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

Рис. 5-3. Схема замещения многослойной обмотки трансформатора для определения начального распределения напряжения при импульсе.

При воздействии прямоугольного импульса напряжения на об­ мотку такого трансформатора начальное распределение напряжения ЕДОЛЬ k-то слоя будет:

190

ные емкости между соседними слоями заменены сосредоточенными

емкостями С В = 2 _ С / , включенными на концах каждого слоя. Емкость

стью Cgvn — Cgnl-

Из рис. 5-4 следует, что емкостная цепная схема, начиная со второго звена, состоит из звеньев с емкостью {2СѴ + Кѵ) • На каждом звене 'будет одинаковое падение напряжения. Следовательно, распре­ деление напряжения от начала к концу обмотки по отдельным слоям является линейным. Относительная разность напряжений между началами первого и второго слоев

дый слой питается с двух сторон и притом с одной стороны непо­

191

схемы замещения трансформатора, определяется из уравнения

Полагая U=l, с учетом (5-3) имеем:

Расчет для двух и трех слоев приведен в § 13-6. Расчет распре­ деления напряжения для числа слоев больше трех является трудной задачей без применения вычислительных машин.

Однако для оценки реальных соотношений в больших транс­ форматорах необходимо исследовать начальное распределение на-

и

пряжения в обмотке, состоящей более чем из трех слоев. Авторы

нии напряжения по слоевой обмотке с малым числом слоев имеют место сильное падение напряжения и значительные градиенты, осо­ бенно у линейного конца. С ростом числа слоев начальное распре­ деление все более приближается к линейному. Перепады напряже-

192

ния на концах слоев непрерывно уменьшаются. Отсюда следует, что неэкранированная слоевая обмотка с большим числом слоев подоб­ но используемой в измерительных трансформаторах напряжения име­ ет при импульсном воздействии больше преимуществ, чем неэкрани­

Если, однако, у входного слоя разместить экран, практически линейное распределение может быть достигнуто и при малом числе слоев, как показано на рис. 5-9 для экранированной обмотки из семи слоев.

5-2. Свободные колебания в многослойной обмотке

При импульсном воздействии колебания напряжения всех слоев обмотки происходят почти синхронно, чего нельзя сказать о колеба­ ниях напряжения внутри каждого слоя. Как видно из анализа на­ чального распределения напряжения, в середине отдельных слоев и прежде всего первого имеют место минимальные значения на­ пряжения, а это приводит к тому, что, кроме колебаний, характери­

торе с одинарной слоевой обмоткой, состоящей из 31 слоя, по изме­ рениям Эльснера. Четко выраженные колебания имеют место только в середине начальных слоев.

Обмотка с двойными слоями практически не имеет свободных колебаний внутри слоя. Этот факт объясняется тем, что два со­ седних слоя намотаны встречно, вследствие чего результирующая

Таким образом, обмотка с двойными слоями имеет лучшие свой­ ства по отношению к импульсам, чем одинарная. Однако стоимость

І94

в этом месте. Электростатическим экранированием входного слоя можно снизить это дополнительное напряжение.

Эти соображения были проверены опытами на трансформаторе [Л. 4-43], обмотка высшего напряжения которого состояла из шести слоев. Первый слой состоял из двух параллельных ветвей с линей­

с линейным вводом посередине первого слоя последний должен быть экранирован обязательно, если надо предотвратить повышение на­ пряжения.

5-3. Броневой трансформатор с дисковой обмоткой

Так же, как в случае слоевой обмотки, в броневом трансформа­ торе катушки с большой поверхностью имеют большую взаимную продольную емкость. Можно, следовательно, ожидать, что импульс­ ные характеристики трансформатора такого типа будут весьма бла­ гоприятны.

196

ше, чем нормальной цилиндрической обмотки, собранной из катушек,

ОБМОТКИ С УЛУЧШЕННЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 6-1. Общие соображения

Большое количество вариантов конструкций обмоток высшего напряжения трансформаторов с точки зрения защиты от атмосферных перенапряжений можно разде­ лить на две группы:

197

А. Обычные цилиндрические обмотки с дисковыми ка­ тушками, изоляция в которых выполнена так, чтобы вы­ держивать перенапряжения между катушками и витка­ ми, определяемые неблагоприятным начальным распре­ делением импульсного напряжения. В таких конструк­ циях, следовательно, не касаясь других способов сни­ жения перенапряжений во входных катушках (например, емкостный экран у первой катушки), необходимо обес­ печить, чтобы выбранная изоляция соответствовала элек­ трическим воздействиям на рассматриваемом участке. Естественно, такое решение требует тщательного иссле­ дования переходного процесса с помощью электронно­ лучевого осциллографа и является довольно дорогостоя щим.

Б. Начальное распределение, как известно, устанав­ ливается практически мгновенно после падения импульса на конец обмотки и зависит только от распределения ем­ костей в обмотке. Это начальное распределение (которое может быть выражено через гиперболические функции) довольно сильно отличается от конечного (квазистацио­ нарного) распределения напряжения и переход от одного состояния к другому сопровождается свободными коле­ баниями.

Второй тип конструкции характеризуется устранением причины свободных колебаний, которые приводят к пере­ напряжениям на изоляции, и обеспечивает выравнивание распределения импульсного напряжения в обмотке.

Разработанные для этой цели способы могут быть подразделены на две подгруппы в зависимости от типа обмотки.

При способе 1 «а» используются металлические экраны, которые, компенсируя емкостный ток на землю, регулируют электрическое поле, образующееся в момент приложения импульса, так что начальное распределение напряжения на обмотке сближается с квазистационар­ ным распределением. Этот способ был разрабо­ тан сначала для трансформаторов с заземленной ней­ тралью.

198

Способ 1 «б» включает следующие меры:

1) подключение цепочки соответствующих статических конденсаторов параллельно обмотке к ее отпайкам, что сразу выравнивает начальное распределение напряже­ ния;

2) переплетение витков двойных катушек согласно методу фирмы Инглиш Электрик (English Electric Co.) [Л. 6-2].

Способ 1 «в» включает:

1) подключение к отпайкам параллельно обмотке со­ противлений, если необходимо — нелинейных;

2) подсоединение комбинации емкостей и сопротив­ лений между линейным концом и соответственно выбран­ ным ответвлением обмотки.

2. Замена обычной катушечной обмотки слоевой обмоткой соответствует положениям второго способа. Слоевая обмотка сама по себе (без специальных мер), как показано в гл. 5, характеризуется тем, что лишь первый и последний слой имеют емкость на землю, а ее продольная емкость (из-за цилиндрической формы сло­

в простой цилиндрической катушечной обмотке, такая конструкция может иметь лучшие импульсные характе­ ристики, что подтверждается осциллографическими изме­ рениями. Слоевая обмотка обеспечивает, следовательно, как уменьшение емкости на землю, так и увеличение про­ дольной емкости.

Однако, чтобы полностью устранить свободные коле­ бания в слоевой обмотке, следует использовать дополни­ тельные меры: а) уменьшение емкости на землю (экра­ нирование емкости входного слоя на землю); б) увели­ чение продольной емкости (использование цепочки спе­ циально подобранных конденсаторов, включенных парал­ лельно обмотке).

Кроме этих основных исполнений катушечных и слое­ вых обмоток имеется еще ряд способов, применяемых для обмоток любого типа, таких как подавление свобод­ ных колебаний с помощью соединенной в треугольник третичной обмотки, замкнутой на соответствующее демп­ фирующее сопротивление, или устранение свободных ко­ лебаний в трансформаторе с изолированной нейтралью с помощью катушки Петерсена, специально предназна­ ченной для этой цели (см. гл. 7).

Î99