Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ влияния атмосферных и коммутационных перенапряжений на устройства электропитания систем ЖАТ 11
1.1. Анализ повреждений трансформаторов типа ОМ от атмосферных и коммутационных перенапряжений на Дальневосточной железной дороге 11
1.2. Анализ атмосферных и коммутационных перенапряжений 17
1.3. Анализ методов и средств защиты от перенапряжений трансформаторов типа ОМ 30
Выводы по первой главе и постановка задач диссертации 45
2. Исследование импульсных процессов на физической модели трансформатора 47
2.1. Описание физической модели трансформатора ОМ 47
2.2. Схема емкостных связей трансформатора 52
2.3. Описание установки эксперимента 58
2.4. Результаты эксперимента 66
Выводы по второй главе 69
3. Исследование импульсных процессов на математической модели трансформатора 71
3.1. Анализ математических моделей трансформатора и методы их решения 71
3.2. Разработка программного обеспечения для исследования воздействий на трансформатор атмосферных и коммутационных перенапряжений 76
3.3. Определение параметров элементов обмотки трансформатора ОМ 84
3.4. Математическая модель начального распределения напряжения по эквивалентным слоям высоковольтной обмотки трансформатора ОМ при действии продольных перенапряжений 92
3.5. Математическая модель начального распределения напряжения по эквивалентным слоям высоковольтной обмотки трансформатора ОМ при действии поперечных перенапряжений 104
3.6. Математическая модель трансформатора ОМ при действии продольных перенапряжений 110
3.7. Исследование импульсных процессов на математической модели трансформатора ОМ при действии продольных перенапряжений 123
3.8. Анализ электрической прочности и определение параметров изоляции трансформатора ОМ 131
Выводы по третьей главе 135
4. Защита устройств электропитания систем жат от перенапряжений 137
4.1. Методы и средства снижения перенапряжений в трансформаторах 137
4.2. Схема замещения и математическая модель экранированного трансформатора ОМ при действии продольных перенапряжений 141
4.3. Исследование импульсных процессов на математической модели экранированного трансформатора ОМ 143
4.4. Оценка экономической эффективности применения электростатических экранов для снижения градиентов перенапряжений в трансформаторах ОМ 148
Выводы по четвертой главе 150
Заключение 152
Библиографический список
- Анализ повреждений трансформаторов типа ОМ от атмосферных и коммутационных перенапряжений на Дальневосточной железной дороге
- Описание физической модели трансформатора ОМ
- Анализ математических моделей трансформатора и методы их решения
- Методы и средства снижения перенапряжений в трансформаторах
Введение к работе
Современные условия работы железных дорог, повышение скоростей и интенсивности движения поездов требуют все большей степени автоматизации управления процессом перевозок. Для чего необходимо повышение устойчивости электроснабжения устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ), которая определяется надежностью работы электроснабжения пунктов и линий питания автоблокировки, а также отдельных их элементов [1].
Энергетическая стратегия программы развития ОАО «РЖД» предусматривает полное и надежное энергообеспечение объемов перевозок грузов и пассажиров при неукоснительном снижении энергоемкости перевозочного процесса, минимизации энергетических составляющих себестоимости перевозок и обеспечения жизнедеятельности инфраструктуры железнодорожного транспорта [2].
Устройства ЖАТ, рассредоточенные вдоль железных дорог, на перегонах и на малых станциях, получают питание от высоковольтных линий автоблокировки (ВЛ АБ) напряжением 10 кВ и резервных линий продольного электроснабжения напряжением ЮкВ, 27.5кВ или 35кВ через однофазные трансформаторы типа ОМ (однофазный масляный) или ЗНОМ. Находят широкое применение для электроснабжения переездов, проходных сигналов автоблокировки, различных сигнальных точек, как однофазные, так и трехфазные комплектные трансформаторные подстанции. В качестве основного пребразователя используется трансформатор типа ОМ, понижающий напряжение с ЮкВ до 220В. Альтернативой масляных трансформаторов является применение на ряде дорог трансформаторов с литой изоляцией (ОЛ или ЗНОЛ) на основе эпоксидных компаундов, для которых отпадает необходимость в техническом обслуживании. Однако, большая разница тепловых коэффициентов линейного расширения эпоксидных компаундов и заливаемых ими метал-
Диссертация Шатров
6.
лических деталей, ограничивает использование трансформаторов- ОЛ, ЗНОЛ при. воздействии отрицательных температур, когда механические напряжения превышают допустимые. В результате чего в изоляции возникают механические разрушения: трещины, сколы; из-за обжатия маг-нитопроводов происходит ухудшение свойств электротехнической стали.
Весь этот электротехнический комплекс: ВЛ АБ, трансформаторы ОМ; аппаратура защиты, используемый в качестве основного питания (1 ОкВ), работает в сложной! электромагнитной! обстановке: и подвержен электростатическому и электромагнитному влиянию: контактной сети, линий*электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения (110, 220 и 500 кВ) и атмосферного-электричества:
При работе воздушной высоковольтной*линии (ВЛ) в; ней: возникают кратковременные импульсы напряжений* обусловленные коммутационными операциями, замыканиями на землю; грозовымифазрядами; которые могут во много раз превышать нормальные: рабочие, напряжения. Такие импульсы напряжений называются перенапряжениями? (ШН). Возникающие на каком-либо участке сети волны перенапряжения? распространяются по воздушным линиям электропередачи со скоростью, близ-койї к скорости света, и? достигают подстанций, релейных; шкафов (РШ), постов электрической; централизации- с установленным: на них оборудованием; втом числе трансформаторов ОМ:
Трансформаторы для волн грозовых и коммутационных перенапряжений являются устройствами с распределенными параметрами со сложными электромагнитными процессами, которые необходимо изучать и? от которых надо у меть і защищаться: Опыт эксплуатации трансформа-торовОМи устройств ЖАТ Забайкальской и Дальневосточной железных дорог (ДВжд) [3] показывает, что наибольшее число их повреждений происходит в летний грозовой период:
Грозовые перенапряжения в ВЛ" АБ; создаются прямым ударом мол-
Диссертация Шатров
ний в линию или за счёт индуктивного или электрического влияния в момент стекания тока молнии в землю через предметы или строения, расположенные рядом с ВЛ АБ.
Для ограничения воздействия прямых ударов молнии в трансформаторы ОМ, при треугольном расположении проводов ВЛ АБ, верхний провод используется в качестве защитного. Кроме того, на той же опоре, где смонтирован трансформатор, устанавливаются два высоковольтных разрядника типа РВП (разрядник вентильный подстанционный) для защиты трансформатора от продольных перенапряжений в ВЛ АБ (между проводом и землей).
Но, несмотря на имеющуюся защиту, трансформатор ОМ, как и сама защита, продолжает оставаться объектом поражения от перенапряжений.
Высокий процент повреждения трансформаторов ОМ в летний грозовой период (в среднем по дистанциям электроснабжения ДВжд число повреждений увеличивается в 3 раза), снижение качества электроснабжения устройств ЖАТ, приводят к нарушению нормального функционирования и отказам устройств, к задержкам поездов. Исследование процессов в трансформаторе ОМ при действии атмосферных и коммутационных перенапряжений, разработка мероприятий по усилению защиты трансформатора ОМ от перенапряжений является актуальной задачей.
В диссертационной работе на физической модели трансформатора ОМ исследуются волновые процессы, происходящие в обмотке при воздействии импульсных напряжений. На основе полученных результатов разрабатываются математическая модель трансформатора ОМ, адекватно отображающая волновые процессы, происходящие в высоковольтной обмотке (ВВО) для определения наиболее опасных мест в электрическом отношении при перенапряжениях и мероприятия по их уменьшению.
Диссертация Шатров
Цель работы заключается в совершенствовании защиты устройств электропитания систем ЖАТ от атмосферных и коммутационных перенапряжений за счет снижения градиентов потенциалов в слоях ВВО трансформаторов путем введения технологичных электростатических экранов.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений.
В первой главе диссертационной* работы проведен анализ повреждений трансформаторов ОМ< на ДВжд, рассмотрены источники перенапряжений, определено современное состояние вопроса, обеспечения защиты трансформаторов ОМ и устройств ЖАТ от перенапряжений [4], сформулированы задачи*и*методы исследований:
Вторая глава посвящена исследованиям на физической модели трансформатора ОМ распределения градиентов напряжения вдоль ВВО при действии импульсных напряжений. В качестве физической модели взят оригинал трансформатора типа ОМ 0.63/10кВ-71У1, выполненный согласно ГОСТа 677-65.
В третьей главе разработаны математические модели начального распределения напряжения в ВВО трансформатора ОМ при действии продольных (между элементами трансформатора) и поперечных (между элементами трансформатора и землей) перенапряжений. Разработана математическая модель трансформатора ОМ как цепная схема, с учетом взаимной индуктивности между слоями. Определены параметры схемы замещения трансформатора ОМ. Исследованы импульсные процессы в ВВО и проведен анализ электрической прочности изоляции. Для оценки адекватности математической модели определены коэффициенты корреляции между колебательными составляющими напряжения, полученными расчетным и опытным путями.
Диссертация Шатров
В четвертой главе проведен анализ методов и средств снижения перенапряжений в трансформаторах. Составлена схема замещения экранированного трансформатора ОМ, разработана его математическая модель и проведены исследования по распределению импульсных напряжений вдоль ВВО.
Основными положениями, выносимыми на защиту, являются:
Применение метода переменных состояния для описания схемы замещения трансформатора с распределенными параметрами, в котором используются матрично-топологические методы анализа, позволяющие создать полностью формализованные универсальные процедуры составления систем уравнений для любых схем.
Математическая модель трансформатора ОМ как цепная схема, с учетом взаимной индуктивности между слоями, адекватно отображающая волновые процессы, происходящие в многослойной обмотке.
Способ экранирования многослойной обмотки трансформатора ОМ-для выравнивания начального распределения напряжения при им-
t пульсном воздействии, в результате чего снижаются градиенты потен-
циалов и максимальные значения колебательных составляющих напряжения, воздействующего на продольную изоляцию трансформатора ОМ. Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Проведены теоретические и экспериментальные исследования по
воздействию атмосферных и коммутационных перенапряжений на уст
ройства электропитания систем ЖАТ, позволившие определить наиболее
опасные в электрическом отношении места, не соответствующие по
s уровню изоляции возникающим перенапяжениям, многослойной ВВО
трансформатора типа ОМ.
2. Разработана математическая модель двойной слоевой обмотки*
трансформатора, в схеме замещения которой 139 элементов с учетом
взаимной индуктивности между слоями, что дает возможность рассчи-
Диссертация Шатров
тать, выбрать и обосновать требования к средствам защиты, с целью, повышения надежности электроснабжения устройств ЖАТ.
3. Разработана методика расчета переходных процессов в много
слойной обмотке трансформатора, имеющей минимальную величину
постоянной цепи порядка 10"15, с помощью переменных состояния, по
зволяющая получать экстремальные значения, а также временные ха
рактеристики импульсов токов и напряжений в различных точках обмот
ки трансформатора при импульсном воздействии.
4. Произведена замена средних слоев обмотки, независимо от их ко
личества, эквивалентным слоем, что позволяет исследовать волновые
процессы в первых и последних слоях многослойной обмотки, как наи
более подверженных перенапряжениям при воздействии грозовых и
коммутационных импульсов.
Диссертация Шатров
Анализ повреждений трансформаторов типа ОМ от атмосферных и коммутационных перенапряжений на Дальневосточной железной дороге
Среди ключевыхзадач надежности систем железнодорожной автоматики приоритетное место занимает проблема электромагнитной совместимости (ЭМС). Особенно остро она проявилась для цифровых устройств, в частности микропроцессоров, где энергия сигнала на несколько порядков ниже энергии помех, существующих в системах железнодорожной автоматики. Не менее актуальна проблема ЭМС для электротехнических устройств, включая трансформаторы ОМ, от которых зависит качество электроснабжения рельсовых цепей, светофорных ламп и релейных схем [5, 6].
Распределенное вдоль железных дорог оборудование железнодорожной автоматики располагается в РШ и постах электрической централизации. Основное питание устройства в РШ и на малых станциях получают от ВЛ АБ напряжением 10кВічерез однофазные трансформаторы типа ОМ: На ДВжд расположены девять дистанций электроснабжения. Это ЭЧ - 1 (Облучье), ЭЧ - 2 (Хабаровск), ЭЧ - 3 (Уссурийск), ЭЧ - 4 (Владивосток), ЭЧ - 5 (Комсомольск), ЭЧ - 6 (Ружино), ЭЧ - 8 (Новый Ургал), ЭЧ - 9 (Февральск), ЭЧ - 10 (Тында). В хозяйствах этих дистанций эксплуатируются свыше 5000 трансформаторов типа ОМ. В таблице (таб.) 1.1 показано количество трансформаторов по дистанциям электроснабжения.
Подверженность ВЛ АБ, вследствие большой протяженности и относительного возвышения над поверхностью земли, воздействиям грозовых разрядов, а также различные аварийные режимы линий (включение и выключение, замыкание на землю) приводят к влиянию перенапряжений на трансформаторы ОМ. Наиболее опасными считаются перенапряжения; вызываемые атмосферными причинами.
По данным Февральской-дистанции электроснабжения ДВжд в 2006 году зарегистрированы 64! случая повреждений и отказов в работе уст ройств электроснабжения. При этом наибольшее количество повреждений - 20.3% приходится на выходы из строя трансформаторов типа ОМ; 18.8% на перегорание высоковольтных предохранителей; 10.9% на разрушение изоляторов; 4.6% на повреждение разрядников. Нарушение в электроснабжении привели к 17 случаям отказа устройств ЖАТ. Сравнительный анализ повреждений по видам устройств в ЭЧ - 9 (Февральск) приведен в таб. 1.4.
В эти месяцы наблюдается наибольшее количество грозовых дней и предположительно это является причиной выхода из строя трансформаторов ОМ. Характер повреждений обмоток трансформаторов указывает именно на это. Обследование 35-ти сгоревших трансформаторов ОМ, принадлежащих Комсомольской и Февральской дистанциям электроснабжения, выявило следующие виды повреждений: выгорели первые слои ВВО - 6шт.; выгорели последние слои ВВО - 8шт.; выгорела средняя часть ВВО - 2шт.; сгорела вся ВВО - Зшт.; отгорели выводные концы ВВО - 2шт; сгорела низковольтная обмотка (НВО) - 10шт.; перекрытие между ВВО. и НВО - 4шт. Из результатов обследования видно, что 40% повреждений приходится на первый (6шт.) и последний (8шт.) слои. Именно эти слои, согласно [7], в первую очередь подвергаются действию волн грозовых перенапряжений.
Особенностями этих дистанций (ЭЧ - 5, ЭЧ - 8, ЭЧ - 9) являются: автономная тяга поездов, где нет экранирующего действия контактной сети; горный рельеф местности, где сложен процесс растекания тока молнии в земле, и трудно обеспечить нормальное сопротивление зазем-лителя; близость рек, болот и озер, где формируются повышенные объемные электрические заряды. На «северных» участках ДВжд наблюдается,сильное вспучивание почвы, в результате чего происходит выталкивание заземляющих электродов из почвы, что ведет к снижению грозозащиты.
На равнинных электрифицированных участках, каким в большинстве своем является Хабаровский энергоучасток, повреждения трансформаторов наблюдаются в меньшей степени, но пик поломок также приходится на летние месяцы. На рис. 1.2 - 1.4 показаны повреждения трансформаторов ОМ в ЭЧ - 2 (Хабаровск) за 2004, 2005 и 2006 года.
Описание физической модели трансформатора ОМ
Однофазные масляные трансформаторы типа ОМ мощностью 0.63 и 1.25кВА, с переключением без возбуждения (ПБВ), включаемые в сеть переменного тока частотой 50Гц, предназначены для питания аппаратуры сигнализации и автоблокировки, железных дорог.
Трансформаторы предназначены для наружной и внутренней установки в следующих условиях: 1) высота над уровнем моря не более 1000м; 2) температура окружающего воздуха от минус 60С до плюс 40С в условиях холодного климата (исполнение ХЛ); от минус 45С до плюс 40С в условиях умеренного климата (исполнение У).
Трансформаторы не предназначены для работы в условиях тряски, вибрации, ударов, взрывоопасной и химически агрессивной среды [39].
В качестве физической модели взят оригинал трансформатора типа ОМ 0.63/10кВ-71У1, выполненный, согласно ГОСТа 677-65. Основные технические данные трансформатора приведены в таб. 2.1. Допуски на основные характеристики приведены,в таб. 2.2.
В аварийных случаях, например при выходе из строя параллельно включенного трансформатора, независимо от окружающей.температуры и предшествовавшей нагрузки, допускаются кратковременные перегрузки трансформатора: 30% - в течение 2 часов; 40% - в течение 80 минут; 60% - в течение 45 минут; 75% - в течение 20 минут; 100% - в течение 10 минут. Диссертация Шатров
Магнитопровод трансформатора броневого типа собирается из хо-лоднокатанной электротехнической стали. Для изготовления обмоток высокого (ВН) и низкого (НН) напряжений применяются медные обмоточные провода марки ПЭТВ-2 диаметром 0.20 + 0.25мм для ВН и 0.80 + 0.90мм для НН. В физической модели ВВО намотана проводом ПЭВ диаметром 0.25мм. Расположение слоев обмоток трансформатора показано на рис. 2.1.
НВО имеет 380 витков и отделена от магнитопровода двумя слоями электрокартона толщиной по 0.5мм. НВО намотана медным проводом ПЭТВ-2 диаметром 0.90мм (с учетом изоляции 0.99мм). Ширина холостого (изоляционного пространства) витка (Хв.нво) с каждой стороны слоя дели кабельная бумага имеет толщину 0.12мм). ВВО отделяется от НВО
Диссертация Шатров слоями электрокартона толщиной по 0.5мм. ВВО имеет 16520 витков и диаметр провода с учетом изоляции 0.26. Ширина холостого витка (Хв.вво) с каждой стороны слоя ВВО равна по 20мм. В начале и в конце ВВО наматывается проводом диаметром 0.80мм, с учетом изоляции 0.88мм, по 10 витков с каждой стороны, необходимым для усиления механической прочности выводных»концов. Число витков в первом слое ВВО:
Принимаем число слоев с проводом 0.25мм = 38. В последнем слое \/\/витпосл.вво = 322 витка. Итого ВВО имеет 40 слоев. В первом слое 390 витков, в последнем 322 витка, в остальных по 416 витков.
Каждый слой отделяется от другого кабельной бумагой толщиной 0.08мм (в физической модели - 0.12мм). Верхний слой ВВО покрывается двумя слоями электрокартона толщиной по 0.5мм и обматывается хлоп-чатобумажнойлентой. Затем обмотка пропитывается электроизоляционным лаком и просушивается.
Крышка трансформатора штампованная. В нижней части бака приварен штуцер со сливной пробкой, при частичном отвинчивании которой можно брать пробу масла. Сливная пробка и крышка бака трансформатора пломбируются. Для крепления трансформатора на опоре трансформатор имеет скобу. На крышке трансформатора установлены съем Диссертация Шатровные вводы ВН и НН, а также клапан, служащий для предотвращения сообщения полости трансформатора с окружающей средой, компенсации в трансформаторе избыточного давления при изменении- температуры трансформатора и окружающей среды от минус 60С до плюс 40С. Регулирование напряжения производится в пределах ±2 2.5%. На стороне НН трансформатора устанавливается пробивной предохранитель на напряжение 1001 ч- 1600В [39].
Анализ математических моделей трансформатора и методы их решения
При разработке высоковольтных трансформаторов надо знать, как выполнить изоляцию обмоток, чтобы она выдерживала атмосферные и коммутационные перенапряжения. Для этого надо определить электрические напряжения во всех опасных точках обмотки» и прочность соответствующей изоляции.
Прочность изоляции определяется при лабораторных испытаниях. Величины электрических напряжений должны быть рассмотрены в каждой конструкции трансформатора самостоятельно.
На рис. 2.7 показана схема расположения отпаек ВВО, необходимых для снятия осциллограмм. Отпайки сделаны в первом и втором слоях, в девятнадцатом и двадцатом, в тридцать девятом и сороковом. В слое отпайки расположены в начале, середине и конце. Кроме того, в первом и последнем слоях, отпайки сделаны в месте соединения усиленного провода (0.80мм) и основного (0.25мм).
Экспериментально показано [7], что импульсные процессы при пониженном напряжении в трансформаторе, вынутом из бака, мало отличаются от процессов при полном напряжении в трансформаторе, помещенном в бак. Так как значительную часть емкости ВВО на землю составляет емкость на вторичную обмотку (НВО) и магнитопровод, а раз Диссертация Шатров личие в диэлектрических проницаемостях масла и воздуха мало влияет на импульсные процессы.
Диссертация Шатров Поэтому нет необходимости обмотку с магнитопроводом помещать в бак с маслом, тем более что при этом возникли бы трудности вывода отпаек наружу. Внешний вид физической модели показан на рис. 2.8
Предварительные эксперименты показали линейную зависимость исследуемых процессов от напряжения импульса, действующего на обмотку, по этому, по результатам, полученным при опытах с низким импульсным напряжением, можно судить о напряжениях при воздействии импульсов с большой амплитудой.
При эксперименте необходимо принимать во внимание схему включения вторичной обмотки, которая может быть разомкнутой, замкнутой
Диссертация Шатров на сопротивление или накоротко, заземленной и т. д. Согласно, [7] НВО не оказывает влияния на распределение напряжения в ВВО при частотах свыше 20кГц. При проведении исследования воздействия импульсных напряжений на физическую модель трансформатора ОМ, вторичная обмотка оставалась разомкнутой.
В работе [6] говорится, что импульсные воздействия напряжения на различные системы железнодорожной автоматики во многих случаях имеют крутые фронты и спады. Такая форма импульсов по спектральному составу близка к прямоугольной. Следовательно, с позиции наихудших условий желательно проводить экспериментальные исследования защитных средств ж. д. автоматики с импульсами прямоугольной формы.
Наиболее просто формировать импульс экспоненциальной формы (разряд предварительно заряженного конденсатора). U(t) = Uo»r,/T, (2.13) где Uo- амплитуда экспоненциального импульса, т - постоянная времени экспоненты.
Необходимым и достаточным требованием для обеспечения эквивалентности воздействия импульсов прямоугольной и экспоненциальной формы является выполнение условий одинаковости их активной ширины спектра Afn и Af3, а также полных энергий Wn и W3.
Диссертация Шатров где An, Аэ - амплитуды прямоугольного и экспоненциального импульсов; tnn - Длительность прямоугольного импульса; tns - длительность экспоненциального импульса на уровне 0.5Аэ.
Известно, что по мере роста числа приложенных импульсов будет расти магнитный поток. Магнитный поток в магнитопроводе после окончания импульса u(t) будет: со Ф = (1Ш)« Ju-dt + Фг; (2.16) О со ДФ = (1/] 0» Ju»dt, (2.17) о где Фг-остаточный поток в магнитопроводе до приложения импульса u(t); N - число витков. При размагниченном магнитопроводе поток в конце первого импульса достигает значения Ф1 = ДФ = (1Ш)« Ju»dt (2.18) о и снизится после, окончания импульса до величины остаточного потока Фг1 (рис.2.9). В конце второго импульса поток будет Ф2 = АФ + Ф1г (2.19) и снова снизится до остаточного потока Ф2г. Последующие импульсы создадут потоки ФЗ, Ф4,... и остаточные потоки ФЗг, Ф4г... Это будет происходить до тех пор, пока не выполнится для п - го импульса отношение АФ = Фп - Фпг, (2.20) после чего последующие импульсы не будут приводить к увеличению потока в магнитопроводе.
Диссертация Шатров И ІЗ Рис. 2.9. Кривая намагничивания и кумулятивное действие последовательно приложенных импульсов при первоначально размагниченном магнитопроводе
Вызванный импульсом напряжения u(t) квазистационарный ток i«c, протекающий через обмотку, определяется выражением ipf=(l/L).Ju.dt, (2.21) где L - индуктивность обмотки с учетом магнитопровода.
Следовательно, квазистационарный ток обмотки обратно пропорционален индуктивности, величина которой меняется из-за нелинейности характеристики намагничивания [7].
Исходя из этого, для проведения опытов, в качестве источника импульсных напряжений использовалась конденсаторная батарея, состоящая из четырех, последовательно соединенных, конденсаторов К50-37, 22000мкФ+50%, 63В общей емкостью 5500мкФ. Напряжение импульса равно 150В. Омическое сопротивление ВВО равно 2.2кОм, при этом ква Диссертация Шатров зистационарный ток прямоугольного импульса большой длительности будет 0.068А, что соответствует номинальному току, при переменном напряжении ЮкВ.
На рис. 2.10 представлена схема установки эксперимента, которая состоит из физической модели трансформатора ОМ; конденсаторной батареи С; запоминающего, осциллографа N (С8-13); импульсного трансформатора ИТ- (МИТ-4В); триггера Тг, собранного на логическом неин-вертирующем элементе микросхемы К176ЛП2; электронного ключа Haf транзисторах Т1 (КТ315И) и Т2 (КТ840Б); диодов Д1 (ВЛ25-7) и Д2 (Д112-16-10); резисторов R1 - R5; выключателей-В и В1; регулируемого источника переменного напряжения (ЛАТР).
Методы и средства снижения перенапряжений в трансформаторах
Вопрос о защите трансформаторов можно поставить достаточно широко, включив сюда не только борьбу с уже возникшими перенапряжениями, но и меры предупреждения перенапряжений. С этой точки зрения, кроме защиты собственно трансформатора, должны быть включены вопросы об устройстве линии, подстанции и станции. Эти вопросы- составляют предмет самостоятельного большого исследования, выходящие за рамки данной работы, где в разделе 1.3 рассмотрены только основные направления защиты трансформаторов.
Все меры и средства снижения перенапряжений в трансформаторах можно разделить на две группы: внешние (разрядники, ограничители перенапряжений) и внутренние (электростатические экраны). В трансформаторах типа ОМ отечественного производства внутренняя защита в виде электростатических экранов не применяется. В трансформаторах ОЛ электростатические экраны служат для- снижения перенапряжений на одном конце ВВО и для защиты от попадания потенциала ВВО на НВО. Экраны в виде разомкнутого витка медной фольги, применяются в трансформаторах ЗНОМ и устанавливаются снаружи,ВВО, охватывая ее по диаметру. Такие экраны не технологичны в изготовлении и не снижают градиентных перенапряжений на другом конце ВВО.
Известно, что емкость на землю однослойной обмотки вызывает нелинейное начальное распределение напряжения при импульсе. Переход от нелинейного начального распределения напряжения к конечному сопровождается свободными колебаниями. Увеличение емкости между витками (продольной емкости) выравнивает начальное распределение напряжения, приближая его к линейному. Уменьшение емкости на землю и одновременное увеличение продольной емкости, таким образом,
Диссертация Шатров уменьшают свободные колебания в обмотке; В;трансформаторах со слоевой обмоткой, каким является трансформатор ОМ, при импульсном воздействии колебания напряжения всех слоев обмотки происходят почти синхронно, внутри каждого слоя имеют место собственные колебания; Согласно [7] на величину градиента в начале обмотки значительно влияет емкость на землю первого слоя, которая обуславливает некоторую деформацию; начального распределения напряжения в первом слое. Если первый слой экранирован; то устраняются как его емкость на- землю, так и частично емкостное влияние соседних слоев. В этом; случае будут практически устранены колебания?во всей обмотке.
Действие экрана; присоединенного к выводу высшего напряжения и охватывающего обмотку можно уяснить из; рис. 4-1, где: показаны направления; и значения емкостных токовдляслучая;С= К при заземлен-номіконце обмотки: Соответствующим расположением экрана добиваются, чтобы зарядные: токи? М емкостейЇ элементов обмотки: на» землю; G не протекалипо продольнымемкостям- К. Через емкости КІтекут емкостные токи; обусловленныезаземлениемконцаобмотки; Отсюда следует условие зависимости: емкости: между экраном? и: обмоткой от расстояния» х, отсчитываемого от началаюбмотки [7]: с f v X G(x) = .—1Г, (4:1) где С(х) - емкость экрана относительно обмотки, отнесенная к осевой длине; L -длина; обмотки:
Чтобы начальное и конечное распределение напряжений совпадали; необходимо скомпенсировать емкостные токи на землю по всей длине обмотки; На практике это соотношение по конструктивным соображениям- применяется редко; поэтому используется экран: с постоянной емкостью С(х): Диссертация Шатров Для устранения свободных колебаний в слоевой обмотке, можно использовать другие дополнительные меры [7]:
а) увеличение продольной емкости с помощью цепочки специально подобранных конденсаторов, включенных параллельно входному слою обмотки;
б) выравнивание начального распределения напряжения путем под соединения цепочки сопротивлений (резисторов) параллельно входному слою, которые при определенных обстоятельствах дают тот же резуль тат, что и экран;
в) включение последовательно с конденсаторами, присоединенных параллельно входному слою обмотки, соответствующим образом вы бранных сопротивлений, которые способствуют быстрому затуханию ос тающихся свободных колебаний.
