Overspænding i transformatorviklingerne

Dimensionering og designvalg af transformatorisolering er umuligt uden at bestemme spændingerne, der virker på forskellige sektioner af transformatorisoleringen under drift, og test designet til at sikre pålidelig drift af transformeren.

I dette tilfælde er de spændinger, der virker på transformatorisoleringen, når lynbølger rammer dens input, ofte afgørende. Disse spændinger, også kaldet impulsspændinger, bestemmer i næsten alle tilfælde valget af langsgående viklingsisolering og i mange tilfælde hovedviklingsisolering, koblingsenhedsisolering mv.

Brugen af ​​computerteknologier til bestemmelse af overspændinger gør det muligt at gå fra en kvalitativ overvejelse af impulsprocesser i viklinger til direkte beregninger af overspændinger og introduktionen af ​​deres resultater i designpraksis.

For at beregne overspændingen er transformatorens viklinger repræsenteret af et ækvivalent kredsløb, der gengiver induktive og kapacitive forbindelser mellem viklingens elementer (figur 1).Alle ækvivalente kredsløb tager højde for kapacitansen mellem vindinger og mellem viklinger.

Figur 1. Transformatorens ækvivalente kredsløb: UOV — indfaldsbølge i højspændingsviklingen, UOH — indfaldsbølge i lavspændingsviklingen, SV og CH — kapacitanser mellem vindingerne af henholdsvis høj- og lavspændingsviklingen, SVN — kapacitans mellem viklinger med høj- og lavspænding.

Bølgeprocesser i transformere

Transformatoren vil blive betragtet som et induktivt element, idet der tages hensyn til interturn kapacitansen, kapacitanserne mellem skærmen og induktansen og mellem induktansen og jord (figur 2a).

Følgende formler bruges til at beregne overspænding:

hvor: t er tiden efter ankomsten af ​​bølgen til transformeren, T er overspændingstidskonstanten, ZEKV er den ækvivalente kredsløbsmodstand, Z2 er linjemodstanden, Uo er overspændingen på det indledende tidspunkt

Figur 2. Udbredelse af en spændingsbølge langs viklingen af ​​en transformer med en jordet neutral: a) skematisk diagram, b) spændingsbølgens afhængighed af længden af ​​viklingen for en enfaset transformer med en jordet terminal: Uo — dropspændingsbølge, ∆Ce — kapacitans mellem spolen og skærmen, ∆Ck — iboende kapacitans mellem vindingerne, ∆С3 — kapacitans mellem spolen og jorden, ∆Lк — induktans af spolelagene.

Da der er både induktans og kapacitans i det ækvivalente kredsløb, opstår der et oscillerende LC-kredsløb (spændingsudsvingene er vist i figur 2b).

Amplituden af ​​oscillationerne er 1,3 — 1,4 af den indfaldende bølges amplitude, dvs.Uпep = (1,3-1,4) Uo, og den største værdi af overspænding vil forekomme i slutningen af ​​den første tredjedel af viklingen, derfor har 1/3 af viklingen i transformerens konstruktion forstærket isolering sammenlignet med resten .

For at undgå overspænding skal kondensatorernes ladestrøm i forhold til jord kompenseres. Til dette formål er en ekstra skærm (skærm) installeret i kredsløbet. Ved brug af skærmen vil kapacitanserne af viklingerne til skærmen være lig kapacitansen af ​​vindingerne til jord, dvs. ∆CE = ∆C3.

Afskærmning udføres i transformere med spændingsklasse UH = 110 kV og højere. Afskærmningen er normalt installeret i nærheden af ​​transformatorhuset.

Enfasede transformatorer med isoleret neutral

Tilstedeværelsen af ​​en isoleret nul betyder, at der er en kapacitans Co mellem jorden og viklingen, dvs. at kapacitansen tilføjes til det tilsvarende kredsløb af jordklemmetransformatoren, men skærmen fjernes (Figur 3a).

Figur 3. Udbredelse af en spændingsbølge langs viklingen af ​​en transformer med en isoleret neutral: a) skematisk diagram af en ækvivalent transformer, b) afhængigheden af ​​den indfaldende bølgespænding af viklingens længde.

Et oscillerende kredsløb er også dannet med dette ækvivalente kredsløb. På grund af kapacitansen Co er der dog et oscillerende LC-kredsløb med serieforbindelse af induktans og kapacitans. I dette tilfælde, med en betydelig kapacitans Co, vil den højeste spænding vises i slutningen af ​​viklingen (overspændingen kan nå værdier op til 2Uo). Naturen af ​​spændingsændringen over spolen er vist i figur 3b.

For at reducere amplituden af ​​overspændingsoscillationer i viklingen af ​​en transformer med en isoleret neutral, er det nødvendigt at reducere kapacitansen af ​​output C i forhold til jord eller at øge spolernes selvkapacitet. Sidstnævnte metode bruges normalt. For at øge selvkapacitansen ∆Ck mellem højspændingsviklingens spoler er specielle kondensatorplader (ringe) inkluderet i kredsløbet.

Bølgeprocesser i trefasede transformere

I trefasede transformere påvirkes arten af ​​den indfaldende bølgeudbredelse langs viklingen og størrelsen af ​​overspændinger af:

a) spoleforbindelsesdiagram,

b) antallet af faser, hvortil bølgebølgen ankommer.

En trefaset transformer med højspændingsvikling, stjerne forbundet med en solidt jordet neutral

Lad den indfaldende overspændingsbølge komme ind i en fase af transformeren (figur 4).

Processerne med udbredelse af overspændingsbølger langs viklingerne vil i dette tilfælde ligne processerne i en enfaset transformer med en jordet neutral (i hver af faserne vil den højeste spænding være i 1/3 af viklingen), mens de afhænger ikke af, hvor meget faser der når bølgebølgen. Disse. værdien af ​​overspændingen i denne del af spolen er lig med Upep = (1,3-1,4) Uo

Figur 4. Tilsvarende kredsløb af en trefaset transformer med en højspændingsvikling forbundet med en stjerne med et neutralt jordet netværk. Overspændingsbølgen kommer i én fase.

Trefaset stjerneforbundet højspændingstransformator med isoleret nul

Lad bølgebølgen komme i én fase.Transformatorens ækvivalente kredsløb samt udbredelsen af ​​den indfaldende bølge i transformatorviklingen er vist i figur 5.

Figur 5. Ækvivalent kredsløb af en trefaset transformer med en stjerneforbundet højspændingsvikling (a) og afhængigheden U = f (x) for det tilfælde, hvor bølgen kommer i én fase (b).

I dette tilfælde vises to separate oscillationszoner. I fase A vil der være ét svingningsområde og de forhold, de opstår under, og i fase B og C vil der være en anden oscillationsløkke, svingningsområdet vil også være forskelligt i begge tilfælde. Den største overspænding vil være på den vikling, der modtager den indfaldende overspændingsbølge. Ved nulpunktet er overspændinger op til 2/3 Uo mulige (i normal tilstand i dette øjeblik U = 0, derfor er overspændinger i forhold til driftsspændingen Udrift de farligste for det, da U0 >> Udrift).

Lad overspændingsbølgen passere gennem to faser A og B. Transformatorens ækvivalente kredsløb samt den indfaldende bølgeudbredelse i transformatorviklingen er vist i figur 6.

Figur 6. Ækvivalent kredsløb af en trefaset transformer med en stjerneforbundet højspændingsvikling (a) og afhængigheden U = f (x) for det tilfælde, hvor bølgen kommer i to faser.

I viklingerne af de faser, hvortil bølgen kommer, vil spændingen være (1,3 — 1,4) Uo. Nulspændingen er 4/3 Uo. For at beskytte mod overspænding i dette tilfælde er en afleder forbundet til transformatorens nul.

Lad overspændingsbølgen komme i tre faser Det ækvivalente kredsløb for transformeren samt udbredelsen af ​​den indfaldende bølge i transformatorviklingen er vist i figur 7.

Figur 7.Tilsvarende kredsløb af en trefaset transformer med en stjerneforbundet højspændingsvikling (a) og afhængigheden U = f (x) for det tilfælde, hvor bølgen kommer i tre faser.

Udbredelsesprocesserne for en overspændingsfaldsbølge i hver af faserne af en trefaset transformer vil ligne processerne i en enfaset transformer med en isoleret udgang. Den højeste spænding i denne tilstand vil være i neutral og vil være 2U0. Dette tilfælde af transformatoroverspænding er det mest alvorlige.

Trefaset højspændings delta-viklet transformer

Lad overspændingsbølgen passere gennem en fase A af en trefaset højspændingstransformator forbundet i et delta, de to andre faser (B og C) betragtes som jordet (figur 8).

Figur 8. Tilsvarende kredsløb af en trefaset transformer med en højspændingsvikling forbundet i delta (a) og afhængigheden U = f (x) for det tilfælde, hvor bølgen kommer i én fase.

Winding AC og BC vil blive udsat for en overspænding (1,3 — 1,4) Uo. Disse overspændinger er ikke farlige for driften af ​​transformeren.

Lad overspændingsbølgen komme i to faser (A og B), de forklarende grafer er vist i figur 9. I denne tilstand vil udbredelsen af ​​overspændingsbølger i viklingerne AB og BC svare til processerne i de tilsvarende viklinger i en trefaset jordet transformerterminal. Disse. i disse viklinger vil overspændingsværdien være (1,3 — 1,4) Uo og i AC-viklingen vil den nå værdien (1,8 — 1,9) Uo.

Figur 9. Afhængighed U = f (x) for det tilfælde, hvor overspændingsbølgen passerer gennem to faser af en trefaset transformer med en højspændingsvikling forbundet i delta.

Lad overspændingsbølger passere gennem alle tre faser af en trefaset transformer med en højspændings delta-forbundet vikling.

Vindingerne af alle faser i denne tilstand vil blive udsat for en overspænding (1,8 - 1,9) Uo. Hvis en overspændingsbølge kommer samtidigt gennem to eller tre ledninger, kan der i midten af ​​viklingen, hvortil bølgerne kommer fra begge sider, forekomme spændingsudsving med en amplitude, der er farlige for driften af ​​transformeren.

Transformer overspændingsbeskyttelse

De farligste overspændinger af viklingernes hovedisolering kan forekomme i tilfælde af samtidig ankomst af bølger gennem tre ledninger til transformeren med en deltaforbindelse (midt i viklingen) eller en stjerne med en isoleret neutral (næsten neutral) . I dette tilfælde nærmer amplituderne af de resulterende overspændinger sig det dobbelte af udgangsspændingen eller fire gange amplituden af ​​inputbølgen. Farlige turn-to-turn-isoleringsoverspændinger kan forekomme i alle tilfælde, når en bølge med en stejl front ankommer til transformeren, uanset transformatorviklingernes tilslutningsskema.

For alle transformatorer i tilfælde af overspændinger og deres fordeling langs viklingerne, for at estimere deres størrelse, er det således nødvendigt at tage højde for kapacitanserne i transformatorernes ækvivalente kredsløb (og ikke kun induktansen). Nøjagtigheden af ​​de opnåede overspændingsværdier afhænger i høj grad af nøjagtigheden af ​​kapacitansmålingen.

For at undgå overspændinger i konstruktionen af ​​transformere leveres det:

• en ekstra skærm, der fordeler ladestrømmen, derfor reduceres overspændinger.Skærmen reducerer også feltstyrken på visse punkter på transformatorviklingen,

• styrkelse af isoleringen af ​​viklingerne i visse dele af den (konstruktiv udskiftning af transformerens viklinger),

• installation af afledere foran og efter transformatoren - mod eksterne og interne overspændinger, samt en afleder i transformerens nul.