Overvoltage sa mga windings ng transpormer

Ang pagpili ng sukat at disenyo ng pagkakabukod ng transpormer ay imposible nang hindi tinutukoy ang mga stress na kumikilos sa iba't ibang mga seksyon ng pagkakabukod ng transpormer sa panahon ng operasyon at pagsubok na idinisenyo upang matiyak ang maaasahang operasyon ng transpormer.

Sa kasong ito, ang mga boltahe na kumikilos sa pagkakabukod ng transpormer kapag ang mga alon ng pag-agos ng kidlat ay tumama sa input nito ay madalas na mapagpasyahan. Ang mga boltahe na ito, na tinatawag ding mga boltahe ng impulse, sa halos lahat ng mga kaso ay tinutukoy ang pagpili ng paayon na paikot-ikot na pagkakabukod at sa maraming mga kaso ang pangunahing paikot-ikot na pagkakabukod, paglipat ng pagkakabukod ng aparato, atbp.

Ang paggamit ng mga teknolohiya ng computer sa pagpapasiya ng mga overvoltage ay nagbibigay-daan sa paglipat mula sa isang husay na pagsasaalang-alang ng mga proseso ng salpok sa mga paikot-ikot sa direktang mga kalkulasyon ng mga overvoltage at ang pagpapakilala ng kanilang mga resulta sa kasanayan sa disenyo.

Upang kalkulahin ang overvoltage, ang mga windings ng transpormer ay kinakatawan ng isang katumbas na circuit na nagpaparami ng inductive at capacitive na koneksyon sa pagitan ng mga elemento ng winding (Figure 1).Isinasaalang-alang ng lahat ng mga katumbas na circuit ang kapasidad sa pagitan ng mga pagliko at sa pagitan ng mga paikot-ikot.

Figure 1. Katumbas na circuit ng transformer: UOV — incident wave sa high voltage winding, UOH — incident wave sa low voltage winding, SV at CH — capacitances sa pagitan ng mga liko ng mataas at mababang boltahe windings ayon sa pagkakabanggit, SVN — capacitance between windings na may mataas at mababang boltahe.

Mga proseso ng alon sa mga transformer

Ang transpormer ay isasaalang-alang bilang isang inductive na elemento, na isinasaalang-alang ang interturn capacitance, ang capacitances sa pagitan ng screen at inductance, at sa pagitan ng inductance at ground (Figure 2a).

Ang mga sumusunod na formula ay ginagamit upang kalkulahin ang overvoltage:

kung saan: t ay ang oras pagkatapos ng pagdating ng wave sa transpormer, T ay ang overvoltage time constant, ZEKV ay ang katumbas na circuit resistance, Z2 ay ang line resistance, Uo ay ang overvoltage sa unang oras

Figure 2. Pagpapalaganap ng boltahe wave sa kahabaan ng winding ng isang transpormer na may grounded neutral: a) schematic diagram, b) dependence ng boltahe wave sa haba ng winding para sa isang single-phase transformer na may grounded terminal: Uo — drop boltahe wave, ∆Ce — capacitance sa pagitan ng coil at ng screen, ∆Ck — inherent capacitance sa pagitan ng mga liko, ∆С3 — capacitance between the coil and the ground, ∆Lк — inductance of the coil layers.

Dahil mayroong parehong inductance at capacitance sa katumbas na circuit, nangyayari ang isang oscillating LC circuit (ang mga pagbabago sa boltahe ay ipinapakita sa Figure 2b).

Ang amplitude ng mga oscillations ay 1.3 — 1.4 ng amplitude ng wave ng insidente, i.e.Uпep = (1.3-1.4) Uo, at ang pinakamalaking halaga ng overvoltage ay magaganap sa dulo ng unang ikatlong bahagi ng paikot-ikot, samakatuwid, sa pagtatayo ng transpormer, 1/3 ng paikot-ikot ay pinalakas ang pagkakabukod kumpara sa natitira .

Upang maiwasan ang overvoltage, ang kasalukuyang singilin ng mga capacitor na may paggalang sa lupa ay dapat mabayaran. Para sa layuning ito, ang isang karagdagang screen (kalasag) ay naka-install sa circuit. Kapag ginagamit ang screen, ang mga kapasidad ng windings sa screen ay magiging katumbas ng kapasidad ng mga liko sa lupa, i.e. ∆CE = ∆C3.

Ang shielding ay ginagawa sa mga transformer na may boltahe na klase UH = 110 kV at mas mataas. Karaniwang naka-install ang kalasag malapit sa casing ng transpormer.

Mga single-phase na mga transformer na may nakahiwalay na neutral

Ang pagkakaroon ng isang nakahiwalay na neutral ay nangangahulugan na mayroong isang capacitance Co sa pagitan ng earth at ng winding, ibig sabihin, ang capacitance ay idinagdag sa katumbas na circuit ng earth terminal transformer, ngunit ang screen ay tinanggal (Figure 3a).

Figure 3. Pagpapalaganap ng isang boltahe wave sa kahabaan ng winding ng isang transpormer na may nakahiwalay na neutral: a) schematic diagram ng isang katumbas na transpormer, b) ang pag-asa ng incident wave boltahe sa haba ng winding.

Ang isang oscillating circuit ay nabuo din sa katumbas na circuit na ito. Gayunpaman, dahil sa capacitance Co, mayroong isang oscillating LC circuit na may isang serye na koneksyon ng inductance at capacitance. Sa kasong ito, na may isang makabuluhang capacitance Co, ang pinakamataas na boltahe ay lilitaw sa dulo ng paikot-ikot (ang overvoltage ay maaaring umabot sa mga halaga hanggang sa 2Uo). Ang likas na katangian ng pagbabago ng boltahe sa buong coil ay ipinapakita sa Figure 3b.

Upang mabawasan ang amplitude ng overvoltage oscillations sa winding ng isang transpormer na may nakahiwalay na neutral, kinakailangan upang bawasan ang kapasidad ng output C na may paggalang sa lupa o upang madagdagan ang self-capacitance ng mga coils. Karaniwang ginagamit ang huling paraan. Upang mapataas ang self-capacitance ∆Ck sa pagitan ng mga coils ng high-voltage winding, ang mga espesyal na capacitor plates (rings) ay kasama sa circuit.

Mga proseso ng alon sa tatlong-phase na mga transformer

Sa tatlong-phase na mga transformer, ang likas na katangian ng proseso ng pagpapalaganap ng alon ng insidente kasama ang paikot-ikot at ang magnitude ng mga overvoltage ay naiimpluwensyahan ng:

a) diagram ng koneksyon ng coil,

b) ang bilang ng mga yugto kung saan dumating ang surge wave.

Isang three-phase transpormer na may mataas na boltahe na paikot-ikot, bituin na konektado sa isang solidong pinagbabatayan na neutral

Hayaan ang insidente surge wave na dumating sa isang yugto ng transpormer (Figure 4).

Ang mga proseso ng pagpapalaganap ng mga overvoltage wave sa mga windings sa kasong ito ay magiging katulad ng mga proseso sa isang single-phase transpormer na may grounded neutral (sa bawat isa sa mga phase ang pinakamataas na boltahe ay nasa 1/3 ng winding), habang hindi sila nakadepende sa kung gaano karaming mga yugto ang umabot sa surge wave. Ang mga ito. ang halaga ng overvoltage sa bahaging ito ng coil ay katumbas ng Upep = (1.3-1.4) Uo

Figure 4. Katumbas na circuit ng isang three-phase transformer na may high-voltage winding na konektado sa isang bituin na may neutral na earthed network. Ang surge wave ay dumarating sa isang yugto.

Three-phase star-connected high-voltage transformer na may nakahiwalay na neutral

Hayaang dumating ang surge wave sa isang yugto.Ang katumbas na circuit ng transpormer, pati na rin ang pagpapalaganap ng alon ng insidente sa paikot-ikot na transpormer, ay ipinapakita sa Figure 5.

Figure 5. Equivalent circuit ng three-phase transformer na may star-connected high-voltage winding (a) at ang dependence U = f (x) para sa case kapag ang wave ay dumating sa isang phase (b).

Sa kasong ito, lumilitaw ang dalawang magkahiwalay na oscillation zone. Sa phase A magkakaroon ng isang oscillation range at ang mga kundisyon kung saan nangyayari ang mga ito, at sa mga phase B at C ay magkakaroon ng isa pang oscillation loop, ang oscillation range ay magkakaiba din sa parehong mga kaso. Ang pinakamalaking overvoltage ay nasa winding na tumatanggap ng incident surge wave. Sa zero point, ang mga overvoltage hanggang 2/3 Uo ay posible (sa normal na mode sa sandaling ito U = 0, samakatuwid, ang mga overvoltage na may paggalang sa operating boltahe Uoperation ay ang pinaka-mapanganib para dito, dahil U0 >> Uoperation).

Hayaang dumaan ang surge wave sa dalawang phase A at B. Ang katumbas na circuit ng transformer pati na rin ang incident wave propagation sa transformer winding ay ipinapakita sa figure 6.

Figure 6. Katumbas na circuit ng isang three-phase transformer na may star-connected high-voltage winding (a) at ang dependence U = f (x) para sa case kapag ang wave ay dumating sa dalawang phase.

Sa windings ng mga phase kung saan dumarating ang alon, ang boltahe ay magiging (1.3 — 1.4) Uo. Ang neutral na boltahe ay 4/3 Uo. Upang maprotektahan laban sa overvoltage sa kasong ito, ang isang arrester ay konektado sa neutral ng transpormer.

Hayaang dumating ang surge wave sa tatlong yugto. Ang katumbas na circuit ng transformer pati na rin ang pagpapalaganap ng incident wave sa transformer winding ay ipinapakita sa Figure 7.

Larawan 7.Katumbas na circuit ng isang three-phase transformer na may star-connected high-voltage winding (a) at ang dependence U = f (x) para sa case kapag ang wave ay dumating sa tatlong phase.

Ang mga proseso ng pagpapalaganap ng isang overvoltage drop wave sa bawat isa sa mga phase ng isang three-phase transformer ay magiging katulad ng mga proseso sa isang single-phase transformer na may nakahiwalay na output. Ang pinakamataas na boltahe sa mode na ito ay nasa neutral at magiging 2U0. Ang kasong ito ng overvoltage ng transpormer ay ang pinakamalubha.

Three-phase high-voltage delta-wound transpormer

Hayaang dumaan ang surge wave sa isang phase A ng isang three-phase high-voltage transformer na konektado sa isang delta, ang iba pang dalawang phase (B at C) ay itinuturing na grounded (Figure 8).

Figure 8. Equivalent circuit ng isang three-phase transformer na may high-voltage winding na konektado sa delta (a) at ang dependence U = f (x) para sa case kapag ang wave ay dumating sa isang phase.

Ang mga windings AC at BC ay malalantad sa isang overvoltage (1.3 — 1.4) Uo. Ang mga overvoltage na ito ay hindi mapanganib para sa pagpapatakbo ng transpormer.

Hayaang dumating ang overvoltage wave sa dalawang phase (A at B), ang mga paliwanag na graph ay ipinapakita sa Figure 9. Sa mode na ito, ang pagpapalaganap ng overvoltage waves sa windings AB at BC ay magiging katulad ng mga proseso sa kaukulang windings ng isang tatlong-phase grounded transpormador terminal. Ang mga ito. sa mga windings na ito ang overvoltage na halaga ay magiging (1.3 — 1.4) Uo at sa AC winding ay aabot ito sa halaga (1.8 — 1.9) Uo.

Figure 9. Dependence U = f (x) para sa kaso kapag ang overvoltage wave ay dumaan sa dalawang phase ng isang three-phase transformer na may high-voltage winding na konektado sa delta.

Hayaang dumaan ang surge wave sa lahat ng tatlong phase ng isang three-phase transformer na may high-voltage delta-connected winding.

Ang mga windings ng lahat ng phase sa mode na ito ay malalantad sa isang overvoltage (1.8 — 1.9) Uo. Kung ang isang surge wave ay dumating nang sabay-sabay sa pamamagitan ng dalawa o tatlong mga wire, pagkatapos ay sa gitna ng paikot-ikot, kung saan ang mga alon ay nagmumula sa magkabilang panig, ang mga pagbabagu-bago ng boltahe na may amplitude na mapanganib para sa pagpapatakbo ng transpormer ay maaaring mangyari.

Proteksyon ng surge ng transformer

Ang pinaka-mapanganib na overvoltage ng pangunahing pagkakabukod ng mga windings ay maaaring mangyari sa kaso ng sabay-sabay na pagdating ng mga alon sa pamamagitan ng tatlong mga wire sa transpormer na may koneksyon sa delta (sa gitna ng paikot-ikot) o isang bituin na may nakahiwalay na neutral (halos neutral) . Sa kasong ito, ang mga amplitude ng mga nagresultang overvoltage ay lumalapit nang dalawang beses sa boltahe ng output o apat na beses ang amplitude ng input wave. Ang mga mapanganib na turn-to-turn insulation overvoltage ay maaaring mangyari sa lahat ng mga kaso kapag ang isang alon na may matarik na harap ay dumating sa transpormer, anuman ang scheme ng koneksyon ng mga windings ng transpormer.

Kaya, para sa lahat ng mga transformer sa kaganapan ng mga overvoltage at ang kanilang pamamahagi kasama ang mga windings, upang matantya ang kanilang magnitude, kinakailangang isaalang-alang ang mga kapasidad sa katumbas na mga circuit ng mga transformer (at hindi lamang ang inductance). Ang katumpakan ng mga halaga ng overvoltage na nakuha ay higit sa lahat ay nakasalalay sa katumpakan ng pagsukat ng kapasidad.

Upang maiwasan ang mga overvoltage sa disenyo ng mga transformer, ibinigay ito:

• isang karagdagang screen na namamahagi ng kasalukuyang singilin, samakatuwid, ang mga overvoltage ay nabawasan.Gayundin, binabawasan ng screen ang lakas ng field sa ilang mga punto sa paikot-ikot na transpormer,

• pagpapalakas ng pagkakabukod ng mga windings sa ilang mga bahagi nito (nakabubuo na kapalit ng mga windings ng transpormer),

• pag-install ng mga arresters sa harap ng transpormer at pagkatapos nito - laban sa panlabas at panloob na mga overvoltage, pati na rin ang isang arrester sa neutral ng transpormer.