книги из ГПНТБ / Геллер Б. Импульсные процессы в электрических машинах

лю. В каждой фазе обмотки низшего напряжения по­

и замыкаются главным образом по путям потока рас­ сеяния между обмотками высшего и низшего напряже­ ний. Поэтому решающее значение для импульсных про­ цессов имеет индуктивность рассеяния, которая намного меньше индуктивности L 0 . Длительность основного пе­ риода Ті для этой схемы значительно меньше, чем для схемы включения в звезду с изолированной нулевой точ­ кой. Те же соображения справедливы и для схемы со­ единения обмотки низшего напряжения в треугольник при падении волн на три фазы первичной обмотки, по­ скольку во вторичной обмотке протекает ток.

В табл. 4-2 приведены данные измерений периода ко­

2. Импульсные процессы при соединении обмотки высшего напряжения в треугольник

При падении волны на одну фазу А фазы Л и С (рис. 4-34) оказываются в таких же условиях, как при падении импульса на обмотку с заземленной нейтралью. Поэтому импульсные процессы протекают в них так, как было описано ранее.

При падении волн на три фазы обмотки, соединен­ ной в треугольник (рис. 4-35), волны вступают в каж­ дую обмотку одновременно с обоих концов. Это соответ­ ствует явлениям, которые имеют место при падении волны на одну фазу обмотки половинной длины с изолиро­ ванным концом. Максимальное напряжение по отноше-

170

нию к земле будет в середине каждой фазы, причем градиенты имеют наибольшие значения на выводах, а наименьшие — в середине обмотки каждой фазы.

Рис. 4-36. Распределение на­ пряжения по отношению к зем­ ле «макс и градиента напря­ жения g при падении волн на три фазы обмотки трансфор­ матора 500 к В - А , 15 кВ, со­ единенной в треугольник.

0 0,2 0,t 0,6 ,,0,8 1,0

На рис. 4-36 представлено распределение максималь­ ного напряжения по отношению к земле и градиентов при падении волн на три фазы обмотки трансформатора 500 кВ-А, 15 кВ, соединенной в треугольник.

мотку в трехфазных трансформаторах имеет такой же характер, как и в однофазных трансформаторах. Одна­ ко, учитывая различные схемы соединения первичной и вторичной обмоток, рассмотрим конкретно несколько наиболее важных случаев.

Вначале происходит емкостная передача импульсного напряжения. Емкостное распределение напряжения пере-

171

ходит после свободных колебаний низковольтной обмот­

не зависит от коэффициента трансформации, в то время как напряжение, передаваемое через магнитные связи, пропорционально ему.

Если обмотки трехфазного трансформатора соедине­ ны в звезду с изолированной нейтралью, мы должны также рассматривать магнитную передачу колебаний нейтрали на сторону низшего напряжения. В этом слу­ чае квазистационарное распределение не вызывает па­ дения напряжения в обмотке высшего напряжения.

Передача импульсного напряжения в трехфазных трансформаторах не может быть точно определена без достаточно сложных математических расчетов. Чтобы получить конкретные выражения, следует рассматривать схему с сосредоточенными параметрами, которая позво­ лит получить достаточно точные результаты для основ­ ного колебания обмоток.

можно использовать схему замещения, показанную на рис. 4-37 [Л. 4-10]. В этой схеме Lrsi[N2 — индуктивность рассеяния обмотки высшего напряжения, La/N — взаим­

172

пряжения и емкости между обмоткой высшего и низ­ шего напряжений.

При сильной магнитной связи между обмотками име­ ем следующее выражение для напряжения щ на зажи­

колебаний обмотки низшего напряжения. Так как co3>Q, vu

Рис. 4-38. Зависимость от времени напряжения «2,

наведенного на зажимах вторичной обмотки.

из (4-46) получим кривую напряжения «2 на зажимах

173

затухающее свободные колебания (со) обмотки низшего напряжения.

Максимальное напряжение ы2 М акс равно:

Если обмотка низшего напряжения холостая, имеем следующее соотношение между собственными частотами вторичной и первичной обмоток:

нитным путем согласно (4-46) и (4-47), получим резуль­ тирующее напряжение на низковольтной обмотке. После

на

Рис. 4-39. Результирующее напряжение на зажимах обмотки низшего напряжения для случая, когда со­ ставляющие импульса, переданные емкостным и маг­ нитным путем, имеют противоположные знаки.

установления емкостного распределения в обмотке низ­ шего напряжения начинаются колебания с собственной частотой со, переходящие в колебания с собственной

174

На рис. 4-4Ö приведены осциллограммы напряжений на изолированной нейтрали первичной обмотки и на­

Рис. 4-40. Свободные колебания на нейтрали обмотки высшего на­ пряжения и напряжения иг на выводах обмотки низшего напря­ жения при падении апериодиче­ ских воли па три фазы обмотки высшего напряжения трансформа­ тора 15 M B - Л , 104/23,4, Y/Yo.

гармоника низкой частоты / = 3,1 кГц соответствует основной частоте колебаний на нейтрали обмотки выс­ шего напряжения, а гармоника с частотой / = 43 кГц со­ ответствует собственной частоте колебаний в обмотке низшего напряжения. Максимальное напряжение на вы­ водах обмотки низшего напряжения составляет 0,28 U0.

Отношение индуктивностей согласно опыту

U/LK = 7,\.

Коэффициент трансформации Л/ = 5,33. Отношение собственных частот обмоток высшего и низшего напря­ жений:

по (4-21)

a>/ß = tf/(Lo/LK) = 14,2;

из опыта

©/0 = 43 000/3 100=13,8,

Опытные и расчетные данные хорошо согласуются. При воздействии импульса на одну из фаз трехфаз­ ного трансформатора с соединением обмоток высшего напряжения в звезду в добавление к емкостному наве­ дению в обмотку низшего напряжения магнитным путем передается часть квазистационарного распределения на-

175

пряжения первичной обмотки и ее основное свободное колебание.

В этом случае величина напряжения, переданного электромагнитным путем, зависит главным образом от схемы соединения и нагрузки вторичной обмотки. Учи­ тывая несимметричные условия, расчет электромагнит­ ных компонент следует производить с помощью метода симметричных составляющих, используемого Абетти и Дэвисэм [Л. 3-6].

Рис. 4-41. Падение волны на одну фазу трехфазной обмотки высшего напряжения с заземленной ней­ тралью. Вторичная обмотка соеди­ нена в треугольник.

Рассмотрим далее случай падения импульса на одну фазу трехфазного трансформатора с заземленной ней­ тралью обмотки высшего напряжения и вторичной об­ моткой, соединенной в треугольник (рис. 4-41). Это со­ ответствует случаю генераторного трансформатора.

При ненагруженной обмотке низшего напряжения во всех трех ее фазах циркулируют равные токи. Так как фазы б и с связаны индуктивно с фазами В и С, замкну­ тыми накоротко через линию и заземленную нейтраль, то по нулевому проводу, заземляющему нейтраль транс­

176

На рис. 4-43 показан случай, когда волна падает на одну фазу обмотки высшего напряжения с изолирован­

шего напряжения в треугольник и падении волны на одну фазу первичной обмотки напряжение на выводах обмот­ ки низшего напряжения понижается до значения 2/(3/Ѵ).

ное напряжение много ниже, чем при разомкнутой вто­

свободных колебаний в обмотке высшего напряжения и конечное распределение напряжения передаются в об­ мотку низшего напряжения магнитным путем. Схема пе­ редачи свободных колебаний для этого случая показана на рис. 4-44.

Согласно ранее приведенным соображениям ампли­ туда свободных колебаний на нейтрали при падении

том трансформации. Напряжение, переданное с фазы, на которую падает импульс,

м2 = 2/(ЗЛО, напряжение в двух других фазах

и 2 =1/(ЗЛ0 .

Свободные колебания вторичной обмотки могут вы­ звать повышение напряжения до «2макс = 4/(ЗЛ^).

При передаче квазистационарного (конечного) рас­ пределения напряжения не имеет значения, заземлена нейтраль обмотки низшего напряжения или изолирована.

Таким образом, напряжение на вторичной обмотке более высокое, чем в соответствии с коэффициентом трансформации, может возникнуть только при падении волн на три фазы обмотки высшего напряжения с изо­ лированной нейтралью и при разомкнутой обмотке низ­ шего напряжения.

Если обмотка низшего напряжения нагружена только холостой линией, то импульсные напряжения, передавае­ мые в обмотку низшего напряжения, невелики и неопас­ ны для изоляции обмоток.

Если наведенное напряжение превосходит 80% основ­ ного импульсного уровня изоляции (BIL) обмотки низ­ шего напряжения, то ее рекомендуется защищать раз­ рядником.

Это относится к случаю холостых обмоток или обмо­ ток с небольшой нагрузкой, например, такой, как мало­ мощные вращающиеся машины (ниже 20 MB • А) или короткие кабели (меньше чем 600 м).

Теперь рассмотрим передачу импульсных напряжений со стороны низшего напряжения на сторону высшего на­ пряжения. Этот случай может быть особенно опасен для распределительных трансформаторов 22 000/400 В.

При падении волны величиной 3—3,5 кВ на одну фа­ зу обмотки низшего напряжения наибольшее напряже­ ние обмотки высшего напряжения равно:

(3 3,5) ~ ° - = 165-4-192 кВ.

Отсюда следует, что сети низкого напряжения также очень важно защищать от перенапряжений.