Защита трансформаторов от перенапряжений

Меры защиты трансформатора от перенапряжений бывают двух родов – внешние и внутренние. Меры внешней защиты имеют целью в необходимой степени обезвредить набегающую на трансформатор волну, снизив ее амплитуду и сделав ее более пологой. К мерам внешней защиты относятся: правильный выбор трассы линии электропередачи, устройство заземляющих тросов, установка разрядников разного рода, а также координация изоляции всей системы с помощью специальных искровых промежутков, называемых координаторами с таким расчетом, чтобы изоляция обмоток оказалась сильнейшей во всей системе.

Применявшиеся ранее в качестве защитных мероприятий реактивные катушки и конденсаторы в настоящее время не используются, так как опыт показал, а затем анализ подтвердил, что эффективность такой защиты недостаточна.

Внутренними мерами защиты трансформатора от перенапряжений являются: необходимое усиление изоляции входных и концевых катушек, где, как это мы видели выше, могут появиться наибольшие градиенты напряжения; емкостная защита трансформаторов.

В настоящее время выполняемые в СССР силовые трансформаторы (масляные) на напряжения до 38,5кВ включительно имеют защиту от перенапряжений только в виде усиленной изоляции концевых катушек обмотки ВН. Нормальные катушки таких трансформаторов имеют изоляцию толщиной 0,5 мм на обе стороны, тогда как катушки с усиленной изоляцией имеют соответственно 1,4 мм. Так как в этом случае ухудшается отвод тепла, то плотность тока в катушках с усиленной изоляцией на 20 – 30% меньше, чем в нормальных катушках. Число катушек с усиленной изоляцией составляет 5 – 7% от общего числа катушек обмотки.

В трансформаторах на 110кВ и выше наряду с усилением изоляции концевых катушек применяется емкостная защита, выполняемая так, чтобы импульсы перенапряжения распределялись вдоль обмотки приблизительно так же, как и при конечном распределении напряжения, т. е. достаточно равномерно. В такой обмотке не могут иметь места сильные колебательные процессы и, следовательно, не могут возникнуть чрезмерные градиенты напряжения между частями обмотки. Трансформаторы, снабженные такой защитой, называются нерезонирующими или грозоупорными.

Идея емкостной защиты состоит в следующем. Если бы можно было выполнить обмотку так, чтобы емкость на землю , то мы имели бы ; в этом случае, как это следует из кривых на рис. 10.12, а и б. распределение напряжения вдоль обмотки сразу, т. е. с первого момента подхода волны перенапряжения к трансформатору, приобрело бы равномерный характер. Физически невозможно устранить емкости на землю, но можно скомпенсировать токи, необходимые для заряда этих емкостей, токами, протекающими из линии через систему присоединенных к обмотке экранирующих защитных емкостей

Конструктивно защитные емкости могут быть осуществлены по-разному. На рис. 10.16, а показана система с заземленной нейтралью, в которой защитная емкость осуществляется посредством особого экранирующего щита, выполненного из изолирующего материала с металлизированной поверхностью и присоединенного к линейному концу обмотки. При соответствующем подборе защитных емкостей ток, необходимый для заряда данной емкости на землю, например ток для заряда емкости на землю , подается непосредственно через защитную емкость , минуя цепь последовательно соединенных емкостей С между катушками С. Поэтому схему на рис. 10.16, а можно заменить схемой на рис. 10.16, б. Левая часть ее состоит из емкостей и, следовательно, представляет собой нерезонирующую систему.

Правую часть той же схемы образуют две параллельные ветви, одна из которых состоит из ряда последовательно соединенных индуктивностей, а другая – из такого же ряда последовательно соединенных емкостей между катушками. Все звенья каждой цепи одинаковы; поэтому на каждое звено в каждой цепи приходится одно и то же напряжение, а по каждой цепи течет по всей ее длине ток данной величины. В перемычках и т. д. токов нет, т. е. все происходит так, как если бы обе цепи были электрически независимы друг от друга. Следовательно, правая часть схемы, так же как и левая, представляет собой нерезонирующую систему.

Емкостная защита в форме экранирующих щитов осложняет конструкцию трансформатора. Поэтому на МТЗ была разработана оригинальная система частичной емкостной защиты (авторы С. И. Рабинович, С. Ю. Кронгауз, А. М. Чертин и А. Г. Перлин). В схематическом виде эта защита показана на рис. 10.17. Защитные приспособления состоят из а) катушкн А, имеющей усиленную изоляцию толщиной 3,5–5 мм на сторону; б) катушки В с такой же, как у катушки А, усиленной изоляцией и прибандажированным к катушке емкостным экраном ЕЭ и в) четырех катушек С, имеющих нормальную изоляцию и защищенных каждая емкостным экраном ЕЭ.

Катушки с усиленной изоляцией выполняются из проводников в 1,5 – 2 раза большего сечения, чем остальные катушки с соответственно меньшей допускаемой в них плотностью тока.

Емкостные экраны выполняются из медных проводников того же сечения, что и катушка, которую они защищают, и присоединяются к линейному концу обмотки, т. е. имеют потенциал линии. Проводник экрана надежно изолируется от катушки слоем изоляции толщиной 5 мм на сторону. Расстояние между катушкой и экраном определяет необходимую величину защитной емкости. Емкостный экран должен быть разомкнут (чтобы избежать образования замкнутого на себя витка) и охватывает катушку по длине, составляющей примерно 2/3 длины ее окружности.

Так как градиенты напряжения достигают наибольшей величины на входной катушке, то существенно важно по возможности равномерно распределить напряжение между ее витками. С этой целью в современных мощных трансформаторах в дополнение к емкостным экранам применяют емкостное кольцо, которое может быть выполнено из спрессованного электрокартона и представляет собой шайбу толщиной 8 – 10 мм со скругленными краями, обмотанную медной лентой с наложенной поверх нее изоляцией (рис. 10.18). Медная лента соединяется с помощью специального кабеля с линейным или нейтральным концом обмотки. Емкостное кольцо, так же как емкостный экран, должно быть электрически разомкнутым.

Опыт эксплуатации свидетельствует, что трансформаторы, защищенные описанным выше способом, устойчивы в отношении наиболее опасных по своему характеру атмосферных перенапряжений; поэтому такие трансформаторы часто называют грозоупорными.

С той же целью защиты трансформаторов от перенапряжений применяется многослойная цилиндрическая обмотка (рис. 10.19). В этой конструкции емкость между слоями значительно больше емкости относительно земли С₃₁. Следовательно, коэффициент невелик и начальное распределение напряжения мало отличается от установившегося. Для выравнивания емкости между слоями и устранения влияния емкости обмотки на стержень применяют один или два цилиндрических экрана по схеме на рис. 10.19.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 1349; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!