변압기 권선의 과전압

작동 중에 변압기 절연체의 다양한 부분에 작용하는 응력을 결정하고 변압기의 안정적인 작동을 보장하도록 설계된 테스트 없이는 변압기 절연체의 크기 및 설계 선택이 불가능합니다.

이 경우 낙뢰 서지파가 입력을 강타할 때 변압기 절연체에 작용하는 전압이 결정적인 경우가 많습니다. 임펄스 전압이라고도 하는 이러한 전압은 거의 모든 경우에 종방향 권선 절연의 선택을 결정하고 대부분의 경우 주 권선 절연, 스위칭 장치 절연 등을 결정합니다.

과전압 결정에 컴퓨터 기술을 사용하면 권선의 임펄스 프로세스에 대한 정성적 고려에서 과전압을 직접 계산하고 그 결과를 설계 관행에 도입할 수 있습니다.

과전압을 계산하기 위해 변압기의 권선은 권선 요소 사이의 유도 및 용량 연결을 재현하는 등가 회로로 표시됩니다(그림 1).모든 등가 회로는 권선 사이와 권선 사이의 커패시턴스를 고려합니다.

그림 1. 변압기의 등가 회로: UOV - 고전압 권선의 입사 파, UOH - 저전압 권선의 입사 파, SV 및 CH - 각각 고전압 및 저전압 권선의 권선 사이의 커패시턴스, SVN - 사이의 커패시턴스 고전압 및 저전압 권선.

변압기의 웨이브 프로세스

변압기는 인터턴 커패시턴스, 스크린과 인덕턴스 사이, 인덕턴스와 접지 사이의 커패시턴스를 고려하여 유도성 요소로 간주됩니다(그림 2a).

다음 공식은 과전압을 계산하는 데 사용됩니다.

여기에서 t는 파동이 변압기에 도달한 후의 시간, T는 과전압 시정수, ZEKV는 등가 회로 저항, Z2는 선로 저항, Uo는 초기 시간의 과전압

그림 2. 접지된 중성점이 있는 변압기의 권선을 따라 전압 파의 전파: a) 개략도, b) 접지된 단자가 있는 단상 변압기의 권선 길이에 대한 전압 파의 의존성: Uo — 강하 전압 파동, ∆Ce - 코일과 스크린 사이의 커패시턴스, ∆Ck - 권선 사이의 고유 커패시턴스, ∆С3 - 코일과 접지 사이의 커패시턴스, ∆Lк - 코일 레이어의 인덕턴스.

등가 회로에는 인덕턴스와 커패시턴스가 모두 있으므로 발진 LC 회로가 발생합니다(전압 변동은 그림 2b에 표시됨).

진동의 진폭은 입사파 진폭의 1.3 - 1.4입니다.Uпep = (1.3-1.4) Uo, 권선의 1/3 끝에 가장 큰 과전압 값이 발생하므로 변압기 구성에서 권선의 1/3은 나머지에 비해 절연을 강화했습니다. .

과전압을 방지하려면 접지에 대한 커패시터의 충전 전류를 보상해야 합니다. 이를 위해 회로에 추가 스크린(실드)이 설치됩니다. 스크린을 사용할 때 스크린에 대한 권선의 커패시턴스는 접지에 대한 커패시턴스, 즉 ∆CE = ∆C3.

차폐는 전압 등급이 UH = 110kV 이상인 변압기에서 수행됩니다. 실드는 일반적으로 변압기 케이싱 근처에 설치됩니다.

절연 중성점이 있는 단상 변압기

분리된 중성선이 있다는 것은 접지와 권선 사이에 커패시턴스 Co가 있다는 것을 의미합니다. 즉, 커패시턴스가 접지 단자 변압기의 등가 회로에 추가되지만 스크린은 제거됩니다(그림 3a).

그림 3. 절연 중성점이 있는 변압기의 권선을 따라 전압 파의 전파: a) 등가 변압기의 개략도, b) 권선 길이에 대한 입사파 전압의 의존성.

발진 회로도 이 등가 회로로 구성됩니다. 그러나 커패시턴스 Co로 인해 인덕턴스와 커패시턴스가 직렬로 연결된 진동 LC 회로가 있습니다. 이 경우 커패시턴스 Co가 크면 권선 끝에 가장 높은 전압이 나타납니다 (과전압은 최대 2Uo 값에 도달 할 수 있음). 코일에 걸친 전압 변화의 특성은 그림 3b에 나와 있습니다.

절연 중성선이 있는 변압기 권선에서 과전압 진동의 진폭을 줄이려면 접지에 대한 출력 C의 커패시턴스를 줄이거나 코일의 자체 커패시턴스를 증가시켜야 합니다. 후자의 방법이 일반적으로 사용됩니다. 고전압 권선 코일 사이의 자체 정전 용량 ΔCk를 증가시키기 위해 특수 커패시터 플레이트(링)가 회로에 포함됩니다.

3상 변압기의 웨이브 프로세스

3상 변압기에서 권선을 따라 입사 파동 전파 프로세스의 특성과 과전압의 크기는 다음에 의해 영향을 받습니다.

a) 코일 연결 다이어그램,

b) 서지파가 도달하는 위상의 수.

고전압 권선이 있는 3상 변압기, 견고하게 접지된 중성선에 연결된 스타

입사 서지파가 변압기의 한 위상으로 들어오도록 합니다(그림 4).

이 경우 권선을 따라 과전압 파동이 전파되는 프로세스는 접지된 중성점이 있는 단상 변압기의 프로세스와 유사합니다(각 위상에서 가장 높은 전압은 권선의 1/3에 있음). 그들은 얼마나 많은 위상이 서지파에 도달하는지에 의존하지 않습니다. 이것들. 코일의 이 부분의 과전압 값은 Upep = (1.3-1.4) Uo와 같습니다.

그림 4. 중성 접지 네트워크가 있는 스타에 연결된 고전압 권선이 있는 3상 변압기의 등가 회로. 서지 웨이브는 한 단계로 발생합니다.

절연 중립이 있는 3상 스타 연결 고전압 변압기

서지 웨이브가 한 단계로 오도록 하십시오.변압기의 등가 회로와 변압기 권선의 입사파 전파는 그림 5에 나와 있습니다.

그림 5. 스타 연결 고전압 권선이 있는 3상 변압기의 등가 회로(a) 및 파동이 한 위상으로 들어오는 경우(b)에 대한 종속성 U = f(x).

이 경우 두 개의 별도 진동 영역이 나타납니다. 위상 A에는 하나의 진동 범위와 진동이 발생하는 조건이 있고 위상 B와 C에는 또 다른 진동 루프가 있으며 진동 범위도 두 경우 모두 다릅니다. 가장 큰 과전압은 입사 서지파를 받는 권선에 있습니다. 영점에서 최대 2/3 Uo의 과전압이 가능합니다(현재 정상 모드에서 U = 0이므로 작동 전압에 대한 과전압 U작동은 U0 >> U작동이기 때문에 가장 위험합니다).

서지파가 두 위상 A와 B를 통과하도록 합니다. 변압기의 등가 회로와 변압기 권선의 입사파 전파는 그림 6에 나와 있습니다.

그림 6. 별 모양으로 연결된 고전압 권선이 있는 3상 변압기의 등가 회로(a) 및 파동이 2상으로 들어오는 경우 종속성 U = f(x).

파동이 오는 위상의 권선에서 전압은 (1.3 — 1.4) Uo가 됩니다. 중립 전압은 4/3 Uo입니다. 이 경우 과전압으로부터 보호하기 위해 피뢰기가 변압기의 중성선에 연결됩니다.

서지파가 3상으로 들어오게 하면 변압기의 등가회로와 변압기 권선에서 입사파의 전파가 그림 7에 나와 있습니다.

그림 7.별 모양으로 연결된 고전압 권선(a)이 있는 3상 변압기의 등가 회로와 파동이 3상으로 들어오는 경우 종속성 U = f(x).

3상 변압기의 각 위상에서 과전압 강하파의 전파 프로세스는 절연 출력이 있는 단상 변압기의 프로세스와 유사합니다. 이 모드에서 가장 높은 전압은 중립 상태이며 2U0입니다. 이 변압기 과전압의 경우가 가장 심각합니다.

삼상 고전압 델타 권선 변압기

서지파가 델타로 연결된 3상 고압 변압기의 A상 1개를 통과하도록 하면 다른 두 상(B 및 C)은 접지된 것으로 간주됩니다(그림 8).

그림 8. 델타(a)로 연결된 고전압 권선이 있는 3상 변압기의 등가 회로 및 파동이 한 위상으로 들어오는 경우 종속성 U = f(x).

권선 AC 및 BC는 과전압(1.3 — 1.4) Uo에 노출됩니다. 이러한 과전압은 변압기 작동에 위험하지 않습니다.

과전압 파동이 두 단계(A와 B)로 오도록 하면 설명 그래프가 그림 9에 나와 있습니다. 이 모드에서 권선 AB와 BC에서 과전압 파동의 전파는 해당 권선의 프로세스와 유사합니다. 삼상 접지 변압기 단자. 이것들. 이 권선에서 과전압 값은 (1.3 - 1.4) Uo이고 AC 권선에서는 값 (1.8 - 1.9) Uo에 도달합니다.

그림 9. 델타로 연결된 고전압 권선이 있는 3상 변압기의 2상을 과전압 파동이 통과하는 경우의 종속성 U = f(x).

고전압 델타 연결 권선이 있는 3상 변압기의 3상을 모두 서지파가 통과하도록 합니다.

이 모드에서 모든 위상의 권선은 과전압(1.8 — 1.9) Uo에 노출됩니다. 서지파가 2 개 또는 3 개의 와이어를 통해 동시에 오면 양쪽에서 파동이 오는 권선 중간에 변압기 작동에 위험한 진폭의 전압 변동이 발생할 수 있습니다.

변압기 서지 보호

권선의 주 절연체의 가장 위험한 과전압은 3개의 전선을 통해 델타 연결(권선 중간) 또는 분리된 중립(거의 중립)이 있는 별이 있는 변압기에 동시에 파동이 도달하는 경우에 발생할 수 있습니다. . 이 경우 결과 과전압의 진폭은 출력 전압의 두 배 또는 입력 파형 진폭의 네 배에 접근합니다. 변압기 권선의 연결 방식에 관계없이 전면이 가파른 파동이 변압기에 도달하는 모든 경우에 위험한 턴-투-턴 절연 과전압이 발생할 수 있습니다.

따라서 과전압이 발생하고 권선을 따라 분포되는 모든 변압기의 경우 크기를 추정하려면 변압기 등가 회로의 커패시턴스(인덕턴스뿐만 아니라)를 고려해야 합니다. 얻은 과전압 값의 정확도는 커패시턴스 측정의 정확도에 크게 좌우됩니다.

변압기 설계에서 과전압을 방지하기 위해 다음이 제공됩니다.

• 충전 전류를 분배하는 추가 스크린이 있어 과전압이 감소합니다.또한 스크린은 변압기 권선의 특정 지점에서 전계 강도를 감소시킵니다.

• 특정 부분의 권선 절연 강화 (변압기 권선의 건설적인 교체),

• 변압기 앞과 뒤에 피뢰기 설치 - 외부 및 내부 과전압과 변압기 중립의 피뢰기.