4.6.2. Сталий режим (або примушений режим)

Для імпульсної прямокутної хвилі напруги цей режим відповідає тривалому часу прикладення напруги t→∞. Через обмотку протікає "наскрізний" примушений струм i_пр. Ємнісні струми дорівнюють нулю, тому що ємності вже зарядилися. Схема заміщення представлена тільки індуктивними елементами (мал. 4.15).

Оскільки обмотка однорідна, то розподіл напруги по котушках (виткам) буде рівномірним, але залежить від режиму нейтралі. У випадку заземленої нейтралі примушена напруга U_пр рівномірно спадає до нуля (мал. 4.15, а) і може бути записано рівнянням

U_пр(х) = U_пад(1-х/l).

Рис. 4.15. Схема заміщення обмотки трансформатора в сталому режимі

Для ізольованої нейтрали струм через обмотку не тече i_пр=0. Отже, U_пр на початку й наприкінці обмотки однаково (мал. 4.16, б). U_пр = U_пад. Звідси треба, що у випадку з ізольованою нейтраллю кінець обмотки повинен мати таку ж ізоляцію, як і початок.

Рис. 4.16. Розподіл напруги уздовж обмотки трансформатора в різних стадіях: а) опір нейтралі дорівнює нулю; б) опір нейтралі дорівнює нескінченності

4.6.3. Перехідний процес

З мал. 4.16 випливає невідповідність між початковим і сталим режимами в обмотці трансформатора. Це приводить до виникнення перехідного процесу, де віссю коливань є прямі сталого режиму. Схема заміщення представлена на мал. 4.13, б, де кожна ячейка L, C, K представляє коливальний контур із власною частотою коливань від ω₁ до ω_∞. При цьому в обмотці можуть бути досягнуті максимальні потенціали більше U_пад.

де U_k(х) – вільна складова коливань, обумовлена як сума ординат (амплітуд) всіх гармонік у даній точці обмотки.

Максимальні потенціали уздовж обмотки описуються огинаючою максимальних потенціалів. Величина U_max залежить від режиму нейтралі. При заземленій нейтралі U_max ≤ (1,2-1,3) U_пад і попадає на початкові витки обмотки (мал. 4.16, а). При ізольованій нейтралі в перехідному режимі U_max ≤ 2U_пад і попадаю на кінець обмотки (мал. 4.16, б).

Перенапруги в перехідному режимі небезпечні для головної ізоляції. Тому головна ізоляція трансформатора повинна бути посилена:

- для заземленої нейтралі в початковій частині обмотки (1/3 від початку обмотки);

- для ізольованої нейтралі посилення необхідно робити по всій довжині, але особливо наприкінці обмотки.

4.6.4. Розподіл напруги уздовж обмоток 3-х фазного трансформатора

Імпульсні перенапруги впливають на трансформатор, як правило, з боку високої напруги, При цьому хвиля перенапруги може приходити як із ВЛ, так і по кабельній вставці. Розподіл напруги по обмотці 3-х фазного трансформатора залежить від:

- схеми з’єднань обмоток;

- режиму нейтралі.

Обмотки трансформатора з високої сторони для імпульсного впливу навантажені на повітряну ЛЕП або на кабель. Хвильовий опір повітряної лінії залежно від конструкції й класу напруги становить Z_Л = 250 ÷ 500 Ом. Хвильовий опір кабелю Z_К = 50 ÷ 100 ÷ 150 Ом. Хвильовий опір обмоток трансформатора Z_ТР = 10 000 Ом, тобто трансформатор навантажений на малий опір у порівнянні із власним. Для спрощення можна представити, що обмотки, по яких не приходять хвилі перенапруги, закорочені. Розглянемо різні схеми з’єднань, наведені на мал. 4.17.

Рис. 4.17. Еквівалентні схеми заміщення для аналізу перенапруг в обмотках трансформаторів: а - "зірка" із заземленою нейтраллю; б - "зірка" з ізольованою нейтраллю; в, г - схема заміщення для "зірки" з ізольованою нейтраллю