แรงดันไฟฟ้าเกินในขดลวดของหม้อแปลง

การเลือกขนาดและการออกแบบของฉนวนหม้อแปลงนั้นเป็นไปไม่ได้หากไม่ได้พิจารณาความเค้นที่กระทำต่อส่วนต่าง ๆ ของฉนวนหม้อแปลงระหว่างการใช้งานและการทดสอบที่ออกแบบมาเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานของหม้อแปลงที่เชื่อถือได้

ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าที่กระทำต่อฉนวนของหม้อแปลงเมื่อคลื่นฟ้าผ่ากระทบกับอินพุตมักจะเป็นตัวชี้ขาด แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าแรงดันไฟฟ้าอิมพัลส์ ในเกือบทุกกรณีจะเป็นตัวกำหนดทางเลือกของฉนวนขดลวดตามยาว และในหลายกรณี ฉนวนขดลวดหลัก ฉนวนอุปกรณ์สวิตชิ่ง เป็นต้น

การใช้เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในการกำหนดแรงดันเกินช่วยให้สามารถย้ายจากการพิจารณาเชิงคุณภาพของกระบวนการอิมพัลส์ในขดลวดไปสู่การคำนวณโดยตรงของแรงดันเกินและการนำผลลัพธ์ไปใช้ในการออกแบบ

ในการคำนวณแรงดันไฟฟ้าเกิน ขดลวดของหม้อแปลงจะแสดงด้วยวงจรสมมูลที่สร้างการเชื่อมต่อแบบอุปนัยและแบบคาปาซิทีฟระหว่างองค์ประกอบของขดลวด (รูปที่ 1)วงจรสมมูลทั้งหมดพิจารณาความจุระหว่างรอบและระหว่างขดลวด

รูปที่ 1 วงจรสมมูลของหม้อแปลง: UOV - คลื่นตกกระทบในขดลวดไฟฟ้าแรงสูง, UOH - คลื่นตกกระทบในขดลวดแรงดันต่ำ, SV และ CH - ความจุระหว่างรอบของขดลวดไฟฟ้าแรงสูงและต่ำตามลำดับ, SVN - ความจุระหว่าง ขดลวดไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำ

กระบวนการคลื่นในหม้อแปลง

หม้อแปลงจะถูกพิจารณาว่าเป็นองค์ประกอบอุปนัย โดยคำนึงถึงความจุไฟฟ้าระหว่างวงจร ความจุระหว่างหน้าจอกับตัวเหนี่ยวนำ และระหว่างตัวเหนี่ยวนำและกราวด์ (รูปที่ 2a)

สูตรต่อไปนี้ใช้ในการคำนวณแรงดันไฟฟ้าเกิน:

โดยที่: t คือเวลาหลังจากการมาถึงของคลื่นไปยังหม้อแปลง, T คือค่าคงที่เวลาแรงดันเกิน, ZEKV คือความต้านทานวงจรสมมูล, Z2 คือความต้านทานของเส้น, Uo คือแรงดันเกินในเวลาเริ่มต้น

รูปที่ 2 การแพร่กระจายของคลื่นแรงดันไปตามขดลวดของหม้อแปลงที่มีสายดินเป็นกลาง: ก) แผนผัง, ข) การพึ่งพาคลื่นแรงดันตามความยาวของขดลวดสำหรับหม้อแปลงเฟสเดียวที่มีขั้วต่อสายดิน: Uo — คลื่นแรงดันตก, ∆Ce - ความจุระหว่างขดลวดและหน้าจอ, ∆Ck - ความจุโดยธรรมชาติระหว่างรอบ, ∆С3 - ความจุระหว่างขดลวดกับพื้น, ∆Lк - ความเหนี่ยวนำของชั้นขดลวด

เนื่องจากมีทั้งตัวเหนี่ยวนำและความจุในวงจรสมมูล วงจร LC แบบสั่นจึงเกิดขึ้น (ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าแสดงในรูปที่ 2b)

แอมพลิจูดของการแกว่งคือ 1.3 — 1.4 ของแอมพลิจูดของคลื่นตกกระทบ เช่นUpep = (1.3-1.4) Uo และค่าแรงดันไฟเกินที่ใหญ่ที่สุดจะเกิดขึ้นที่ส่วนท้ายของขดลวดที่สามแรกดังนั้นในการก่อสร้างหม้อแปลง 1/3 ของขดลวดจึงมีฉนวนเสริมเมื่อเทียบกับส่วนที่เหลือ .

เพื่อหลีกเลี่ยงแรงดันไฟเกิน กระแสชาร์จของตัวเก็บประจุที่เกี่ยวข้องกับกราวด์จะต้องได้รับการชดเชย เพื่อจุดประสงค์นี้จะมีการติดตั้งหน้าจอเพิ่มเติม (ตัวป้องกัน) ในวงจร เมื่อใช้หน้าจอ ความจุของขดลวดไปยังหน้าจอจะเท่ากับความจุของการหมุนสู่โลก เช่น ∆CE = ∆C3

การป้องกันจะดำเนินการในหม้อแปลงที่มีระดับแรงดันไฟฟ้า UH = 110 kV และสูงกว่า มักจะติดตั้งโล่ใกล้กับปลอกหม้อแปลง

หม้อแปลงเฟสเดียวที่มีความเป็นกลางแยก

การมีอยู่ของค่าความเป็นกลางที่แยกได้หมายความว่ามีความจุ Co ระหว่างโลกและขดลวด กล่าวคือ ความจุถูกเพิ่มเข้าไปในวงจรสมมูลของหม้อแปลงเทอร์มินอลลงดิน แต่หน้าจอจะถูกลบออก (รูปที่ 3a)

รูปที่ 3 การแพร่กระจายของคลื่นแรงดันไปตามขดลวดของหม้อแปลงที่มีความเป็นกลางที่แยกได้: ก) แผนผังของหม้อแปลงที่เทียบเท่า ข) การพึ่งพาของแรงดันคลื่นที่ตกกระทบกับความยาวของขดลวด

วงจรการสั่นก็เกิดขึ้นด้วยวงจรสมมูลนี้เช่นกัน อย่างไรก็ตามเนื่องจากความจุ Co จึงมีวงจร LC แบบสั่นพร้อมการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวเหนี่ยวนำและความจุ ในกรณีนี้ด้วยค่าความจุที่สำคัญ Co แรงดันไฟฟ้าสูงสุดจะปรากฏที่ส่วนท้ายของขดลวด (แรงดันไฟฟ้าเกินสามารถเข้าถึงค่าได้สูงสุด 2Uo) ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงแรงดันคร่อมขดลวดแสดงในรูปที่ 3b

เพื่อลดแอมพลิจูดของการสั่นของแรงดันไฟฟ้าเกินในขดลวดของหม้อแปลงที่มีความเป็นกลางที่แยกได้ จำเป็นต้องลดความจุของเอาต์พุต C เมื่อเทียบกับกราวด์หรือเพื่อเพิ่มความจุในตัวเองของขดลวด มักจะใช้วิธีหลัง เพื่อเพิ่มความจุในตัวเอง ∆Ck ระหว่างขดลวดของขดลวดไฟฟ้าแรงสูง แผ่นตัวเก็บประจุพิเศษ (วงแหวน) จะรวมอยู่ในวงจร

กระบวนการคลื่นในหม้อแปลงสามเฟส

ในหม้อแปลงสามเฟส ลักษณะของกระบวนการแพร่กระจายคลื่นตกกระทบไปตามขดลวดและขนาดของแรงดันไฟฟ้าเกินนั้นได้รับอิทธิพลจาก:

ก) แผนภาพการเชื่อมต่อขดลวด

b) จำนวนเฟสที่คลื่นซัดมาถึง

หม้อแปลงสามเฟสที่มีขดลวดไฟฟ้าแรงสูง เชื่อมต่อกับดาวที่เป็นกลางที่มีสายดินอย่างแน่นหนา

ให้คลื่นเสิร์จที่ตกกระทบเข้ามาในเฟสหนึ่งของหม้อแปลง (รูปที่ 4)

กระบวนการแพร่กระจายของคลื่นแรงดันเกินไปตามขดลวดในกรณีนี้จะคล้ายกับกระบวนการในหม้อแปลงเฟสเดียวที่มีสายดินเป็นกลาง (ในแต่ละเฟสแรงดันไฟฟ้าสูงสุดจะอยู่ใน 1/3 ของขดลวด) ในขณะที่ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับระยะที่คลื่นซัดมาถึง เหล่านี้. ค่าของแรงดันเกินในส่วนนี้ของขดลวดเท่ากับ Upep = (1.3-1.4) Uo

รูปที่ 4 วงจรสมมูลของหม้อแปลงสามเฟสที่มีขดลวดไฟฟ้าแรงสูงเชื่อมต่อกับดาวที่มีเครือข่ายสายดินที่เป็นกลาง คลื่นซัดเข้ามาในระยะหนึ่ง

หม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงแบบสามเฟสที่เชื่อมต่อด้วยดาวที่มีความเป็นกลางแบบแยกส่วน

ให้คลื่นซัดเข้ามาในระยะหนึ่งวงจรสมมูลของหม้อแปลงเช่นเดียวกับการแพร่กระจายของคลื่นตกกระทบในขดลวดหม้อแปลงแสดงในรูปที่ 5

รูปที่ 5 วงจรสมมูลของหม้อแปลงสามเฟสที่มีขดลวดไฟฟ้าแรงสูงเชื่อมต่อกับดาว (a) และการพึ่งพา U = f (x) สำหรับกรณีที่คลื่นเข้ามาในเฟสเดียว (b)

ในกรณีนี้ โซนการสั่นสองโซนแยกกันจะปรากฏขึ้น ในเฟส A จะมีช่วงการสั่นหนึ่งช่วงและเงื่อนไขที่เกิดขึ้น และในเฟส B และ C จะมีวงจรการสั่นอีกช่วงหนึ่ง ช่วงการสั่นจะแตกต่างกันในทั้งสองกรณี แรงดันไฟฟ้าเกินที่ใหญ่ที่สุดจะอยู่บนขดลวดที่ได้รับคลื่นเสิร์จที่ตกกระทบ ที่จุดศูนย์แรงดันไฟเกินสูงถึง 2/3 Uo เป็นไปได้ (ในโหมดปกติในขณะนี้ U = 0 ดังนั้นแรงดันไฟเกินที่เกี่ยวข้องกับแรงดันใช้งาน Uoperation จึงเป็นสิ่งที่อันตรายที่สุดสำหรับมันเนื่องจาก U0 >> Uoperation)

ให้คลื่นเสิร์จผ่านสองเฟส A และ B วงจรสมมูลของหม้อแปลงและการแพร่กระจายคลื่นตกกระทบในขดลวดของหม้อแปลงแสดงใน รูปที่ 6

รูปที่ 6 วงจรสมมูลของหม้อแปลงสามเฟสที่มีขดลวดไฟฟ้าแรงสูงเชื่อมต่อกับดาว (a) และการพึ่งพาอาศัยกัน U = f (x) สำหรับกรณีที่คลื่นมาในสองเฟส

ในขดลวดของเฟสที่คลื่นมา แรงดันไฟฟ้าจะเป็น (1.3 — 1.4) Uo แรงดันไฟฟ้าที่เป็นกลางคือ 4/3 Uo เพื่อป้องกันแรงดันไฟเกิน ในกรณีนี้ สายดินจะเชื่อมต่อกับความเป็นกลางของหม้อแปลง

ให้คลื่นเสิร์จเป็น 3 เฟส วงจรสมมูลของหม้อแปลงและการแพร่กระจายของคลื่นตกกระทบในขดลวดหม้อแปลงแสดงในรูปที่ 7

รูปที่ 7วงจรสมมูลของหม้อแปลงสามเฟสที่มีขดลวดไฟฟ้าแรงสูงเชื่อมต่อกับดาว (a) และการพึ่งพา U = f (x) สำหรับกรณีที่คลื่นมาในสามเฟส

กระบวนการแพร่กระจายของคลื่นแรงดันเกินในแต่ละเฟสของหม้อแปลงสามเฟสจะคล้ายกับกระบวนการในหม้อแปลงเฟสเดียวที่มีเอาต์พุตแยก แรงดันไฟฟ้าสูงสุดในโหมดนี้จะอยู่ในสถานะเป็นกลางและจะเป็น 2U0 กรณีของแรงดันไฟฟ้าเกินของหม้อแปลงนี้รุนแรงที่สุด

หม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงสามเฟสแบบเดลต้า-พันด์

ปล่อยให้คลื่นเสิร์จผ่านเฟส A ของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงสามเฟสที่เชื่อมต่ออยู่ในเดลต้า ส่วนอีกสองเฟส (B และ C) ถือว่าต่อสายดิน (รูปที่ 8)

รูปที่ 8 วงจรสมมูลของหม้อแปลงสามเฟสที่มีขดลวดไฟฟ้าแรงสูงเชื่อมต่อในเดลต้า (a) และการพึ่งพาอาศัยกัน U = f (x) สำหรับกรณีที่คลื่นเข้ามาในเฟสเดียว

ขดลวด AC และ BC จะสัมผัสกับแรงดันไฟเกิน (1.3 — 1.4) Uo แรงดันไฟฟ้าเกินเหล่านี้ไม่เป็นอันตรายต่อการทำงานของหม้อแปลง

ให้คลื่นแรงดันเกินมาในสองเฟส (A และ B) กราฟอธิบายแสดงในรูปที่ 9 ในโหมดนี้ การแพร่กระจายของคลื่นแรงดันเกินในขดลวด AB และ BC จะคล้ายกับกระบวนการในขดลวดที่สอดคล้องกันของ a ขั้วหม้อแปลงสามเฟสต่อสายดิน เหล่านี้. ในขดลวดเหล่านี้ค่า overvoltage จะเป็น (1.3 — 1.4) Uo และในขดลวด AC จะถึงค่า (1.8 — 1.9) Uo

รูปที่ 9 การพึ่งพา U = f (x) สำหรับกรณีที่คลื่นแรงดันเกินผ่านสองเฟสของหม้อแปลงสามเฟสที่มีขดลวดไฟฟ้าแรงสูงเชื่อมต่ออยู่ในเดลต้า

ให้คลื่นเสิร์จผ่านทั้งสามเฟสของหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสที่มีขดลวดเดลต้าต่อไฟฟ้าแรงสูง

ขดลวดของทุกเฟสในโหมดนี้จะสัมผัสกับแรงดันไฟเกิน (1.8 — 1.9) Uo หากคลื่นไฟกระชากผ่านสองหรือสามสายพร้อมกันจากนั้นตรงกลางของขดลวดซึ่งคลื่นมาจากทั้งสองด้านอาจเกิดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้ากับแอมพลิจูดที่เป็นอันตรายต่อการทำงานของหม้อแปลง

การป้องกันไฟกระชากของหม้อแปลง

แรงดันไฟฟ้าเกินที่อันตรายที่สุดของฉนวนหลักของขดลวดสามารถเกิดขึ้นได้ในกรณีที่คลื่นมาถึงพร้อมกันผ่านสายไฟสามเส้นไปยังหม้อแปลงที่มีการเชื่อมต่อแบบเดลต้า (ตรงกลางของขดลวด) หรือดาวฤกษ์ที่มีความเป็นกลางที่แยกได้ (เกือบเป็นกลาง) . ในกรณีนี้ แอมพลิจูดของแรงดันเกินที่เกิดขึ้นจะเข้าใกล้สองเท่าของแรงดันเอาต์พุตหรือสี่เท่าของแอมพลิจูดของคลื่นอินพุต แรงดันไฟฟ้าเกินของฉนวนแบบเลี้ยวต่อเลี้ยวที่เป็นอันตรายสามารถเกิดขึ้นได้ในทุกกรณีเมื่อคลื่นที่มีด้านหน้าสูงชันมาถึงหม้อแปลง โดยไม่คำนึงถึงรูปแบบการเชื่อมต่อของขดลวดหม้อแปลง

ดังนั้นสำหรับหม้อแปลงทั้งหมดในกรณีของแรงดันไฟฟ้าเกินและการกระจายไปตามขดลวดเพื่อประเมินขนาดของมันจำเป็นต้องคำนึงถึงความจุในวงจรสมมูลของหม้อแปลง (และไม่ใช่เฉพาะตัวเหนี่ยวนำ) ความแม่นยำของค่า overvoltage ที่ได้รับนั้นขึ้นอยู่กับความแม่นยำของการวัดความจุเป็นสำคัญ

เพื่อหลีกเลี่ยงแรงดันไฟเกินในการออกแบบหม้อแปลงมีให้:

• หน้าจอเพิ่มเติมที่กระจายกระแสการชาร์จ ดังนั้น แรงดันไฟเกินจึงลดลงนอกจากนี้ หน้าจอยังลดความแรงของสนามในบางจุดบนขดลวดของหม้อแปลง

• การเสริมความแข็งแรงของฉนวนของขดลวดในบางส่วนของมัน (การเปลี่ยนขดลวดของหม้อแปลงอย่างสร้างสรรค์)

• การติดตั้งตัวป้องกันที่ด้านหน้าของหม้อแปลงและหลังจากนั้น - เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินทั้งภายนอกและภายในรวมถึงตัวป้องกันที่เป็นกลางของหม้อแปลง