Methoden voor bescherming tegen overspanningen in elektrische netwerken

Overspanning is een abnormale bedrijfsmodus in elektrische netwerken, wat een buitensporige toename is van de spanningswaarde boven de toegestane waarden voor een deel van het elektrische netwerk dat gevaarlijk is voor de elementen van de apparatuur van dit deel van het elektrische netwerk.

Isolatie van elektrische apparatuur is ontworpen voor normale werking bij bepaalde spanningen, in geval van overspanning wordt de isolatie onbruikbaar, wat leidt tot schade aan de apparatuur en een gevaar voor onderhoudspersoneel of mensen die zich in de buurt van de elementen van elektrische netwerken bevinden.

Overspanningen kunnen van twee soorten zijn: natuurlijk (extern) en schakelen (intern). Natuurlijke overspanning is een fenomeen van atmosferische elektriciteit. Het schakelen van overspanningen gebeurt rechtstreeks in elektrische netwerken, de oorzaken van hun manifestatie kunnen grote belastingsverschillen zijn op elektriciteitsleidingen, ferroresonantieverschijnselen, operationele bedrijfsmodi na de nood van elektrische netwerken.

Overspanningsbeveiligingstechnieken

In elektrische installaties wordt apparatuur ter bescherming tegen mogelijke overspanningen gebruikt als niet-lineaire afleiders en overspanningsafleiders (SPD).

Het belangrijkste structurele element van deze beschermende uitrusting is een element met niet-lineaire kenmerken. Kenmerkend voor deze elementen is dat ze hun weerstand veranderen afhankelijk van de spanningswaarde die erop wordt toegepast. Overweeg kort het principe van de werking van deze beschermende elementen.

Een overspanningsafleider of overspanningsonderdrukker is verbonden met de bedrijfsspanningsbus en met het aardingscircuit van de elektrische installatie. In de normale modus, dat wil zeggen, wanneer de netspanning binnen acceptabele grenzen ligt, heeft de afleider (SPD) een zeer hoge weerstand en geleidt deze de spanning niet.

In het geval van overspanning in het gebied van het elektrische netwerk, neemt de weerstand van de afleider (afleider) sterk af, en dit beschermende element geleidt de spanning, hetgeen bijdraagt ​​aan het lekken van de resulterende voltagestoot naar het aardingscircuit. Dat wil zeggen, op het moment van overspanning is de afleider (afleider) elektrisch verbonden met de grond.

Arresteerders en overspanningsafleiders zijn geïnstalleerd om apparatuur te beschermen op het grondgebied van elektrische schakelinstallaties, evenals aan het begin en aan het einde van elektriciteitskabels van 6 en 10 kV die niet zijn voorzien van een aardingsdraad.

Om te beschermen tegen natuurlijke (externe) overspanningen op metalen en gewapende betonnen constructies van open schakelinstallaties, zijn bliksemafleiders geïnstalleerd. Op hoogspanningslijnen met een spanning van 35 kV en hoger wordt een aardingsdraad gebruikt (bliksemafleider), die zich over de volledige lengte in het bovenste deel van de hoogspanningsmasten bevindt, verbonden met de metalen elementen van de lineaire poorten van de buitenschakelingen van de onderstations. Bliksemafleiders trekken atmosferische ladingen naar zich toe, waardoor ze niet kunnen vallen op de stroomvoerende delen van elektrische apparatuur van elektrische installaties.

Om te zorgen voor een betrouwbare bescherming van elektrische apparatuur tegen mogelijke overspanningen, moeten afleiders en overspanningsbeveiligers, zoals alle elementen van de apparatuur, periodieke reparaties en tests ondergaan. Het is ook noodzakelijk om, in overeenstemming met de vastgestelde frequentie, de weerstand en technische staat van de aardingscircuits van schakelinrichtingen te controleren.

Overspanning in laagspanningsnetwerken

Het fenomeen van overspanning is ook kenmerkend voor laagspanningsnetwerken met een spanning van 220/380 V. Overspanningen in laagspanningsnetwerken leiden tot het falen van niet alleen de apparatuur van deze elektrische netwerken, maar ook elektrische apparaten die zijn opgenomen in het netwerk.

Voor overspanningsbeveiliging in huisbedrading met behulp van spanningsrelais of spanningsregelaars, ononderbroken voedingen, die de juiste functie bieden. Er zijn ook modulaire overspanningsbeveiligingsinrichtingen ontworpen voor installatie in een thuisverdeelkast.

In laagspanningsschakelaars van ondernemingen, elektrische installaties, transmissielijnen voor bescherming tegen overspanningen, worden speciale overspanningsonderdrukkers gebruikt, overeenkomstig het werkingsprincipe, vergelijkbaar met hoogspanningsafleiders.

Overspanningen en bescherming tegen hen

Overweeg overspanningsbeveiliging op het voorbeeld van transformators. Onder normale bedrijfsomstandigheden van een transformator werkt sinusvormige spanning met een nominale frequentie, die geen gevaar vormt voor de isolatie van de transformator, tussen elke wikkeling van de wikkeling en de geaarde behuizing en tussen elke wikkeling van de wikkeling. Elke wikkeling van de wikkeling wordt toegepast op dezelfde goed gedefinieerde spanning gelijk aan het aantal volt per omwenteling, die werd berekend opwikkeling van de transformator.

Tijdens bedrijf kunnen gepulseerde spanningen worden toegepast op de transformatorwikkelingen, ver voorbij normale werkspanningen. Dergelijke spanningen worden overspanningen genoemd. Externe of onweersbui overspanningen kunnen optreden wanneer blikseminslag draden of machtstransmissietorens waarop een transformator is aangesloten, en kan ook worden veroorzaakt wanneer een blikseminslag in de buurt van een lijn.

Atmosferische overspanningen duren meestal enkele tientallen microseconden en hun amplitude kan tien keer de nominale spanning van een transformator bereiken, wat erg gevaarlijk is voor isolatie van de transformator.

Schakel- of interne overspanningen treden op tijdens schakelhandelingen (in- en uitschakelen van transformatoren en lijnen en met een plotselinge verandering in belasting), evenals intermitterende boogfouten naar aarde in systemen met geïsoleerde neutraal. Het schakelen van overspanningen heeft een langere duur in vergelijking met atmosferische overspanningen, maar een aanzienlijk kleinere amplitude.

Overspanningspulsen zijn meestal aperiodisch van aard en bewegen langs hoogspanningslijnen in de vorm van golven met een snelheid die dicht bij de snelheid van het licht ligt. Ze kunnen worden voorgesteld door harmonische oscillaties met zeer hoge frequentie. In het geval van puls-overspanningen kan de equivalente schakeling van de transformator van figuur 4.5 niet worden gebruikt, omdat bij hoge frequenties en grote waarden de capaciteit tussen de windingen van de wikkelingen en tussen de wikkelingen van de transformator en de geaarde delen van de wikkeling (figuur 10.6) begint te werken. Als gevolg hiervan wordt het substitutiepatroon complexer. Figuur 10.6 toont alleen een vereenvoudigde equivalente schakeling met overspanningen. In feite is het veel gecompliceerder. Merk op dat tanks C en Cw er zijn echter ook onder normale bedrijfsomstandigheden, met een frequentie van f = 50 Hz, hun capacitieve weerstanden zijn zo groot dat ze kunnen worden verwaarloosd.

Aangezien de analyse van de processen die gepaard gaan met overspanningen ingewikkeld is, beschouwen we hier alleen het kwalitatief meest eenvoudige geval wanneer de transformator één wikkeling heeft en de overspanning komt tot het begin A van de wikkeling aan het geaarde uiteinde X.

Wanneer de golfgolf met een steile voorkant van ongeveer één microseconden duur, die langs de lijn beweegt, het onderstation bereikt waarop de transformator is geïnstalleerd, begint de spanning op de aansluitpunten ervan, na een korte afname tot nul, snel te stijgen. De karakteristieke impedantie van de lijn is veel minder dan de impedantie van de transformator. Daarom, wanneer de overspanningsgolf van de lijn naar de transformator gaat, neemt de amplitude ervan toe en bereikt een dubbele waarde in de limiet.

Figuur 3.1. Vereenvoudigd equivalent circuit van een transformatorwikkeling bij blootstelling aan een gepulseerde overspanning

Omdat het golffront erg steil is, neemt de inductieve weerstand van de wikkelingen van de transformatorwikkeling dramatisch toe, en de stroom aan het begin van het proces gaat niet door de wikkelingen van de transformatorwikkeling en passeert alleen door de capacitieve wikkelingsschakelingen. Zoals getoond in de TOE-cursus, beginnen de capaciteiten nadat de overspanningsgolf de transformatorwikkeling bereikt te laden en de spanning op aansluiting A van de transformatorwikkeling valt eerst kort naar nul en bereikt dan de dubbele amplitude van de golf.

Overweeg hoe de spanning wordt verdeeld langs de transformatorwikkeling. Als we het equivalente circuit van de transformator beschouwen als een uniforme lijn met gedistribueerde parameters, dan zal de spanning langs de transformatorwikkeling met de geaarde uitgang X worden verdeeld volgens de vergelijking:

Hier is L de lengte van de hele wikkeling; x is de lengte van de wikkeling van het einde tot het punt x waarop de spanning is bepaald; - verzwakkingscoëfficiënt; sinh - hyperbolische sinus.

In fig.10.6. De curves van de spanningsverdeling langs de transformatorwikkeling worden weergegeven voor vier verschillende waarden van α: 1 - α = 0; 2- a = 0,2; 3 - α = 0,5; 4 - α = 5. Deze spanningsverdeling wordt de eerste genoemd. Zoals te zien is in figuur 10.6, is de spanning langs de wikkeling ongelijk verdeeld. De spoelen die zich het dichtst bij uitgang A bevinden hebben een grotere spanning en de spoelen die zich het dichtst bij het einde van de wikkeling bevinden hebben minder spanning, waarbij de steilheid van de spanning aan het begin van de wikkeling toeneemt met α. Wanneer a = 5, valt alle spanning op de eerste windingen die zich het dichtst bij het begin van de wikkeling A bevinden.

De wikkelingen van moderne transformatoren hebben een dempingsfactor α in het bereik van 5-15. Dit betekent dat tijdens overspanningen in transformatoren bijna alle spanning wordt toegepast op de eerste wikkelingen of spoelen vanaf het begin van de wikkeling. Een dergelijke spanningsverdeling is gevaarlijk voor het oprollen van isolatie en als er geen speciale maatregelen worden getroffen, wordt de isolatie van de wikkelingen die het dichtst bij het begin van de wikkeling liggen, doorbroken, wat wordt bevestigd door de praktijkervaring van transformatoren. Merk op dat met het ongeaarde uiteinde van de wikkeling, het patroon van ongelijke verdeling van spanning langs de wikkeling kwalitatief wordt behouden.

Hoewel de door ons overwogen analyse alleen werd uitgevoerd voor een kwalitatieve beoordeling van de processen in de isolatie van transformatorwikkelingen, kunnen we de basisprincipes voor het juiste ontwerp van de wikkelingen van hoogspanningstransformatoren formuleren en maatregelen kiezen om de isolatie te beschermen tegen mogelijke overspanningen. Op basis van het onderzoek kunnen de volgende praktische conclusies worden getrokken.

Voor een betrouwbare werking van de transformator moet allereerst worden voorkomen dat golven met een spanningsamplitude de limieten overschrijden die zijn vastgesteld voor deze wikkelingsisolatieklasse (externe bescherming) en ten tweede de isolatie van de extreme spoelen versterken en maatregelen nemen om de initiële spanningsdistributie gelijk te maken langs wikkelingen van de transformator op het moment van aankomst van de stootspanning (interne beveiliging). Het voldoen aan deze voorwaarden zal de operationele betrouwbaarheid van transformatoren verbeteren.

Om aan de eerste voorwaarde te voldoen, worden transformatorstations beschermd door bliksemafleiders en worden hoogspanningslijnen beschermd door geaarde kabels, evenals afsluiters (RS) en niet-lineaire overspanningsonderdrukkers (SPD). De afsluiter is een beveiligingsinrichting met een enkele of meerdere vonkbrug PI, in serie verbonden met een varistor - een niet-lineaire weerstand HP, gemaakt van wilit - een materiaal op basis van siliciumcarbide met een niet-lineaire stroom-spanningskarakteristiek (fig. 10.7, a).

Fig.3.2 Principeschakelingscircuit van transformatorbeveiliging met behulp van een klepontlader (a) en bijpassende volt-tweede karakteristieken van een transformator en een klepontlader (b)

De afsluiter is parallel verbonden met het beveiligde object - een transformator T. Hoe groter de spanning die op de vonkbrug van de afleider wordt toegepast, hoe sneller deze zijn weg vindt. Deze afhankelijkheid 2, getoond in Fig. 10.7, b, wordt de spanning-tweede karakteristiek van de vonkbrug genoemd. Onder normale omstandigheden wordt de vonkbrug niet verbroken en vloeit de stroom niet door de RT. Wanneer de overspanning van de invallende golf uPAD de waarde bereikt die wordt bepaald door de volt-tweede karakteristiek 2 van de vonkbrug, dan wordt deze getriggerd, d.w.z. de vonkbrug wordt gemaakt door de lijn waarlangs de overspanning loopt te verbinden met de isolatie die moet worden beschermd met de grond en door de elektrische ladingen van de gevaarlijke stootspanning naar de grond te leiden via de vonkontlading.

De volt-seconde karakteristiek 2 van de klepontlader RV, rekening houdend met de spreiding van zijn parameters, moet onder de volt-seconde karakteristiek 1 van de te beschermen isolatie liggen (Fig. 10.7, b). Volgens experimentele gegevens moet dit interval ten minste 15-20% bedragen. Wanneer aan deze eis wordt voldaan, is het optreden van overspanningstransformatoren die gevaarlijk zijn voor isolatie onmogelijk, omdat bij een overspanningsimpuls uPAD PI-storing treedt op bij spanning uOL vóór het uitvallen van de isolatie van het beschermde object.

De noodzaak om een ​​vonkbrug in het beschermingscircuit op te nemen is te wijten aan het feit dat het wiliet een zwakke niet-lineariteit heeft. De aanwezigheid van een vonkbrug verhoogt de triggerspanning van de vonkbrug en bijgevolg de spanning op het beveiligde object aanzienlijk. Om de beschermende eigenschappen van de vonkbrug te verbeteren en de vonkhiaten op te heffen, zijn weerstanden gemaakt van een materiaal met een sterk niet-lineaire stroom-spanningskarakteristiek en voldoende doorvoer nodig. Dergelijke materialen maken het mogelijk, door de vonkhiaten op te heffen, een sterke beperking van de golfsterkte te verschaffen en de isolatiekosten van de beschermde uitrusting te verminderen. Sterk niet-lineaire op zinkoxide gebaseerde weerstanden met behulp van oxiden van andere metalen worden oxide-zink-weerstanden (ORC's) genoemd. Apparaten met een diepe overspanningsbegrenzing met hoog-lineaire zinkoxideweerstanden worden overspanningsafleiders genoemd - niet-lineaire overspanningsafleiders. Het niveau van beperkende bliksemschichten met behulp van overspanningsafleiders is (2.2-2.4) UF in 110 kV-netwerken en teruggebracht tot 2UF in 750 kV-netwerken.

Het voldoen aan de tweede voorwaarde voor het beperken van overspanningen levert grote problemen op en leidt tot een complicatie van het ontwerp van de wikkelingen en de technologie van hun productie. Op dit moment hebben olie transformatoren met een spanning tot 35 kV inclusief overspanningsbeveiliging in de vorm van verbeterde isolatie van de begin- en eindspoelen van hoogspanningswikkeling, waarbij de hoogste waarschijnlijkheid van overspanning optreedt. Het aantal spoelen met versterkte isolatie is 5-7% van het totale aantal wikkelspoelen. De isolatiedikte in deze spoelen is verdrievoudigd.

De eenvoudigste maatregel om de initiële spanningsverdeling gelijk te maken, is capacitieve bescherming, gebaseerd op het gebruik van open "capacitieve ringen", die elektrostatische afschermingen zijn. Deze ringen zijn gemaakt van electrocardboard met een gemetalliseerd oppervlak. Ze bedekken de eerste paar eerste bochten van de bocht en verbinden met het begin van de bocht. Het equivalente circuit van een transformatorwikkeling met elektrostatische schermen rond de eerste transformatorspoelen is weergegeven in figuur 10.8. Met het elektrostatische scherm kunt u een grote spanning van de eerste wikkelingen van de wikkeling verwijderen, omdat deze iets verder van het begin van de wikkeling duwt.

Fysiek kan de actie van het scherm als volgt worden uitgelegd. Volgens de wetten van commutatie, kunnen de stroom door de spoel en de spanning op de condensator niet abrupt veranderen. Op het eerste moment van de tijd is de spoel een breuk, en een niet-geïnfecteerde condensator is een kortsluiting. Aldus condensatoren Cw op het eerste moment zijn ze ongeladen. Uitgewonden condensatoren C het dichtst bij het begin van de wikkelingw en een grote spanning veroorzaken bij de eerste wikkelingen van de wikkeling. De rol van capacitieve ringen of schermen is dat ze condensatoren C creërenE, waardoor condensatoren C kunnen worden opgeladenw.

Aan de spanningsdistributie langs de winding was dicht bij lineair, de capaciteit van de schermen CE zou ongelijk moeten zijn. Met de afstand vanaf het begin van de wikkelcapaciteit zou moeten afnemen. Hiervoor wordt het scherm zo geplaatst dat de afstand van de wikkeling tot het scherm toeneemt met de afstand vanaf het begin. In dit geval, de stromen door de capaciteit CE en Cw op de corresponderende punten zal gelijk zijn en de wikkeling wordt niet geladen door de condensatiestromen naar de grond. De spanningsverdeling zal uniform zijn.

Hierboven is getoond dat wanneer α = 0, wanneer Cw= 0, de spanningsverdeling langs de wikkeling wordt uniform. Het is onmogelijk om een ​​transformator te maken zodat de wikkelingen niet over een capaciteit op de grond beschikken. Ze kunnen echter op een andere manier van het schema worden uitgesloten. De aanwezigheid van tanksE, waardoor geladen capaciteit Cw van overspanning, kunt u een ketting makenE-Cw onafhankelijk van de liquidatie en geef ze weer als een afzonderlijk circuit. In dit geval wordt de toestand C voor de wikkeling waargenomenw= 0, α = 0 en de verdeling van de spanning zal uniform zijn. In sommige gevallen is de gehele wikkeling afgeschermd.

WEBSOR Elektrisch informatiegebied

Overspanning en overspanningsbeveiliging

Stroomvoorziening> Interne overspanningsnetwerken

Overspanning en overspanningsbeveiliging

Overspanningen zijn schommelingen die gevaarlijk zijn voor isolatie en zijn verdeeld in onweersbuien en inwendig.
Onweersbui-overspanningen treden op wanneer een bliksem inslaat op een elektrische installatie (directe-impact-overspanning) of in de buurt van deze in de grond (geïnduceerde overspanning). Bescherming van elektrische installaties tegen blikseminslagen is verplicht. Het belangrijkste apparaat voor bescherming tegen bliksemoverspanningen is een klepontlader en een overspanningsafleider, waarvan de karakteristieken het pulsisolatieniveau bepalen, d.w.z. de maximale pulsspanning voor isolatie met een golflengte van 40-50 μs.
Interne overspanningen treden op bij verschillende normale of noodschakelingen en beschadigingen in het elektrische systeem en worden gekenmerkt door een verhouding van K, d.w.z. de verhouding van de maximale spanning ten opzichte van de aarde tot de nominale fasespanning (). Interne overspanningen bepalen de maximaal toelaatbare pulsspanning voor isolatie met een golflengte van 2.500 μs, evenals een testspanning van één minuut met industriële frequentie. Het toegestane aantal interne overspanningen in elektrische systemen met verschillende nominale spanningen is weergegeven in de tabel. 40-1.

4. Overspanning en bescherming tegen hen.

4.1. Overspanningsclassificatie

Overspanning - elke toename van de spanning in het elektrische netwerk is groter dan de maximale bedrijfsspanning U pmax = U H + (0, 2 ÷ 0, 05) U H, in

afhankelijk van de spanningsklasse.

Overspanningen zorgen voor moeilijke werkomstandigheden

Verordening, omdat ze vele malen U-max kunnen overschrijden. Overspanningen zijn onderverdeeld:

1) op externe (onweersbui);

2) intern (transiënten in elektrische netwerken). In Fig. 4.1 toont de classificatie van overspanningen.

De aankomst van de golflijn

Schakel lijn of transformator in

Fig. 4.1. Overspanningsclassificatie

Het is noodzakelijk om de volgende kenmerken van overspanning te kennen: 1. De maximale waarde van de spanningsamplitude tijdens overspanning

U max of overspanningsverhouding

2. Duur van blootstelling aan overspanning.

3. De vorm van de surge-curve (aperiodisch, oscillerend, hoogfrequent, etc.).

4. De breedte van de elektrische circuitelementen. n

Alle vermelde kenmerken hebben een stochastische aard en hebben een aanzienlijke statistische variatie, die noodzakelijkerwijs in de berekeningen in rekening wordt gebracht. Voor het isoleren van hoogspanningsapparatuur van laagspanningsklassen (U ≤ 220 kV) zijn onweersbob overspanningen het gevaarlijkst. Hun isolatie is bestand tegen overspanningen van welke multipliciteit dan ook.

Voor isolatie van hoogspanningsapparaten van hoge en ultrahoge spanningsklassen (U> 330 kV) zijn overspanningen schakelen het gevaarlijkst.

Daarom wordt bij lage klassen de spanning beperkt door speciale apparaten, alleen onweer met onweer en bij hoge klassen worden interne overspanningen gedwongen beperkt.

4.2. Interne piek

Interne overspanningen zijn het meest divers. De oorzaken van interne overspanningen zijn zeer divers (uitschakeling van de voedingskabel, transformator en andere schakelingen; faseonderbrekingen; kortsluiting, overlapping en afbraak van isolatoren).

Interne overspanningen worden veroorzaakt door fluctuaties van de energie opgeslagen in de netwerkelementen, of wanneer de inkomende energie van energiebronnen verandert (generators wanneer de initiële parameters veranderen).

Elementen van het elektriciteitsnet: energiebronnen; energieopslaginrichtingen (condensatoren, inductors); energie-absorptiemiddelen (actieve weerstanden, corona, geleiding van de isolatie).

Interne overspanningen zijn onderverdeeld in schakelen, quasi-stationair (stationair), stationair.

Conventioneel wordt de ontwikkeling van overspanning grafisch weergegeven in Fig. 4.2.

Fase I - transiënt (overspanning schakelen). Gaat meerdere keren mee.

Fase II - voorwaardelijke steady-state (quasistationair). Het voorbijgaande proces is voorbij, maar de parameters van het circuit zijn anders, daarom is een hoge spanning ingesteld en hebben de spanningsregelaars op de generatoren nog geen tijd om te werken.

Fase III - het werk van spanningsregelaars voor generatoren. Het verlagen van de spanning naar de nieuwe stabiele bedrijfsspanning.

Een toename in de lengte en klasse van de lijnspanning leidt tot een toename in energie in de netwerkelementen en dientengevolge tot een toename van de overspanningsverhouding. In dit opzicht wordt voor de lijnen van klasse U> 330 kV de overspanning gedwongen naar de volgende niveaus:

Overspanning en bescherming tegen hen;

Het meten van spanningstransformatoren.

Het meten van spanningstransformatoren is ontworpen om de spanning te verminderen (evenredig met de transformatieverhouding), gebruikt in elektrische installaties van wisselstroom met een spanning van 380 V en hoger. "Secundaire spanning U2 meestal gelijk aan 100 V.

Het werkingsprincipe van spanningstransformatoren wijkt praktisch niet af van het principe van de werking van energietransformatoren. Ze hebben weinig kracht, dus de stroom van hun primaire wikkeling is klein. Kan enkel- of driefasen zijn.

De transformator bestaat uit een gesloten kern gemaakt van dunne platen speciaal elektrisch staal. Op de kern zijn twee wikkelingen gesuperponeerd:

- primair - bestaat uit een groot aantal windingen van dunne koperdraad met isolatie;

- secundair - het aantal beurten is veel kleiner, gemaakt van hetzelfde materiaal, maar heeft een grotere diameter.

De primaire wikkeling is parallel verbonden met het netwerk, waarvan de spanning moet worden gemeten, naar de secundaire - de parallelle wikkelingen van apparaten en relais.

Spanningstransformatoren kiezen nominale spanning, type set ontwerp, nauwkeurigheidsklasse en secundaire belasting.

Er zijn twee soorten overspanningen:

1) switching - kortdurende overspanningen ten gevolge van een plotselinge significante verandering in de modus (kortsluitstroomuitschakeling of abrupte belastinguitval) - kan worden beperkt met behulp van speciale apparaten - afleiders;

2) atmosferisch - kortstondige overmatige spanning op installaties als gevolg van blootstelling aan bliksemontladingen.

Atmosferische overspanningen vormen een veel groter gevaar voor elektrische apparatuur. Om ertegen te beschermen, worden apparaten gebruikt die de bliksemstroom naar de grond moeten afleiden, waardoor de verspreiding van een overspanning wordt voorkomen. Een verplicht onderdeel van alle beschermende apparaten is aarding. Toepassen op:

- bliksemafleiders (staaf en kabel);

Bliksemafleider bel het apparaat dat de structuur beschermt tegen directe blikseminslag. Objecten die zijn geconcentreerd in een klein gebied (bijvoorbeeld substations) worden beschermd door staaf bliksem geleiders, en die met een grote lengte (bovengrondse hoogspanningslijnen) worden beschermd door walsdraad.

Bliksemafleider - kolomsteun, in het bovenste deel waarvan een onderscheppingsstaaf is in de vorm van een metalen staaf. Van de bliksemafleider langs de paal is er een stroomdraad of -afvoer, die op betrouwbare wijze aan de aardgeleider is bevestigd. Het is noodzakelijk dat de bliksemafleider hoger is dan het beveiligde object.

Voor de bescherming van bovenleidingen met een spanning van 110 - 750 kV worden veel gebruikt kabel bliksemafleiders. Ze zijn gemaakt in de vorm van kabels die op een steun zijn bevestigd en worden altijd boven de fasedraden van de beschermde lijn geplaatst. Kabels worden stevig bevestigd aan de aarding van elke ondersteuning.

ontlader bel het apparaat dat wordt gebruikt om de isolatie van objecten tegen atmosferische overspanningen te beschermen. Met behulp hiervan wordt de golfgolf in de grond geloosd, waarna de normale isolatie van het object ten opzichte van de grond onmiddellijk automatisch wordt hersteld.

Ontladers zijn van twee soorten: buisvormig en ventiel. Het meest voorkomende ventieltype RVS.

RVS afsluiter (vaste klepafvoer) is een set vonkbruggen en schijven gemaakt van Vilit (grafiet en carborundum zijn inbegrepen). Als er een aanzienlijke overspanning optreedt, wordt de ontlader geactiveerd en treedt er een boog op in de vonkopeningen. In dit geval werkt een sterk verhoogde spanning op de wilgenpool, daalt de weerstand van de Vilit en gaat er een grote ontlaadstroom doorheen, wat de overspanning zeer aanzienlijk vermindert.

Aangezien de spanning daalt wanneer de vonkhiaten worden getriggerd, neemt de weerstand van de wondkolom dramatisch toe en wordt de kortsluitstroom onbelangrijk. Bij de eerste nuldoorgang gaat de boog in de vonkbruggen uit en omdat bij normale spanning de vonkbrug niet werkt, vuurt hij niet meer terug. De modus van de lijnwerking is genormaliseerd, de afleiders zijn uitgeschakeld en klaar voor verder werk.

Laat alle nominale spanningen vrij en installeer ze zo dicht mogelijk bij de beschermde objecten.

1) Berekening van laagvermogenstransformatoren

Laagvermogen enkelfasige en driefasige transformatoren (autotransformatoren) worden gebruikt voor verlichting, voeding van regelcircuits, gelijkrichters en verschillende elektronische apparaten. Berekening van transformatoren begint met de bepaling van het secundaire vermogen (B * A):

S3 = U2ik2- voor enkelfasige transformatoren; S2= = 3U2Fik2F - voor driefasige transformatoren, waarbij U 2- secundaire spanning, V; ik2- secundaire stroom, A; U2F - secundaire fasespanning, V; ik2F - secundaire fasestroom, A.

Met bekend secundair vermogen S2 bepaal de primaire kracht van de transformator (BA)

waar - de efficiëntie van de transformator, die van de tafel kan worden gehaald. 14.

Tabel 14. Aanbevolen waarden van inductie, stroomdichtheid en efficiëntie van transformatoren

14. Interne overspanning en bescherming tegen hen

14. Interne overspanning en bescherming tegen hen

14.1. Internal Surge Classification

Interne overspanningen worden veroorzaakt door voorbijgaande elektromagnetische processen in elektrische systemen. Deze processen houden verband met schakelen onder normale en noodmodi: in- en uitschakelen van onbelaste lijnen, uitschakelen van onbelaste transformatoren en reactoren, ontkoppelen van condensatorbatterijen, ontkoppelen van leidingen bij kortsluiting, werken van AR en plotselinge belastingsveranderingen.

Overspanningen in elektrische systemen zijn geassocieerd met resonante verschijnselen als gevolg van periodieke veranderingen in circuitparameters (bijvoorbeeld inductie, capaciteit). Resonante overspanningen hebben een lange levensduur en zijn gevaarlijk voor de isolatie van elektrische installaties.

In netwerken met een geïsoleerde nulleider met enkelfasige boogkortsluitingen naar de aarde, treden overspanningen op die gevaarlijk zijn om het hele netwerk te isoleren.

Interne overspanningen zijn oscillerend.

Alle elementen van het elektrische systeem kunnen in drie groepen worden verdeeld:

Bronnen EMF - generatoren, synchrone compensatoren.

Elementen die in staat zijn energie op te slaan (L, C).

Elementen die energie kunnen verbruiken (resistieve belastingen, geconcentreerde en gedistribueerde weerstanden).

Oscillerende eigenschappen van elektrische systemen, die overspanningen veroorzaken, treden op wanneer de energiebalans tussen opgewekte en verbruikte energie wordt verstoord. De reden voor de onbalans kan de ontkoppeling zijn van elementen die in staat zijn om energie te absorberen.

In Fig. 1 toont een vereenvoudigd eenfasetransmissieschema, dat één van de gevallen van overspanning (a) en zijn equivalente schakeling (b) toont.

Fig. 1. Eenfasig elektrisch netwerk (a) en het vervangende circuit (b)
wanneer pieken:

Met schakelaar B gesloten2 lijncapaciteit geschakeld door lastweerstand Zn, met open schakelaar B2 (enkelzijdige vermogensmodus) verandert het vervangingscircuit in een oscillerend circuit met elementen L - C. Deze modus kan worden gerealiseerd wanneer de onbelaste lijn wordt ingeschakeld door schakelaar B1 (start de overdracht). In geval van nood- en post-noodschakelingen vindt de enkelzijdige voedingsmodus plaats wanneer de schakelaars aan verschillende uiteinden van de lijn tegelijkertijd worden geactiveerd.

Het schakelproces in het elektrische systeem (de opname van een push in de open lijn) kan in verschillende fasen worden verdeeld (afb. 2).

Fig. 2. Fasen van het schakelproces wanneer de lijn wordt ingeschakeld door te drukken op:

I - het overgangsproces; II - stabiele toestand voor aanvang van de werkzaamheden
generator excitatie regulator (geforceerde component van het transitieproces); III - werking van de excitatieregelaar; 1V-nieuwe steady-state.

In gebieden I en II verandert de emf niet vanwege de traagheid van de werking van de generator-excitatieregelaars. Regio I wordt gekenmerkt door een transiënt proces (duur t = 1... 2 halve periode van industriële frequentie). Na demping van vrije oscillaties begint fase II (regio II), die de steady state wordt genoemd. Deze modus wordt bepaald door de parameters van het circuit en de constante emf van de bron. De constante spanning aan het einde van de lijn wordt bepaald door:

E-emf-bron.

Als jijbij hoger dan de toegestane spanning van het systeem, dan als gevolg van de werking van de regelaars Ubij neemt geleidelijk af (regio III) totdat een nieuwe stationaire modus tot stand is gebracht (regio 1V).

Voor een betrouwbare werking van de krachtoverbrenging is het noodzakelijk dat de overspanningen van de eerste twee trappen de elektrische sterkte van de isolatie niet overschrijden.

We zullen onderscheid maken tussen transiënte (schakel) overspanning en steady-state overspanning (langdurig).

Voor elk schakelen worden de maximale transiënte spanningen als volgt weergegeven:

waar naartoebeats - de verhouding van de maximale waarde van de spanningscomponent van het transiënte proces tot de geforceerde component (schokcoëfficiënt);

naarmond- de verhouding tussen de geforceerde component en de bedrijfsspanning.

naarn - de veelvoud aan interne overspanningen.

Door de waarde vanbeats De volgende factoren beïnvloeden:

1) frequenties en dempingafnames van vrije oscillaties, die worden bepaald door de parameters van de schakeling;

2) kenmerken van schakelaars die schakelen uitvoeren.

Toegestane multipliciteit van interne overspanningen ten opzichte van Umaks.rab. bepaalde waarden in tabel niet overschrijden. 1.

Tabel 1 - Toegestane veelvoud van schakelende overspanningen.

Het veelvoud aan schakelende overspanningen in installaties tot 220 kV overschrijdt de waarden in tabel niet. 1. In 330 kV-installaties zijn overspanningen van 3U mogelijk.f. Om de interne overspanning te beperken, worden gecombineerde afleiders van het type RVMK en overspanningsafleiders gebruikt.

14.2. Overspanning bij het ontkoppelen van onbelaste lijnen

In Fig. 3 is een diagram van een niet-geladen lijn. Schakelaar B3 schakelt de niet-geladen lijn uit L1. Er stroomt een sinusvormige stroom in het circuit.

Fig. 3. Diagram van de niet-geladen lijn (a) en de overgangscurve wanneer de boog opnieuw wordt ontstoken in de schakelaar (b)

Met het doorbreken van deze stroom (als deze door nul gaat) wordt de spanning op de lijn L1 heeft een amplitudewaarde van U = UY.max. Nadat de stroom is onderbroken, blijft de spanning U over0 = UY.max, gegenereerd door lading op lijncapaciteiten. Er verschijnt een spanning U op de contacten van de schakelaar.in de(t) veroorzaakt door het verschil in de emf van de bron e = Emaxcos (t) en spanning U0, gecreëerd door lading op de lijn. Uin de(t) = Emaxcos (t) - U0. Na een halve periode van industriële frequentie, zal de spanning op de contacten van de schakelaar de waarde E bereikenmax + U0.

De maximale spanning in de transiënt hangt af van de herverdeling van de contactopening tussen de schakelaar. De mogelijkheid van herhaalde doorslag wordt bepaald door de verhouding tussen de krommen van toenemende diëlektrische sterkte van de openingen van de schakelaar (2) en de herstelspanning (1) (figuur 4). Als de spanningsherstelcurve (curve 1) de groeicurve van de elektrische sterkte van de openingen van de schakelaar U kruistetc.(t) op punt B, zal de boog opnieuw ontbranden. Als de herstelspanning Uin de(t) (curve 2) groeit langzaam, dan zal de ontkoppeling van de onbelaste lijn plaatsvinden zonder herhaalde afbraak.

Figuur 4. Curven van herstellende kracht (Uetc.) (1)
en spanning op de schakelaar (Uin de) (2)

Uit operationele ervaring is bekend dat de grootte van de overspanning 3U isf. Door het isolatieniveau te verlagen tot 2,5 Uf bij het loskoppelen van een onbelaste leiding worden de aangegeven overspanningen gevaarlijk voor isolatie.

14.3. Overspanning bij het loskoppelen van onbelaste transformatoren

Om overspanningen te bestuderen bij het ontkoppelen van een niet-ontladen transformator, overweegt u het vervangingscircuit (Fig. 5). In dit diagram, L1 en C1 de inductantie en de capaciteit van de bron vertegenwoordigen, L2 - inductie van de losgekoppelde onbelaste transformator, en C2 - de invoercapaciteit.

Fig. 5. Transformator-equivalent circuit

Bij hoge stromen (bijvoorbeeld wanneer een kortsluiting wordt verbroken), vindt de laatste discontinuïteit altijd plaats wanneer de stroom door nul gaat en de stroom soepel tot nul afneemt.

Bij lage stromen (bijvoorbeeld wanneer de onbelaste transformatoren worden losgekoppeld), is het boogionisatieniveau onbeduidend en kan onder de werking van de werkende slag van de schakelaar een zeer snelle desintegratie van de boogkolom optreden zelfs voordat de stroom door de nulwaarde gaat (momenteel vacuüm, SF6 stroomonderbrekers, de uitschakeltijd is kort, voor dergelijke schakelaars is het mogelijk om op elk punt van de sinusoïde uit te schakelen). In dit geval neemt de boogweerstand abrupt toe en neemt de stroom in de boog scherp af tot nul. Er is een zogenaamde "snij" stroom. De ogenblikkelijke waarde van de stroom die kan worden "afgesneden" hangt af van de mate van ionisatie van de boog op dit moment en van de boogonderdrukkende mogelijkheden van de schakelaar.

Stel dat in het schema in afb. 5 op tijdstip t0 er is een stroomuitval opgetreden, waarvan ik de momentane waarde hadsectie (Fig. 6). Na een stroomonderbreking is de magnetische energie L2I 2 cgesneden/ 2 zal converteren naar condensator elektrische energie
C2 -> C2U 2 2max/ 2. Dit proces komt overeen met de vergelijking:

Uit bovenstaande vergelijking wordt de maximale of zogenaamde verwachte waarde van de overspanning bepaald:

Figuur 6. Overspanningstijdschema
onbelaste transformator

Berekeningen laten zien dat u2max vele malen hoger dan de nominale spanning van de transformator, aangezien L2 - de inductantie van de nullast van de transformator wordt berekend in tientallen Henry, en de afsnijstroom kan gelijk zijn aan 10... 20 A.

Wanneer overspanningen optreden, is de sterkte van de contactopening onvoldoende en wordt de boog opnieuw ontstoken in de schakelaar. De schakelaar zelf fungeert als een "limiter" overspanning. Als gevolg van de nieuwe afsnijding van de stroom kan de volgende piek van de spanning verschijnen en ziet het proces op het oscillogram eruit als alternerende secties van stroom en daaropvolgende uitsplitsingen van de contactopening.

Herhaalde ontstekingen van de boog in de schakelaar kunnen vrij snel stoppen, maar er kunnen meerdere halve perioden doorgaan. De duur van het bestaan ​​van opnieuw ontsteken hangt af van de verwachte overspanning, de intensiteit van verzwakking van natuurlijke oscillaties en de groeisnelheid van de herstelsterkte van de schakelaar.

Omdat overspanningen bij het loskoppelen van inductanties slechts in zeer zeldzame gevallen grenswaarden bereiken en de vorm van korte pulsen hebben, kunnen de overspanningsafleiders en afleiders die op de transformatoraansluitingen zijn geïnstalleerd, gemakkelijk hun beperking opvangen. Het is mogelijk om de overspanning aanzienlijk te beperken door gebruik te maken van schakelaars met shunt-weerstanden, waardoor een deel van de energie opgeslagen in de inductantie wordt teruggestuurd naar het netwerk. Deze weerstanden zijn vergelijkbaar met die hierboven worden aanbevolen om overspanningen van niet-belaste lijnen te beperken, maar de weerstandswaarden moeten van dezelfde orde zijn als de inductieve weerstand van het circuit dat wordt losgekoppeld.

14.4. Overspanning wanneer condensatorbatterijen worden losgekoppeld

Momenteel worden condensatorbanken op grote schaal gebruikt in elektrische systemen.

Wanneer een condensatorbatterij wordt ontkoppeld (Fig. 7), evenals wanneer een niet-geladen leiding wordt losgekoppeld, wordt de capacitieve stroom afgesneden op het moment van maximale spanning op de condensator en verandert de spanning tussen de contacten van de schakelaar in overeenstemming met de U-kromme2 in fig. 3, b. Hierdoor is er een kans op herontsteking, die gepaard gaat met oscillaties met een amplitude van 2Uf. In het proces van deze fluctuaties bereikt de spanning op de batterij 3Uf.

Fig. 7. Vereenvoudigde regeling voor het losmaken van de batterij van de condensator

Moderne condensatorbanken zijn gewoonlijk uitgerust met een serie-parallelle verbinding van afzonderlijke secties, die elk worden beschermd door een lont. Daarom zijn er in batterijen praktisch geen volledige kortsluitingen, waardoor het gebruik van lichtgewicht schakelaars met een zeer hoog voltage herstelpercentage mogelijk is, waardoor de mogelijkheid van her-ontstekingen wordt geëlimineerd.

14.5. Restrictiemaatregelen interne beperking

Het gebruik van afsluiters. De afsluiter is een apparaat dat in werking treedt wanneer de spanning op het installatiepunt de doorslagspanning van de vonkbruggen overschrijdt en de overspanning op de isolatie tot een acceptabel niveau beperkt.

De grootste overspanningen vinden plaats aan het open einde van de lijn. Omgekeerde compensatiereactoren, koppelcondensatoren, schakelaars, scheiders, spanningstransformatoren kunnen daar ook worden geïnstalleerd. Om ze te beschermen in de buurt van de lijnscheidingsschakelaar, is aan de leidingzijde een gecombineerde klepafvoer met verhoogde doorvoer geïnstalleerd. De taak van het beperken van zowel schakelende als onweersbobover overspanningen is eraan toegewezen.

Bij het schakelen van overspanningen, overschrijdt de amplitude van de stroom door de ontlader na de afbraak van de vonkbrug gewoonlijk niet 1,5... 2 kA, maar vanwege de aanzienlijke duur van de overspanning overschrijdt de energie gedissipeerd in de niet-lineaire weerstand de energie van de bliksemimpuls met meerdere ordes van grootte. De voorwaarden voor booguitdoving in afleiders met schakelende overspanningen zijn ernstiger dan bij onweersbuien. In Fig. 8 toont de spanningskrommen op het verbindingspunt van de ontlader en de stroom door de ontlader. Wanneer de momentele waarde van de spanning over de vonkbrug de doorslagspanning van de vonkbrug bereikt, wordt de niet-lineaire weerstand ervan verbonden met de fasedraad (punt a). Met het passeren van de spanning en stroom van de ontlader door nul, onderbreekt de vonkbrug de stroom. In de volgende halve periode kan de ontlader weer werken (punt b) als de spanning erop sneller groeit dan de herstelkracht van zijn vonkbrug; in dit geval is de spanning van de tweede en alle daaropvolgende onderbrekingen kleiner dan in de eerste helft van de periode.

Fig. 8. Het werk van de klepontlader voor het schakelen van overspanningen:

1 - spanningsgrafiek tijdens overgang; 2 - stroom door de ontlader

De spanning waarbij herhaalde doorbraken niet langer optreden, moet kleiner zijn dan de doofspanning Ujaap. Het uitschakelen van de vonkbrug zou moeten stoppen na het verval van het overgangsproces, maar de steady-state spanning Umond kan de fasespanning aanzienlijk overschrijden als gevolg van capacitief effect of asymmetrie. Typisch wordt de elektrische sterkte van de vonkspleten gekenmerkt door de afschrikspanning Ujaap.

Daarom moet de spanning van het blussen van de schakelafleiders aanzienlijk hoger zijn dan die van de overspanningsafleiders en de extinctiecoëfficiënt kjaap = Unr/ Ujaap moet aanzienlijk lager zijn.

Voor lozers RVMK-verhouding Ujaap en doorslagspanning van vonkbruggen Uetc. gelijk aan  = 0.7; in afvoeren RVMKP
 = Ujaap/ Uetc. = 0.9. Betrouwbare boogonderdrukking is gegarandeerd als de steady-state-spanning niet groter is dan Uetc..

In tab. 2 toont de maximale waarden van UY,max in 330... 750 kV-netwerken waarin schakelbeveiliging de boog kan doven. Als de stationaire spanning UY,max overschrijdt de waarden gegeven in tabel. 1, zal de afleider herhaaldelijk werken, wat meestal onaanvaardbaar is. Daarom wordt voor betrouwbare werking van de vonkbrug de stationaire spanning verminderd door transversale compensatiereactoren te installeren die strak zijn aangesloten of door een vonkbrug.

Tabel 2 - Toegestane waarden van constante spanning.

Overspanning in transformatoren en overspanningsbeveiliging

Onder normale bedrijfsomstandigheden van een transformator werken sinusvormige spanningen met een nominale frequentie, die geen gevaar vormen voor elektrische isolatie, tussen de afzonderlijke delen van de wikkelingen ervan, evenals tussen de wikkelingen en het geaarde magnetische circuit. Er zijn echter periodiek omstandigheden waaronder overspanningen verschijnen tussen de gespecificeerde elementen van de transformator. Afhankelijk van de redenen die ervoor zorgen, zijn overspanningen verdeeld in twee typen: intern en extern.

Interne overspanningen treden op in het schakelproces, zoals het uitschakelen of inschakelen van de transformator, of als gevolg van noodprocedures (kortsluiting, boogkortsluiting naar aarde, enz.). De waarde van de interne overspanning is meestal (2,5 ¸ 3,5) UNOM.

Externe (atmosferische) overspanningen: ze worden veroorzaakt door atmosferische ontladingen: door directe blikseminslag op draden of torens met energietransmissie of door bliksemontladingen die elektromagnetische hoogspanningsgolven in draden van een lijn opwekken. De waarde van overspanning kan in dit geval enkele duizenden kilovolt bereiken.

Fig. 4.4. Transformatorwikkelingsequivalentcircuits

De processen die tijdens overspanningen in de transformator optreden, worden aanzienlijk beïnvloed door de snelheid waarmee de spanningsgolf toeneemt. Wanneer een spanningsgolf de transformator nadert, neemt de spanning tussen de wikkelingsterminal en de grond zeer snel toe. Tegelijkertijd heeft de snelheid van de spanningsstijging in grote mate invloed op het type van het opwindvervangingscircuit. Wanneer de spanning van de industriële frequentie, heeft het equivalente circuit van de winding de vorm van een rij na de in serie geschakelde inductieve en actieve weerstanden van de elementen van deze wikkeling (figuur 4.4, a). Bij het naderen van een periodieke golf-overspanningstransformator veroorzaakt door schakelprocessen, neemt de spanningsstijgsnelheid zoveel toe dat capacitieve verbindingen tussen de wikkelelementen en tussen de wikkeling en de geaarde magnetische schakeling de in de transformator optredende processen beïnvloeden (fig. 4.4, 6). Tenslotte, bij atmosferische overspanningen, wanneer een aperiodische impuls met een steile voorrand van de PF naar de transformator snelt (figuur 4.5), waarbij de spanning tussen de transformatoringang en de aarde de hoogste waarde bereikt in (1-2) -10 -6 s, inductanties in het circuit de substitutie wordt zo groot dat hun invloed kan worden verwaarloosd en de wikkelingvervangingsschakeling die alleen bestaat uit de transversale capaciteiten tussen het opwikkelelement en de magnetische geleider (aarde) C kan worden beschouwd.q en longitudinale capaciteiten tussen aangrenzende wikkelelementen Cd (Afb. 4.4, c).

Fig. 4.5. Overspanning in de vorm van een puls

Laten we de processen in een transformator onder atmosferische overspanningen gedetailleerder bekijken, omdat deze overspanningen het gevaarlijkst zijn. In dit geval is de wikkeling met betrekking tot de snel toenemende spanning enige ingangscapaciteit CBX, welke de input (capacitieve) weerstand van de transformator x bepaaltRin. Op het eerste moment van de golfbenadering, wanneer de spanningsstijging enorm is (du / dt® ¥), is de ingangsimpedantie bijna nul (xRin ®0), d.w.z. de transformator is equivalent aan het kortgesloten uiteinde van de transmissielijn. In dit geval daalt de spanning aan de ingang van de transformator eerst naar nul en vervolgens naarmate de capaciteit C wordt geladenBX, stijgt en bereikt tweemaal de amplitude van de puls, en de spanningsgolf wordt gereflecteerd door de transformator. Gedurende deze periode is de transformator equivalent aan het open einde van de transmissielijn (Fig. 4.6). De spanning die optreedt tussen de wikkeling en de magnetische kern (aarde) veroorzaakt stromen door transversale capaciteiten Cq, tegelijkertijd stromen in longitudinale capaciteiten Cd naarmate het einde van de winding nadert (punt X in Fig. 4.4) neemt af. Dit leidt tot een ongelijke verdeling van de spanning langs de wikkeling. De aard van de initiële spanningsdistributie langs de wikkeling hangt van twee redenen af: op de toestand van het neutrale punt van de transformator (dit is punt X, dat geaard is in Fig. 4.7, en is geïsoleerd in Fig. 4.7, b) en op de verhouding van capaciteiten Cq en Cd, bepaald door de coëfficiënt

Fig. 4.6. Benadering (a) en reflectie (b) van een spanningsgolf bij atmosferische overspanning van een transformator

Wanneer een ≥ 5, wat overeenkomt met echte transformatoren, de initiële spanningsverdeling niet afhankelijk is van de toestand van het neutrale punt en zeer ongelijk is, en een maximale waarde bereikt bij de initiële wikkelelementen. Dit vormt een gevaar voor de isolatie tussen de beginelementen van de wikkeling. Wanneer een afname en de spanningsverdeling langs de wikkeling gelijkmatiger wordt, met name met een geaarde nulleider, hoewel de hoogste spanningswaarde onveranderd blijft.

Enige tijd nadat de golf de wikkeling nadert, zullen alle windingen een gevestigd potentieel verwerven. Wanneer de spanningsverdeling langs de wikkeling, genaamd eindig, overeenkomt met de curven bij a = 0, dan zijn de aflezingen van fig. 4.7.

4.7. Initiële spanningsverdeling onder de wikkeling met geaarde (a) en geïsoleerde (b) neutrale kleuren

Dientengevolge is er tussen de begin- en eindspanningsverdeling een voorbijgaand proces geassocieerd met gedempte elektromagnetische oscillaties veroorzaakt door inductantie, capaciteit en actieve weerstand van de wikkeling. Tijdens het overgangsproces verandert de spanning van elk wikkelpunt en bereikt op bepaalde tijdstippen waarden die de maximale waarde overschrijden tijdens de initiële verdeling van de spanning. In Fig. Figuur 4.8 toont de curve van verandering in de spanning van punt A (zie figuur 4.7, a) van de wikkeling tijdens het overgangsproces. De rottende aard van de curve als gevolg van verliezen in de actieve weerstand van de wikkeling.

Fig. 4.8. De potentiaalverandering van één punt van de transformatorwikkeling ten opzichte van de grond tijdens het overgangsproces

De grootste spanning vindt plaats aan het geïsoleerde einde van de wikkeling (punt X met een geïsoleerde nulleider) en kan de waarde van u bereikenX = 1,9 U, waarbij U de maximale spanning op de wikkeling is bij de initiële spanningsverdeling. Dus het grootste gevaar voor het oprollen van isolatie (omwenteling en verhouding tot de aarde is een overgangsoscillatieproces.

Bij autotransformators is het, vanwege de aanwezigheid van een elektrische verbinding tussen de primaire en secundaire circuits, mogelijk om spanningsgolven van het ene netwerk naar het andere te verzenden met een significante versterking in amplitude.

Maatregelen om transformatoren te beschermen tegen overspanning omvatten externe bescherming - het gebruik van geaarde kabels en afsluiters van het kleptype (deze maatregelen stellen u in staat de amplitude van spanningsgolven die geschikt zijn voor de transformator te beperken) en interne bescherming - versterking van de isolatie van de ingangswindingen; installatie van capacitieve ringen en elektrostatische schermen (capacitieve compensatie); het gebruik van windingen met een verlaagde coëfficiënt a [zie (4.4)]. Het doel van de laatste twee maten van interne bescherming wordt beperkt tot de convergentie van de initiële en eindspanningsverdeling. Tegelijkertijd wordt het voorbijgaande oscillerende proces praktisch geëlimineerd.

Capacitieve ringen zijn open wasmachine-achtige schermen gemaakt van gemetalliseerde electrocardboard. Deze ringen bedekken het begin en het einde van de wikkeling, waardoor de curve van de initiële spanningsverdeling wordt verhoogd, waardoor deze dichter bij de eindverdelingskromme komt.

Het verkleinen van de ongelijkmatigheid van de initiële spanningsdistributie en het dichterbij brengen van de uiteindelijke verdeling wordt bereikt door gebruik te maken van extra elektrostatische schermen in de vorm van open metalen ringen (spoelen) in transformatoren, die het initiële deel van de wikkeling bedekken en verbonden zijn met de input. Dit scherm creëert extra capaciteit CE, waardoor transversale capaciteiten C worden geladenq het omzeilen van longitudinale tanks Cd(Fig. 4.9, a).

Fig. 4.9. De rol van het elektrostatische scherm

Dientengevolge wordt de curve van de initiële spanningsverdeling 1 (figuur 4.9, 6) aanzienlijk rechtgetrokken en wordt deze bijna hetzelfde als de curve van de einddistributie 2 voor wikkelingen met een geaarde nulleider.

Transformatoren met geïsoleerde neutraal kunnen ook worden geleverd met elektrostatische schermen, maar in dit geval worden speciale apparaten gebruikt: impedanties, aangesloten tussen nul en aarde. Deze inrichting bevat een condensator die parallel is verbonden met de vonkbrug en de reactor, die tijdens golfprocessen de transformator neutraal maakt en bij een industriële frequentie een hoge weerstand heeft en de neutrale praktisch isoleert.

Test vragen

1. Wat zijn de oorzaken van te langzame stationair draaien?

2. Hoe beïnvloedt de toestand van magnetische verzadiging van het magnetische circuit de stroom op de transformator?

3. Wat zijn de meest ongunstige omstandigheden voor een plotselinge kortsluiting van een transformator?

4. Wat is de duur van het overgangsproces in geval van een plotselinge kortsluiting van een transformator?

5. Welke soorten overspanningen zijn mogelijk in een transformator?

6. Wat is de externe en interne bescherming van transformatoren tegen overspanning?

7. Wat is het doel van extra elektrostatische schermen in een transformator?

Je Wilt Over Elektriciteit