессы закончились) t = ∞; в) переходный процесс (свободные колебания) 0 < t < ∞. 8 Начальное распределение напряжения вдоль обмотки В начальный момент (t = 0), когда воздействует фронт волны напряжения, индуктивность обмотки не пропускает ток. Следовательно, ток будет протекать только по емкостям С и К и схема замещения примет вид: 9 Начальное распределение напряжения вдоль обмотки Для этой начальной стадии распределение напряжения вдоль обмотки трансформатора можно записать в виде 10 Начальное распределение напряжения вдоль обмотки На значительной части обмотки распределение напряжения будет одинаково как для режима заземленной нейтрали Zн = 0 , так и с изолированной нейтралью Zн = ∞ 11 Начальное распределение напряжения вдоль обмотки В начальном режиме основное падение напряжения прикладывается к началу обмотки из-за крайне неравномерного распределения напряжения. В связи с этим изоляция первых витков или катушек делается усиленной. 12 Установившийся режим  Для импульсной волны напряжения этот режим соответствует длительному времени приложения напряжения t=∞.  Через обмотку протекает "сквозной" принужденный ток iпр.  Емкостные токи равны нулю, т. к. емкости уже зарядились. 13 Установившийся режим Схема замещения элементами представлена 14 только индуктивными Установившийся режим Поскольку обмотка однородна, распределение напряжения по катушкам (виткам) будет равномерным, но оно зависит от режима нейтрали. При заземленной нейтрали принужденное напряжение Uпр равномерно спадает до нуля. 15 Установившийся режим Uн – начальное распределение падающего напряжения вдоль обмоток; Uпр – принужденное распределение напряжения; Uмакс – огибающая переходного напряжения. 16 Установившийся режим Поскольку обмотка однородна, распределение напряжения по катушкам (виткам) будет равномерным, но оно зависит от режима нейтрали. При заземленной нейтрали принужденное напряжение Uпр равномерно спадает до нуля. 17 Установившийся режим Для изолированной нейтрали ток через обмотку не протекает: iпр = 0. Следовательно, Uпр в начале и в конце обмотки одинаково Uпр = Uпад. 18 Переходный процесс Несоответствие между начальным и установившимся режимами в обмотке трансформатора приводит к возникновению переходного процесса, где осью колебаний являются прямые установившегося режима. 19 Переходный процесс Каждая ячейка (L, C, K) представляет колебательный контур с собственной частотой колебаний от w1 до w¥. При этом в обмотке могут быть достигнуты максимальные потенциалы больше Uпад: где Uk(х) – свободная составляющая колебаний. 20 Переходный процесс Величина Umax зависит от режима нейтрали. При заземленной нейтрали Umax ≤ (1,2…1,3)Uпад и приходится на начальные витки обмотки. При изолированной нейтрали в переходном режиме Umax ≤ 2Uпад и приходится на конец обмотки. 21 Переходный процесс Перенапряжения в переходном режиме опасны для главной изоляции.  для заземленной нейтрали в начальной части обмотки (1/3 от начала обмотки);  для изолированной нейтрали усиление необходимо производить по всей длине, но особенно в конце обмотки. 22 23