pdf.php@id=6159.pdf

Гл. 17] Переходные процессы

очень быстро возрастает. Скорость этого процесса настолько велнка, что ток. создаваемый электрическим зарядом волны, из-за большой индуктивности об­ мотки сначала проходит не по виткам обмотки,а по ее емкостной цепи (рис. 17-9,6). Поэтому в момент подхода волны трансформатор в целом действует как некоторая емкость Свх, называемая в х о д н о й е м к о с т ь ю .

Процесс заряда емкостей цепи обмотки (рис. 17-9,6) при подходе волны длится доли микросекунды. Этот процесс называется з а р я д о м в х о д н о й е м к о ­ ст и, аустанавливающееся в результате его распределение потенциалов или напря­

дольных емкостей уменьшаются от начала обмотки Л к ее концу X . Вследствие этого начальное распределение напряжения вдоль обмотки получается неравно­ мерным.

Можно показать 12], что в случае заземления конца обмотки распределение

4 сЬ а * причем длина обмотки принята равной единице и

(17-34)

Начальное распределение напряжения вдоль обмотки [см. равенства (17-32) и (17-33)] для разных значений а приведено на рис. 17-11, а и б. Обычно С? > Са и а = 5 -ь 16. Как видно из рис. 17-11, при таких значениях» распределение на­ пряжения для заземленных и незаземленных обмоток практически одинаково. Кроме того, при а 5 распределение напряжения вдоль обмотки весьма неравно­ мерно.

Крутизна кривой напряжения, или градиент напряжения, в начале обмотки (х = 1) по формуле (17-32)

и по формуле (17-33)

Рис. 17-11. Начальное распределение напряжения при заземленной (о) и незаземленной (б) нейтрали

При а ^ З с большой точностью 1На = с!@а = 1. Поэтому в обоих случаях

в то время как при равномерном распределении напряжения (а = 0)

их = хЦА

При неравномерном начальном распределении напряжение на первой ка­ тушке, например, при а = 10 в 10 раз больше, чем при равномерном распределе­ нии. Это вызывает необходимость усиления междувитковой и междукатушечной изоляции в начале обмотки.

Высокочастотные электромагнитные колебания. Как было указано выше, в начальный момент подхода волны перенапряжения заряды не могут проникнуть через индуктивные элементы схемы замещения (рис. 17-9, а), вследствие чего возникает неравномерное начальное распределение напряжения (кривые 1 на рис. 17-12). Однако при дальнейшем продвижении волны электрические заряди будут проходить также Через индуктивности, и через некоторое время устано­ вится конечное распределение напряжения (кривые 2 иа рис. 17-12). При зазем­ ленной нейтрали напряжение будет спадать равномерно к концу обмотки, а неза* землеиная обмотка на всем протяжении будет иметь одинаковый потенциал.

Ввиду наличия в схеме замещения обмотки (рис. 17-9) индуктивностей и емко­ стей обмотка в целом и ее части представляют собой по отношению к быстро про­ текающим электромагнитным процессам колебательные контуры. Переход от начального распределения (кривые 1 на рис. 17-12) к конечному (кривые 2 на рис. 17-12) будет происходить в виде высокочастотных колебаний. Из-за наличия потерь (электрические потери в обмотках, диэлектрические потери в изоляции И магнитные потери в сердечнике) эти колебания затухают, в результате чего и устанавливается конечное распределение напряжения.

Начальная амплитуда колебаний в любой колебательной системе определя­ ется величиной возмущения или разностью координат конечного и начального состояний системы.

Например, амплитуда колебаний подвешенного иа пружине груза определяет­ ся величиной дополнительного груза, который будет добавлен к начальному, или

Таким образом, напряжения разных точек обмотки во время колебаний также колеблются между кривыми 1 и 3. Одиако максимальные значения напря­ жений, определяемые кривыми 3, вследствие затухающего характера колебаний фактически не достигаются.

На рис. 17-12 штриховые кривые показывают характер распределения напря­ жения в некоторый момент времени в процессе колебаний. Как вндио из этих кри­ вых, во время колебаний большие перепады напряжения возникают и в конце обмотки, вследствие чего возникает необходимость усиления междувитковой и междукатушечной изоляции также в конце обмотки. Возможно возникновение значительных перепадов и в средней части обмотки. Кроме того, в отдельных частях обмотки напряжение относительно земли становится больше напряжения падающей на обмотку волны IIА . В частности, при незаземлениой нейтрали

в конце обмотки напряжение почти удваивается, и волна перенапряжения отража­ ется от конца обмотки с почти удвоенной амплитудой.

Защита трансформаторов от перенапряжений. Из изложенного вытекает, что волны перенапряжений, достигающие трансформатора, могут вызвать опас­ ность повреждения его изоляции, вследствие чего возникает необходимость борьбы с этой опасностью. Для этой цели начальные и концевые катушки высо­ ковольтных обмоток трансформатора выполняются с усиленной изоляцией, а ней­ трали обмоток с напряжением 35 кв н больше заземляются либо непосредственно,

либо через сопротивления, значения которых для высокочастотных колебательных процессов малы. Кроме того, принимаются меры, направленные к частичному или по возможности более полному предотвра­

лец У начала обмотки на 35 кв и выше (рис. 17-13). Такое кольцо пред­ ставляет собой картонный металлизированный диск, разрезанный по радиусу

элементах поперечных емкостей схемы замещения, то заряды на соответствующих элементах продольных емкостей уменьшатся и будут

равны друг другу. Вследствие этого напряжения на этих элементах продольных емкостейбудуттахже меньше я равны друг другую что н приведет к выравниванию кривой распреде-" ления напряжений. Рассмотренный (ряс. 17-15)-

1_ _ |, ^ способ емкостной защиты трансформаторов раз-'

Глава восемнадцатая

РАЗНОВИДНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

§ 18-1. Трехобмоточные трансформаторы

Широкое применение в энергетике нашли трехобмоточные транс­ форматоры (рис. 18-1), у которых имеется одна первичная и две вторичные обмотки. Такие трансформаторы используются на элек­ трических станциях и подстанциях для питания распределительных сетей с различными номинальными напряжениями и позволяют достичь экономии в капитальных затратах за счет установки

меньшего количества трансформа­ торов.

обмотки /, для чего введены коэффициенты приведения, или транс­ формации;

(18-1)

Схема замещения трехобмоточного трансформатора, в отличие от схемы замещения двухобмоточного трансформатора (см. рис. 14-5 и 14-6) будет иметь две вторичные цепи. У мощных трехобмоточных силовых трансформаторов намагничивающий ток мал и им можно пре­ небречь. Схема замещения таких трансформаторов показана на рис, 18-2. Из рисунка видно, что изменение нагрузки одной вторичной обмотки влияет на напряжение другой вторичной обмотки, так как при этом изменяется падение напряжения первичной обмотки 2111.

Векторные диаграммы трехобмоточного трансформатора можно составить на основе схемы замещения рис. 18-2, они имеют вид, показанный на рис. 18-3.

Параметры схемы замещения рис. 18-2 можно определить рас­ четным путем или из данных трех опытой короткого замыкания трехобмоточного транс<}юрматора (рис. 18-4). По опытным значениям сопротивлений короткого замыкания

можно найти

_2ц18+2к18 — Хщ8 _

По аналогичным формулам через активные и- индуктивные составляющие 2 к1а, 2 к18, 2 ^ 3 выражаются также гх, га, г8 и *х, х2,х3.

Данные опыта короткого замыкания между обмотками 2 и 3 должны быть при­ ведены к первичной обмотке с коэффициен­ том приведения

Мощности обмоток трехобмоточного трансформатора

в случае, если обмотка 1 является первичной, находятся в соотно­ шении

так как коэффициенты мощности со$ фа и соз ф3 обычно различны,

со следующими вариантами соотношений номинальных мощностей трех обмоток:

1) 100%, 100%, 100%;

2)100%, 100%, 67%;

3)100%, 67% , 100%;

4)100%, 67% , 67% .

группами соединений У„/У0/Д-0-11 или У0/Д/Д-11-11, а однофаз­ ные — с группой соединений 1/1/1-0-0.

Трехобмоточные трансформаторы с двумя первичными обмотками и одной вторичной (рис. 18-5) изготовляются для установки на мощ-

ных электростанциях. При этом первичные обмотки имеют одинако­ вое номинальное напряжение и к ним присоединяется по одному мощному генератору, а вторичная обмотка, имеющая две параллель­ ные ветви, соединяется через подстанцию с линиями передачи. Транс* форматоры выполняются однофазными и соединяются в трехфазную группу.

При таком устройстве трансформатора облегчается изготовление первичных обмоток, имеющих большие токи, и в случае короткого замыкания на зажимах одного генератора между двумя генераторами действуют активные и индуктивные сопротивления двух первичных Обмоток трансформатора, что приводит к уменьшению тока корот­ кого замыкания.

§ 18-2. Автотрансформаторы и трансформаторы последовательного включения

Автотрансформаторы. В обычных трансформаторах первичные и вторичные обмотки имеют между собой только магнитную связь* В ряде случаев вместо таких трансформаторов экономически целеаЯ образно применять трансформаторы, в которых первичные и вторич­ ные обмотки имеют также электрическую связь. Такие трансфор­ маторы называются автотрансформаторами.

Устройство обмоток и их расположение иа стержнях такие же* как и в обычном трансформаторе, однако ввиду электрическое связи обмоток изоляция каждой из них относительно корпус^ должна быть рассчитана на напряжение сети высшего напряже­ ния 11^*.

На рис. 18-6 показаны две возможные схемы соединения обмоток трансформатора, причем Каждая схема представлена в двух различ­ ных изображениях. Н а рис. 18-6,а первичная обмотка включается в сеть низшего напряжения (/„. н, а на рис. 18-6, б — в сеть высшего напряжения (/„ н. В обоих случаях напряжение вторичной обмотки иг складывается с напряжением 1/я н, и при пренебрежении падени­ ями напряжения

Автотрансформатор может служить как для повышения, так И для понижения напряжения. В первом случае сеть с напряжением на рис. 18-6 является первичной и энергия передается из этой сети в сеть с напряжением С/в н. Во втором случае первично^ является сеть с напряжением и направление передачи энергии

изменяется на обратное.

габариты и стоимость автотрансформаторов определяются мощностью 5 р, и так как у автотрансформатора 5 р < 5 пр, то в принципе применение автотрансформаторов выгоднее применения обычных трансформаторов, в которые 5 р = 5 пр.

Д ля схемы рис. 18-6, а

Из полученных соотношений видно, что для схемы рис. 18-6, а З р при прочих равных условиях в ктр раз меньше, чем для схемы рис. 18-6, б. Это обусловлено Тем,

при к тр =2 2,5. В последнее время они находят все более широкое применение для соединения высоковольтных сетей разных напря­

Потери и напряжение короткого замыкания, отнесенные к рас­ четной номинальной мощности и к номинальному напряжению вторичной обмотки автотрансформатора, примерно такие ж е, как и в обычных трансформаторах. Однако если эти величины отнести к проходной мощности и к номинальному напряжению сети, то они примерно в 5 пр/5 р раз меньше, чем в обычных трансформаторах. Это объясняется тем, что обмотка с числом витков щ рассчитана только на часть напряжения 1/Вшн и поэтому ее сопротивление меньше, чем в обычном трансформаторе, а в обмотке с числом витков щ