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

Так как экран расположен вдоль всей обмотки, он должен быть изолирован на полное напряжение. При­

поэтому часто экранируют только начальную часть об­ мотки.

Экран должен быть выбран во время проектирова­ ния трансформатора. Делать дополнительные изменения на готовых трансформаторах невозможно.

Опыты полностью подтверждают теоретические ре­ зультаты, полученные для экранированных трансформа­ торов.

2. Увеличение продольных емкостей

Путем соответствующего выбора величин продольных емкостей между витками или между катушками можно достигнуть линейного начального распределения напря­ жения вдоль обмотки, но практическое выполнение тако­ го устройства является трудным и дорогим. Поэтому рас­

ной обмотки трансфор­ матора в виде емкостной цепочки из п элементов. Чтобы

получить линейное распределение напряжения при за­

(рис. 6-2). Если на продольной емкости Кі будет также напряжение U, то получим:

С_

п

J

201

где

Ki = Ko + C/n.

Аналогично можно написать для емкости с номером х:

емкости показывает, что для того, чтобы получить линей­ ное начальное распределение напряжения, значение ем­ кости должно расти по мере приближения к началу об­ мотки. Усиление изоляции входных витков, ошибочно применяемое на практике, уменьшает емкость между вит­ ками и ухудшает распределение напряжения, что при­ водит к усилению колебаний и к опасности пробоя изоля­ ции. Из этих соображений рекомендуется применять равномерную изоляцию всей обмотки высокого напряже­ ния (см. гл. 3).

Авторы исследовали влияние на обмотку с изолиро­ ванным концом емкостной цепочки, включенной парал­ лельно. Из теории следует, что амплитуда свободных ко­ лебаний будет тем меньше, чем іболыне емкость звеньев емкостной цепочки. Амплитуда основной гармоники, как показывают опыты, уменьшается до приемлемого значе­ ния, если цепочка образована из одинаковых емкостей, равных

х > 1 0 С / = 1 0 ^

Увеличение продольной емкости достигается перепле­ тением витков по способу, предложенному фирмой Инглиш Электрик [Л. 6-2]. На рис. 6-3,а показано располо­ жение проводов в катушке, намотанной двумя провода­ ми, соединенных, как показано цифрами.

Этот способ может быть использован на всей обмот­ ке или только на входных катушках. На рис. 6-3,6 пока­ зан другой тип переплетенной обмотки. Авторы этой последней конструкции заявляют, что ее применение, на­ пример, в катушке диаметром 1,5 м, содержащей 24 вит-

202

ка, увеличивает эффективную продольную емкость при­ мерно в 30 раз по сравнению с обычной катушкой.

Увеличение продольной емкости переплетенной об­ мотки происходит вследствие того, что напряжение меж­ ду геометрически соседними витками много больше, чем в обычной обмотке.

Например, если принять линейное распределение на­ пряжения U на паре катушек с общим числом витков 2s, то для обмотки по рис. 6-3,а напряжение между вит­ ками 7 и 6, 6 и 2 и т. д. равно U/2*, тогда как в обычной обмотке оно равно >U/2(s—1).

и, следовательно, увеличение продольной емкости при переплетении составит:

203

Д ля пары катушек, переплетенных, как показано на рис. 6-3,а и имеющих всего 2s = 32 витка, продольная ем­ кость возрастает в 152 /2= 112,5 раза.

При переплетении витков параметр а для всей об­ мотки снизится до 2—5 против 10—30 для обычной об­ мотки.

Было разработано много вариантов описанной выше конструкции, которые, несмотря на существенные пре­ имущества с точки зрения электрических характеристик, весьма сложны в изготовлении.

При колебаниях внутри отдельных двойных катушек, из которых образована переплетенная обмотка, до уста­ новления квазистационарного распределения напряже­ ния в двойной катушке возникают значительные перена­ пряжения [Л. 6-8, 6-14, 6-16, 6-17]. Но так как эти коле­ бания очень быстро затухают (основная частота колеба­ ний равна 106 Гц), длительность воздействия на изоля­ цию этих перенапряжений чрезвычайно мала, так что

вобщем они.не опасны1 .

Впоследнее время появились предложения делать переплетенной лишь начальную часть обмотки [Л. 6-9,

6-12, 6-13]. Проведены исследования с целью найти благо­ приятное сочетание простой и дешевой катушечной обмот­ ки и дорогой, но с лучшими характеристиками при им­ пульсах переплетенной обмотки. В отличие от однород­ ных обмоток у частично переплетенной обмотки электри­ ческие свойства обеих частей обмотки сильно различа­ ются. Так, для нее не имеет смысла параметр а. В прин­ ципе с помощью частично переплетенной обмотки можно получить хорошее начальное распределение импульсного напряжения только во входной зоне. Градиент в начале обмотки при частичном переплетении становится мень­ ше, чем в непереплетенной обмотке, и таким же малым, как в полностью переплетенной обмотке. При этом наи­ больший градиент в непереплетенной части обмотки всег­ да значительно больше, чем в полностью переплетенной обмотке, и медленно снижается при увеличении перепле­ тенной части.

1 Перенапряжения внутри переплетенной пары катушек могут достигать опасных значений в случае, когда воздействующий на об­ мотку импульс напряжения содержит периодическую составляющую с частотой, близкой к собственной частоте колебаний переплетенной пары катушек (например, колебания после среза импульса). — Прим. ред.

204

На рис. 6-4,а приведен результат измерения началь­ ного распределения напряжения в частично переплетен­

Рис. 6-4. Начальное распределе­ ние импульсного напряжения по частично переплетенной обмотке.

ной обмотке в зависимости от числа п

б)

увеличения числа переплетенных катушек он становится ниже градиента на входе обмотки. Следовательно,

вувеличении переплетенной зоны нет необходимости.

3.Другие способы

Среди других способов улучшения распределения на­ пряжения можно отметить:

а) выравнивание начального распределения напря­ жения путем подсоединения цепочки сопротивлений (ре­ зисторов) параллельно обмотке. Здесь высокоэффектив­ ны нелинейные сопротивления, которые при определен-

205

ных обстоятельствах дают тот же результат, что и экран. Это керамические сопротивления, которые могут быть

при рабочем 'напряжении его сопротивление велико, так что оно не влияет на работу трансформатора. Если под действием перенапряжения через резистор проходит большой ток, его сопротивление уменьшается и напря­ жение между точками, где подключено сопротивление, снижается до безопасной величины. В этом случае со­

В то же время цепочка нелинейных резисторов, вклю­ ченных параллельно к ответвлениям от обмотки, приво­ дит практически к линейному распределению напряже­ ния по обмотке.

Тиритовые сопротивления применяются главным об­ разом между регулировочными ответвлениями.

б) Для проверки метода устранения свободных коле­ баний в обмотке с заземленным концом авторами были проведены измерения с емкостной цепочкой, состоящей

206

туды основной гармоники свободных колебаний в сере­ дине обмотки для цепочки из четырех элементов в функ­ ции отношения емкости элемента цепочки к емкости об­ мотки на землю х/СІ, полученная по осциллограммам. Кривая имеет заметный минимум для определенного значения к/СІ. Эти результаты привели к мысли иссле­ довать влияние лишь одного конденсатора, включенного, как показано на рис. 6-7, между началом и точкой вну­ три обмотки, на свободные колебания. Если выбрать до­ полнительную емкость к согласно выражению [Л. 6-1]

то получим полное исчезновение основной гармоники на участке 2. На участке /, как показывает опыт, основная

207

ствующая емкость. Как следует из рисунка, в этой точке ІІ/1^0,3 и соответствующее значение А'=і,05. На прак­ тике рекомендуется подключать дополнительную емкость вблизи этой точки.

В табл. 6-1 приведены значения емкостей на землю фазы обмотки высшего напряжения трехфазного транс­ форматора, когда обмотка низшего напряжения и бак заземлены.

Для устранения свободных колебаний оказывается полезным, как показывает опыт, включать последова­

подтверждаются экспериментально лишь при разомкну­ той вторичной обмотке.

Опыты, особенно на мощных трансформаторах с за­ земленной нейтралью, показывают, что при ограничен­ ных первой и второй гармониках остальные более высо­ кие гармоники могут приводить к значительным колеба­ ниям, которые, однако, можно уменьшить с помощью

.сопротивления, включенного последовательно с конденса­ тором. Более подробный анализ влияния этого сопротив­

208

деіМпфирующих сопротивлений. Переходный процесс в каждой точке однослойной обмотки при включении демпфирующего сопротивления может быть охарактери­

6-9. Пренебрегая взаимной индуктивностью, получаем