Transformatör sargılarında aşırı gerilim

Çalışma sırasında trafo yalıtımının çeşitli bölümlerine etki eden gerilimler ve trafonun güvenilir çalışmasını sağlamak için tasarlanmış testler belirlenmeden trafo yalıtımının boyutlandırılması ve tasarım seçimi mümkün değildir.

Bu durumda, yıldırım dalgalanma dalgaları girişine çarptığında trafo yalıtımına etki eden gerilimler genellikle belirleyicidir. Darbe gerilimleri olarak da adlandırılan bu gerilimler, hemen hemen tüm durumlarda uzunlamasına sargı yalıtımı seçimini ve çoğu durumda ana sargı yalıtımı, anahtarlama cihazı yalıtımı vb.'ni belirler.

Aşırı gerilimlerin belirlenmesinde bilgisayar teknolojilerinin kullanılması, sargılardaki impuls süreçlerinin niteliksel olarak değerlendirilmesinden aşırı gerilimlerin doğrudan hesaplanmasına ve bunların sonuçlarının tasarım pratiğine dahil edilmesine geçiş sağlar.

Aşırı gerilimi hesaplamak için, transformatörün sargıları, sargının elemanları arasında endüktif ve kapasitif bağlantıları yeniden üreten eşdeğer bir devre ile temsil edilir (Şekil 1).Tüm eşdeğer devreler, dönüşler ve sargılar arasındaki kapasitansı dikkate alır.

Şekil 1. Transformatörün eşdeğer devresi: UOV — yüksek gerilim sargısında gelen dalga, UOH — alçak gerilim sargısında gelen dalga, SV ve CH — sırasıyla yüksek ve alçak gerilim sargılarının dönüşleri arasındaki kapasitanslar, SVN — arasındaki kapasitans yüksek ve alçak gerilimli sargılar.

Transformatörlerde dalga süreçleri

Transformatör, dönüşler arası kapasitans, ekran ile endüktans arasındaki ve endüktans ile toprak arasındaki kapasitanslar dikkate alınarak endüktif bir eleman olarak kabul edilecektir (Şekil 2a).

Aşırı gerilimi hesaplamak için aşağıdaki formüller kullanılır:

burada: t, dalganın transformatöre ulaşmasından sonraki süredir, T, aşırı gerilim zaman sabitidir, ZEKV, eşdeğer devre direncidir, Z2, hat direncidir, Uo, başlangıç ​​anındaki aşırı gerilimdir.

Şekil 2. Bir gerilim dalgasının, nötrü topraklanmış bir transformatörün sargısı boyunca yayılması: a) şematik diyagram, b) topraklanmış bir terminale sahip tek fazlı bir transformatör için gerilim dalgasının sargının uzunluğuna bağımlılığı: Uo — damla gerilim dalgası, ∆Ce - bobin ve ekran arasındaki kapasitans, ∆Ck - dönüşler arasındaki doğal kapasitans, ∆С3 - bobin ve toprak arasındaki kapasitans, ∆Lк - bobin katmanlarının endüktansı.

Eşdeğer devrede hem endüktans hem de kapasitans olduğu için salınımlı bir LC devresi oluşur (gerilim dalgalanmaları Şekil 2b'de gösterilmiştir).

Salınımların genliği, gelen dalganın genliğinin 1,3 - 1,4'üdür, yani.Upep = (1.3-1.4) Uo ve en büyük aşırı gerilim değeri sargının ilk üçte birinin sonunda oluşacaktır, bu nedenle transformatörün yapımında sargının 1/3'ü geri kalanına göre güçlendirilmiş izolasyona sahiptir. .

Aşırı gerilimi önlemek için, kondansatörlerin toprağa göre şarj akımı dengelenmelidir. Bu amaçla devreye ek bir ekran (kalkan) takılır. Ekranı kullanırken ekrana giden sargıların kapasitansları, toprağa dönüşlerin kapasitanslarına eşit olacaktır, yani. ∆CE = ∆C3.

Ekranlama, gerilim sınıfı UH = 110 kV ve daha yüksek olan transformatörlerde yapılır. Kalkan genellikle trafo kasasının yakınına kurulur.

İzole nötrlü tek fazlı transformatörler

Yalıtılmış bir nötrün varlığı, toprak ile sargı arasında bir kapasitans Co olduğu anlamına gelir, yani kapasitans, toprak terminal trafosunun eşdeğer devresine eklenir, ancak ekran kaldırılır (Şekil 3a).

Şekil 3. İzole edilmiş bir nötr ile bir transformatörün sargısı boyunca bir voltaj dalgasının yayılması: a) eşdeğer bir transformatörün şematik diyagramı, b) gelen dalga voltajının sargının uzunluğuna bağımlılığı.

Bu eşdeğer devre ile bir salınım devresi de oluşur. Bununla birlikte, kapasitans Co nedeniyle, seri endüktans ve kapasitans bağlantısına sahip salınımlı bir LC devresi vardır. Bu durumda, önemli bir kapasitans Co ile, en yüksek voltaj sargının sonunda görünecektir (aşırı voltaj 2Uo'ya kadar değerlere ulaşabilir). Bobin boyunca voltaj değişiminin doğası Şekil 3b'de gösterilmiştir.

Yalıtılmış bir nötre sahip bir transformatörün sargısındaki aşırı gerilim salınımlarının genliğini azaltmak için, toprağa göre C çıkışının kapasitansını azaltmak veya bobinlerin öz kapasitansını artırmak gerekir. İkinci yöntem genellikle kullanılır. Yüksek gerilim sargısının bobinleri arasındaki öz kapasitansı ∆Ck artırmak için devreye özel kapasitör plakaları (halkalar) dahil edilmiştir.

Üç fazlı transformatörlerde dalga süreçleri

Üç fazlı transformatörlerde, sargı boyunca gelen dalga yayılma sürecinin doğası ve aşırı gerilimlerin büyüklüğü şunlardan etkilenir:

a) bobin bağlantı şeması,

b) dalgalanma dalgasının ulaştığı faz sayısı.

Yüksek gerilim sargılı üç fazlı bir transformatör, sağlam bir şekilde topraklanmış bir nötr ile yıldız bağlantısı

Gelen dalgalanma dalgasının transformatörün bir fazına gelmesine izin verin (Şekil 4).

Bu durumda aşırı gerilim dalgalarının sargılar boyunca yayılma süreçleri, topraklanmış bir nötr ile tek fazlı bir transformatördeki işlemlere benzer olacaktır (fazların her birinde en yüksek voltaj, sargının 1 / 3'ünde olacaktır), oysa dalgalanma dalgasına ne kadar fazın ulaştığına bağlı değildirler. Bunlar. bobinin bu kısmındaki aşırı gerilimin değeri Upep = (1.3-1.4) Uo'ya eşittir

Şekil 4. Nötr topraklı bir şebeke ile bir yıldıza bağlı yüksek voltaj sargılı üç fazlı bir transformatörün eşdeğer devresi. Dalgalanma dalgası bir fazda gelir.

İzole nötrlü üç fazlı yıldız bağlantılı yüksek gerilim trafosu

Dalgalanma dalgasının bir fazda gelmesine izin verin.Transformatörün eşdeğer devresi ve gelen dalganın transformatör sargısındaki yayılımı Şekil 5'te gösterilmektedir.

Şekil 5. Yıldız bağlantılı yüksek voltaj sargılı (a) ve dalganın bir fazda (b) geldiği durum için U = f (x) bağımlılığı olan üç fazlı bir transformatörün eşdeğer devresi.

Bu durumda iki ayrı salınım bölgesi belirir. A fazında bir salınım aralığı ve meydana geldikleri koşullar olacaktır ve B ve C fazlarında başka bir salınım döngüsü olacaktır, salınım aralığı da her iki durumda da farklı olacaktır. En büyük aşırı gerilim, gelen aşırı gerilim dalgasını alan sargıda olacaktır. Sıfır noktasında, 2/3 Uo'ya kadar aşırı gerilimler mümkündür (şu anda normal modda U = 0, bu nedenle U0 >> Uçalışması nedeniyle, Uçalışma çalışma gerilimine göre aşırı gerilimler onun için en tehlikelidir).

Dalgalanma dalgasının iki faz A ve B'den geçmesine izin verin. Transformatörün eşdeğer devresi ve transformatör sargısındaki gelen dalga yayılımı şekil 6'da gösterilmiştir.

Şekil 6. Yıldız bağlantılı yüksek voltaj sargılı (a) ve dalganın iki fazda geldiği durum için U = f (x) bağımlılığı olan üç fazlı bir transformatörün eşdeğer devresi.

Dalganın geldiği fazların sargılarında gerilim (1.3 — 1.4) Uo olacaktır. Nötr voltajı 4/3 Uo'dur. Bu durumda aşırı gerilime karşı koruma sağlamak için transformatörün nötr ucuna bir tutucu bağlanır.

Dalgalanma dalgasının üç fazda gelmesine izin verin.Transformatörün eşdeğer devresi ve gelen dalganın trafo sargısındaki yayılımı Şekil 7'de gösterilmiştir.

Şekil 7.Yıldız bağlantılı yüksek voltaj sargılı (a) ve dalganın üç fazda geldiği durum için U = f (x) bağımlılığı olan üç fazlı bir transformatörün eşdeğer devresi.

Üç fazlı bir transformatörün fazlarının her birindeki aşırı gerilim düşüş dalgasının yayılma süreçleri, izole çıkışlı tek fazlı bir transformatördeki süreçlere benzer olacaktır. Bu moddaki en yüksek voltaj nötrde olacak ve 2U0 olacaktır. Bu trafo aşırı gerilimi durumu en şiddetli olanıdır.

Üç fazlı yüksek voltajlı delta sargılı trafo

Dalgalanma dalgasının bir deltaya bağlı üç fazlı bir yüksek gerilim trafosunun A fazından geçmesine izin verin, diğer iki faz (B ve C) topraklanmış kabul edilir (Şekil 8).

Şekil 8. Üç fazlı bir transformatörün eşdeğer devresi, delta (a) 'ya bağlı yüksek voltaj sargısı ve dalganın bir faza geldiği durum için U = f (x) bağımlılığı.

AC ve BC sargıları aşırı gerilime (1,3 — 1,4) Uo maruz kalacaktır. Bu aşırı gerilimler transformatörün çalışması için tehlikeli değildir.

Aşırı gerilim dalgası iki fazda (A ve B) gelsin, Şekil 9'da açıklayıcı grafikler gösterilmiştir. Bu modda, aşırı gerilim dalgalarının AB ve BC sargılarındaki yayılımı, bir a'nın karşılık gelen sargılarındaki işlemlere benzer olacaktır. üç fazlı topraklı trafo terminali. Bunlar. bu sargılarda aşırı gerilim değeri (1.3 — 1.4) Uo olacak ve AC sargısında (1.8 — 1.9) Uo değerine ulaşacaktır.

Şekil 9. Bağımlılık U = f (x), aşırı gerilim dalgasının, yüksek gerilim sargısının delta bağlı olduğu üç fazlı bir transformatörün iki fazından geçtiği durum için.

Dalgalanma dalgalarının, yüksek voltajlı delta bağlantılı bir sargıya sahip üç fazlı bir transformatörün üç fazından da geçmesine izin verin.

Bu moddaki tüm fazların sargıları aşırı gerilime (1,8 — 1,9) Uo maruz kalacaktır. İki veya üç telden aynı anda bir dalgalanma dalgası gelirse, dalgaların her iki taraftan geldiği sargının ortasında, transformatörün çalışması için tehlikeli olan genlikli voltaj dalgalanmaları meydana gelebilir.

Trafo aşırı gerilim koruması

Sargıların ana yalıtımının en tehlikeli aşırı gerilimleri, dalgaların üç telden bir delta bağlantılı (sargı ortasında) veya izole nötr (neredeyse nötr) bir yıldız ile transformatöre aynı anda gelmesi durumunda meydana gelebilir. . Bu durumda, ortaya çıkan aşırı gerilimlerin genlikleri, çıkış voltajının iki katına veya giriş dalgasının genliğinin dört katına yaklaşır. Transformatör sargılarının bağlantı şemasından bağımsız olarak, trafoya dik cepheli bir dalga geldiğinde her durumda tehlikeli dönüş aşırı yalıtım gerilimleri meydana gelebilir.

Bu nedenle, aşırı gerilim durumunda tüm transformatörler ve bunların sargılar boyunca dağılımı, büyüklüklerini tahmin etmek için, transformatörlerin eşdeğer devrelerindeki kapasitansları (ve sadece endüktansı değil) hesaba katmak gerekir. Elde edilen aşırı gerilim değerlerinin doğruluğu büyük ölçüde kapasitans ölçümünün doğruluğuna bağlıdır.

Transformatörlerin tasarımında aşırı gerilimleri önlemek için aşağıdakiler sağlanır:

• şarj akımını dağıtan ek bir ekran, bu nedenle aşırı gerilimler azaltılır.Ayrıca ekran, trafo sargısı üzerinde belirli noktalarda alan şiddetini azaltır,

• sargıların yalıtımının belirli kısımlarında güçlendirilmesi (transformatörün sargılarının yapıcı olarak değiştirilmesi),

• trafo önünde ve sonrasında - harici ve dahili aşırı gerilimlere karşı koruyucuların yanı sıra trafo nötrüne bir tutucu montajı.