Меню

Бросок тока в сети

Токи намагничивания силовых трансформаторов и автотрансформаторов при включении их под напряжение

Бросок тока намагничивания трансформатора — это кратковременный ток намагничивания трансформатора, превышающий номинальный ток нагрузки, возникающий при включении трансформатора (автотрансформатора) под напряжение или при его восстановлении. При этом, бросок тока намагничивания раз от раза может отличаться на одном и том же трансформаторе, так как имеет значение вектор и величина напряжения, подаваемая на обмотку трансформатора при включении коммутационного аппарата.

Причины возникновения броска тока намагничивания

Причиной возникновения БНТ в силовых трансформаторах является резкое изменение уровня напряжения намагничивания. Хотя обычно возникновение БНТ связывают с включением трансформатора под напряжение, он также может быть обусловлен:

  • Возникновением внешнего КЗ,
  • Восстановлением уровня напряжения после отключения внешнего КЗ,
  • Переходом КЗ из одного вида в другой (к примеру, переход однофазного КЗ в двухфазное КЗ на землю),
  • Несинхронным подключением генератора к системе.

Поскольку ветвь намагничивания схемы замещения трансформатора, может быть представлена как шунт при его насыщении, ток намагничивания нарушает баланс между токами на выводах трансформатора. Дифференциальная защита воспринимает ток БНТ как дифференциальный, однако должна устойчиво функционировать в таком случае. Отключение трансформатора при БНТ является нежелательным с точки зрения условий обеспечения длительного срока службы трансформатора (отключение тока индуктивного характера вызывает высокие перенапряжения, что может представлять угрозу для трансформатора и быть косвенной причиной возникновения внутреннего КЗ).

Особенности намагничивания трехфазных трансформаторов

Рассмотрим особенности намагничивания магнитопроводов трехфазных трансформаторов. Как было выяснено в предыдущем параграфе при синусоидальном напряжении сети магнитный поток однофазного трансформатора и ЭДС также синусоидальны, а намагничивающий ток вследствие нелинейности кривой намагничивания (насыщение магнитопровода) несинусоидален. Искажение формы кривой тока определяется наличием в ней высших гармоник. Сильнее всего сказывается влияние первой (основной) и третьей гармоник. В дальнейшем гармониками выше третьей будем пренебрегать ввиду их относительно небольших значений.

В трехфазных трансформаторах первые гармоники намагничивающего тока сдвинуты по фазе на и изменяются во времени с частотй сети Гц. Третьи гармоники намагничивающего тока сдвинуты по фазе на и изменяются во времени с тройной частотой сети Гц. Это приводит к тому, что третьи гармоники намагничивающего тока могут протекать не при всех схемах соединения обмоток трехфазного трансформатора. Следовательно, намагничивающий ток при некоторых схемах соединения обмоток будет синусоидальный

, а магнитный поток и ЭДС в обмотках трансформатора будут
несинусоидальные
.

Намагничивающий ток третьей гармоники может протекать в каждой фазе при соединении обмоток по схемам «треугольник» и «звезда» с выведенной нейтралью. При соединении обмоток по схеме «звезда» намагничивающий ток третьей гармоники в каждой фазе трансформатора протекать не может, т.к. нет выхода токов каждой фазы из нулевой точки (нет проводящего контура).

Рассмотрим различные схемы соединения обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора

Соединение обмоток Д/У

. Пусть на холостом ходу к трехфазной сети подключена обмотка, соединенная «треугольником» (рис.2.5,
а
). Т.е. первичная обмотка – обмотка ВН (соединение Д). Треугольник является проводящим замкнутым контуром для токов третьей гармоники. В намагничивающем токе каждой фазы есть третья гармоника . Токи третьей гармоники будут циркулировать внутри замкнутого треугольника. Так как каждая фаза этой обмотки подключена к синусоидальному напряжению сети, поток каждой фазы будет синусоидальным, а намагничивающий ток каждой фазы — несинусоидальным.

Пусть теперь на холостом ходу к трехфазной сети подключена обмотка, соединенная «звездой». (рис. 2.5, б)

. Т.е. теперь первичная обмотка − обмотка НН (соединение У). В соединении «звезда» токи третьей гармоники протекать не могут физически. Поэтому намагничивающий ток в этом случае является синусоидальным. Кривая магнитного потока , возбуждаемого синусоидальным намагничивающим током, вследствие насыщения будет несинусоидальной, уплощенной формы (рис.2.6,
а
). Кривая потока наряду с основной гармоникой содержит третью гармонику . Третьи гармоники потока всех трех фаз совпадают по фазе и индуктируют во вторичной обмотке, соединенной «треугольником» три равные по значению и совпадающие по фазе ЭДС (рис.2.6,
б
). Под действием этих ЭДС в каждой фазе замкнутого «треугольника» начинают протекать токи третьей гармоники . За счет преобладания в обмотках силовых трансформаторах индуктивного сопротивления почти чисто индуктивные. Эти токи возбуждают в магнитопроводе трансформатора магнитные потоки третьей гармоники , которые почти полностью компенсируют потоки . Поэтому результирующие потоки фаз будут практически синусоидальными.

Из изложенного следует, что в случае соединения одной из обмоток трансформатора «треугольником» магнитные потоки, ЭДС и напряжения фаз остаются синусоидальными.

Это существенное преимущество трехфазных трансформаторов, у которых одна из обмоток соединена «треугольником». При соединении одной из обмоток трансформатора в треугольник искажение кривой фазных ЭДС и напряжений не зависит от типа магнитопровода.

Соединение обмоток У/У.

В трансформаторах с таким соединением обмоток третьи гармоники в намагничивающих токах первичной и вторичной обмоток существовать не могут. Поэтому магнитные потоки фаз наряду с основной гармоникой содержат еще третьи гармоники потока . Из-за наличия третьей гармоники магнитного потока кривая потока становится уплощенной формы. Т.о. характерной особенностью намагничивания трехфазного трансформатора с соединением обмоток по схеме
У/У
является наличие третьих гармоник магнитного потока . Третьи гармоники потока в каждой фазе трансформатора наводят третьи гармоники ЭДС . Кривые фазных ЭДС и напряжений становятся несинусоидальными. Величина этих гармоник, а следовательно и синусоидальность фазного напряжения зависит от типа магнитопровода трансформатора.

В трехфазной группе однофазных трансформаторов и бронестержневом трансформаторе поток замыкается по магнитопроводу, как и поток (рис. 2.7 а, б

). Так как сопротивление магнитопровода мало, то величина потока может достигать 10 – 20 % от потока , а наводимые им в обмотках амплитудные ЭДС третьей гармоники составят 30 – 60 % от ЭДС первой гармоники. Кривые ЭДС первичной и вторичной обмоток искажаются, а действующие значения фазных ЭДС вырастают на 5 – 17 %, вызывая возрастание электрического поля в изоляции (преждевременное старение изоляции). Однако линейные ЭДС и напряжения останутся синусоидальными, так как в разности ЭДС двух фаз ЭДС исчезают.

В трехстержневом трансформаторе потоки беспрепятственно замкнуться по магнитопроводу не могут, так как в каждый момент времени во всех стержнях направлены одинаково (рис. 2.7, в)

. Поэтому потоки вытесняются на пути магнитных потоков рассеяния и замыкаются от одного ярма к другому через трансформаторное масло, воздух, крепежные детали и стенки бака трансформатора. Магнитное сопротивление этих участков достаточно велико и потоки по сравнению с такими потоками в трансформаторах других типов значительно меньше. Соответственно в трехстержневом трансформаторе значительно меньше искажаются кривые фазных ЭДС и напряжений.

Соединение обмоток У/У0

обеспечивает протекание намагничивающих токов третьей гармоники . Поэтому потки и фазные напряжения трансформатора и будут синусоидальными.

Токи протекают по нулевому проводу (при заземленной нагрузке) и оказывают вредное влияние на металлические подземные сооружения, вызывая их усиленную коррозии, так как частота этих токов равна тройной частоте сети, т. е. 150 Гц.

Токи повышенной частоты замыкаются через емкости находящиеся между обмотками трансформатора и землей и создают помехи линиям связи (рис. 2.8) . Емкости устанавливают для борьбы с перенапряжениями (создают колебательный контур) и при частоте 50 Гц данные емкости не влияют на работу трансформатора.

Описание процесса

Намагничивание трансформатора изза включения его под напряжение считается самым неблагоприятным случаем, вызывающим БНТ наибольшей амплитуды. Когда производится отключение трансформатора, напряжение намагничивания оказывается равным нулю, ток намагничивания снижается до нуля, в то время как магнитная индукция изменяется согласно характеристике намагничивания сердечника. Указанное обуславливает наличие остаточной индукции в сердечнике. Когда, по истечении некоторого времени, производится повторное включение трансформатора под напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, магнитная индукция начинает изменяться по тому же закону, однако со смещением на значение остаточной индукции. Остаточная индукция может составлять 80–90% номинальной индукции, и, таким образом, точка может переместиться за излом характеристики намагничивания, что, в свою очередь, обуславливает большую амплитуду и искажение формы кривой тока.

На рисунке представлена характерная форма БНТ. Данная осциллограмма отображает наличие длительно затухающей апериодической составляющей, может быть охарактеризована содержанием различных гармоник и большой амплитудой тока в начальный момент времени (до 30 раз превышающей значение номинального тока трансформатора). Кривая значительным образом затухает через десятые секунды, однако полное затухание характерно через несколько секунд. При определенных обстоятельствах БНТ затухает лишь спустя минуты после включения трансформатора под напряжение.

Объявления

В своё время меня поразило, как долго не затухает бросок тока намагничивания трансформатора, который мы впервые ставили под напряжения после наладки. При включении трансорматора со стороны ВН (110 кВ, ТЭЦ-16) он отключился от МТЗ ШСВ. Дело было поздним воскресным ночером, ввиду закрытия метро опыты прекратили и разъехались спать. В понедельник всё стало поворачиваться так, что трансформатор неисправен (ну, это не наше дело, монтировали его люди с Электрозавода), и — защита (ЭКРА) трансформатора неисправна тоже, т.к не сработала. А вот это уже наша, наладчиков территория. Скачали осциллограммы с терминала защиты, и оказалось, что все эти секунды (3-4 с, не помню точно) выдержки времени действия МТЗ ток был совершенно несинусоидальным, очевидный ток намагничивания, но затухающий необычно долго. К концу процесса несинусоидальность ушла, но защита (МТЗ) доработала, там на секции ещё нагрузка была. Мы тогда сошлись на том, что последним, что делали испытатели, была проверка сопротивления обмоток постоянному току, при этом они намагнитили сердечник трансформатора постоянным током. Защита трансформатора не работала по понятной причине, определив этот ток как ток намагничивания. Осциллограммы заказчика не убедили, (все мы в Москве — «молдаване», понятно) да и для них главное было «погудеть», финансовый год заканчивался … Осциллограммы какое-то время отдельно хранил, потом потерял, конечно, почти 10 лет прошло. Ну так, в памяти отложилось — после наладки трансформатора при проведении опыта КЗ или включении трансформатора толчком под напряжение ток намагничивания может не затухать не сотню-другую миллисекунд, а «толстые» секунды (несколько секунд). Может быть, у кого-то из коллег есть подобный опыт? Кстати (или некстати?), хочу обратить внимание, что реле с БНТ (быстронасыщающимся трансформатором тока) типа РНТ, ДЗТ свою отстройку от броска тока намагничивания трансформатора, как и вообще отстройку от апериодической слагающей тока КЗ, всё это время, пока апериодическая слагающая не затухнет, просто не трансформируют ток в исполнительное реле, таким образом, защита имеет ощутимую задержку при срабатывании даже (внимание!) при КЗ в зоне защиты. Это к священной войне «остроконечников и тупоконечников», или «что лучше — РЗ на базе цифровых или электромеханических реле». Это, конечно, совсем другая история. Так, вдруг пригодится.

Читайте также:  Параллельная цепь переменного тока схема

Источник

Влияние гармоник и бросков тока намагничивания на ДЗТ трансформаторов

Бросок тока намагничивания трансформатора — это кратковременный ток намагничивания трансформатора, превышающий номинальный ток нагрузки, возникающий при включении трансформатора (автотрансформатора) под напряжение или при его восстановлении. При этом, бросок тока намагничивания раз от раза может отличаться на одном и том же трансформаторе, так как имеет значение вектор и величина напряжения, подаваемая на обмотку трансформатора при включении коммутационного аппарата.

Причины возникновения броска тока намагничивания

Причиной возникновения БНТ в силовых трансформаторах является резкое изменение уровня напряжения намагничивания. Хотя обычно возникновение БНТ связывают с включением трансформатора под напряжение, он также может быть обусловлен:

  • Возникновением внешнего КЗ,
  • Восстановлением уровня напряжения после отключения внешнего КЗ,
  • Переходом КЗ из одного вида в другой (к примеру, переход однофазного КЗ в двухфазное КЗ на землю),
  • Несинхронным подключением генератора к системе.

Поскольку ветвь намагничивания схемы замещения трансформатора, может быть представлена как шунт при его насыщении, ток намагничивания нарушает баланс между токами на выводах трансформатора. Дифференциальная защита воспринимает ток БНТ как дифференциальный, однако должна устойчиво функционировать в таком случае. Отключение трансформатора при БНТ является нежелательным с точки зрения условий обеспечения длительного срока службы трансформатора (отключение тока индуктивного характера вызывает высокие перенапряжения, что может представлять угрозу для трансформатора и быть косвенной причиной возникновения внутреннего КЗ).

Бросок намагничивающего тока трансформатора

Бросок намагничивающего тока (БТН) может возникнуть при подаче напряжения на защищаемый трансформатор с одной из сторон или при восстановлении напряжения после отключения внешнего КЗ. Величина БТН может достигнуть десятикратного значения номинального тока и характеризуется, как правило, медленным затуханием апериодической слагающей, обусловливающей однополярность тока (рис. 1.2,а). При нормальной работе значения намагничивающих токов при современных марках трансформаторной стали обычно не превосходят 0,02, т.е. БТН возрастает на два порядка [1]. БТН воспринимается защитой как КЗ в зоне ее действия при одностороннем питании

(рис. 1.3). Поэтому дифференциальная защита должна быть отстроена от БТН. Однако отстройка от них путем увеличения тока срабатывания защиты () делает защиту малочувствительной.

Одним из способов отстройки от однополярных БТН является применение промежуточных насыщающихся трансформаторов тока (НТТ).

Принципиальная схема простейшего НТТ приведена на рис. 1.4. Первичная обмотка () включается в дифференциальную цепь, вторичная () питает электромагнитное или другое реле. Ток в реле зависит однозначно от величины ЭДС на зажимах вторичной обмотки НТТ. Среднее значение ЭДС определяется по выражению

где – число витков вторичной обмотки НТТ; – сечение магнитопровода НТТ, м2; – период промышленной частоты, с; – абсолютное приращение индукции за период, Тл.

Определим при разных по величине и форме токах в первичной обмотке НТТ, учитывая, что НТТ могут иметь значительную остаточную индукцию () любого знака (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Принцип быстронасыщающегося трансформатора тока

При однополярных токах максимально возможной величины и остаточной индукции неблагоприятного знака абсолютное приращение индукции за период

где – индукция насыщения.

При благоприятной остаточной индукции, а также в каждый последующий период, величина будет меньше

При протекании в первичной обмотке НТТ синусоидального тока, равного току срабатывания (на рис. 1.5,б – ), приращение индукции за период

где – индукция срабатывания.

Таким образом, отстройка от однополярного БТН обеспечивается, если

При этом обеспечивается отстройка и от тока небаланса в переходных режимах внешних КЗ, так как он, несмотря на значительную величину, соизмеримую с однополярным БТН, полностью смещен относительно оси времени.

Максимально возможное приращение индукции при синусоидальном токе внутреннего КЗ составляет (рис. 1.5,б)

Поэтому вторичный коэффициент чувствительности всегда меньше 2, что является серьезным недостатком всех реле с НТТ.

Кроме того, наличие апериодической составляющей в токе внутреннего КЗ может вызвать задержку в срабатывании защиты. Величина задержки может достигать 150 мс.

Однако НТТ не способен полностью отстроить защиту от БТН по следующим причинам:

В одной из фаз трансформатора возможно появление периодического (разнополярного) БТН. Амплитуда этого броска достигает двухкратного значения по отношению к номинальному току.

Даже при наличии однополярного БТН во всех фазах при насыщении трансформаторов тока условия трансформации апериодической составляющей тока существенно ухудшаются. Во вторичном токе трансформаторов тока появляются отрицательные полуволны (см. рис. 1.2). Поэтому дифференциальная защита трансформатора с реле типа ДЗТ имеет достаточную отстройку от БТН только при условии, если

Описание процесса

Намагничивание трансформатора изза включения его под напряжение считается самым неблагоприятным случаем, вызывающим БНТ наибольшей амплитуды. Когда производится отключение трансформатора, напряжение намагничивания оказывается равным нулю, ток намагничивания снижается до нуля, в то время как магнитная индукция изменяется согласно характеристике намагничивания сердечника. Указанное обуславливает наличие остаточной индукции в сердечнике. Когда, по истечении некоторого времени, производится повторное включение трансформатора под напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, магнитная индукция начинает изменяться по тому же закону, однако со смещением на значение остаточной индукции. Остаточная индукция может составлять 80–90% номинальной индукции, и, таким образом, точка может переместиться за излом характеристики намагничивания, что, в свою очередь, обуславливает большую амплитуду и искажение формы кривой тока.

На рисунке представлена характерная форма БНТ. Данная осциллограмма отображает наличие длительно затухающей апериодической составляющей, может быть охарактеризована содержанием различных гармоник и большой амплитудой тока в начальный момент времени (до 30 раз превышающей значение номинального тока трансформатора). Кривая значительным образом затухает через десятые секунды, однако полное затухание характерно через несколько секунд. При определенных обстоятельствах БНТ затухает лишь спустя минуты после включения трансформатора под напряжение.

Трехфазный трансформатор с соединением Y/Δ

Пусть на холостом ходу к сети с синусоидальным напряжением включена обмотка, соединенная треугольником (рисунок 3, а). При этом каждая фаза этой обмотки будет подключена к синусоидальному напряжению сети. Следовательно, потоки каждой фазы также будут синусоидальными, а намагничивающие токи фаз i0ra, i0rb, i0rc, как и у однофазного трансформатора, будут содержать нечетные высшие гармоники. В каждой фазе высшие гармоники тока будут располагаться относительно основной гармоники тока идентичным образом (рисунок 4).

Рисунок 3. Питание трансформатора с соединением обмоток Y/Δ на холостом ходу: а – со стороны обмотки, соединенной в треугольник; б – со стороны обмотки соединенной в звезду Рисунок 4. Реактивные составляющие намагничивающего тока и его гармоник в отдельных фазах обмотки трансформатора, соединенной треугольником

Однако, в то время как основные гармоники отдельных фаз будут сдвинуты относительно друг друга на 120°, третьи гармоники будут сдвинуты на 3 × 120° = 360° или 0°, пятые – на 5 × 120° = 600° или 240°, седьмые – на 7 × 120° = 840° или 120°, девятые – на 9 × 120° = 3 × 360° или 0° и так далее.

Таким образом, гармоники, кратные трем (v = 3, 9, 15…), в отдельных фазах обмотки будут совпадать по фазе. По этой причине в линейных токах, которые представляют собой разность токов соответствующих фаз, гармоники кратные трем будут отсутствовать. Поэтому токи этих гармоник будут циркулировать внутри замкнутого треугольника (рисунок 3, а), причем, будучи равными по значению и совпадая по фазе, они образуют общий замкнутый циркуляционный ток.

Если трансформатор с соединением обмоток Y/Δ питать на холостом ходу со стороны обмотки, соединенной в звезду (рисунок 3, б), то гармоники, кратные трем, в фазных токах существовать не могут, поскольку они должны совпадать по фазе и в то же время их сумма должна равняться нулю, так как из нулевой точки выхода тока нет. Однако, как было выяснено выше в связи с рассмотрением процесса намагничивания магнитопровода однофазного трансформатора, при наличии насыщения для получения синусоидально изменяющегося магнитного потока намагничивающий ток должен содержать гармоники, кратные трем. Поскольку в рассматриваемом случае наличие таких гармоник тока невозможно, то поток будет несинусоидальным.

При отсутствии гармоник, кратных трем, ток i0r будет близок к синусоидальному (рисунок 5), так как гармоники v = 5, 7… относительно малы. При такой форме тока i0r кривая потока ФY, создаваемого обмоткой, соединенной в звезду, вследствие насыщения будет иметь уплощенную или затупленную сверху форму (рисунок 5, а). Такая кривая потока наряду с основной гармоникой Ф1Y будет содержать также относительно сильную третью гармонику Ф3Y. Третьи гармоники потока Ф3Y всех трех фаз совпадают по фазе и будут индуктировать во вторичной обмотке, соединенной треугольником, три равные по значению и совпадающие по фазе э. д. с. E3Δ (рисунок 5, б). Складываясь в контуре треугольника, эти э. д. с. создают в этом контуре ток I3Δ, который вследствие преобладания индуктивного сопротивления будет почти чисто индуктивным. Создаваемые этим током потоки Ф3Δ будут почти полностью компенсировать потоки Ф3Y. Поэтому результирующие потоки фаз будут практически синусоидальными. Таким образом, по сравнению с питанием со стороны обмотки, соединенной треугольником, разница заключается практически только в том, что третья и кратные ей гармоники намагничивающего тока возникают на вторичной стороне (рисунок 3, б).

Из изложенного следует, что в случае соединенной одной из обмоток трансформатора в треугольник магнитные потоки, э. д. с. и напряжения фаз остаются синусоидальными. Это обстоятельство составляет существенное преимущество трехфазных трансформаторов, у которых одна из обмоток соединена в треугольник.

Сказанное в равной степени относится как к групповым трехфазным трансформаторам, так и к трехфазным трансформаторам с общим магнитопроводом.

Включение ненагруженного трансформатора в сеть

ПЕРЕХОДНЫЕ РЕЖИМЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Общая характеристика переходных процессов

Переходные процессы возникают в трансформаторах при всяком изменении режима его работы: включение трансформатора в сеть, резкое изменение нагрузки, короткое замыкание в первичной или на выходе вторичной обмотки, волновые процессы в линии, питающей трансформатор, и в ряде других случаев. Несмотря на очень короткое время переходных процессов, они сопровождаются значительным повышением токов, электромагнитных сил, магнитных потоков, возникновением опасных для целостности трансформатора больших механических усилий между обмотками, крайне неравномерного распределения напряжения между отдельными частями обмоток, резкого перегрева обмоток и т. д.

Поэтому без учета переходных процессов в трансформаторе при его проектировании не могут быть правильно выбраны размеры, определены условия, в которых он должен эксплуатироваться, и сформулированы требования к его защите.

Включение ненагруженного трансформатора в сеть

При установившемся режиме работы ток холостого хода силового трансформатора не превышает 3–5 % номинального. При включении трансформатора в сеть под напряжение близкое к номинальному, могут наблюдаться резкие броски тока, во много раз превышающие номинальные значения тока холостого хода.

Уравнение ЭДС при включении трансформатора на синусоидальное, не зависящее от его режима работы напряжение, можно записать в виде:

где фаза включения, т.е. фазовый угол, определяющий значение в момент включения трансформатора в сеть (рис. 7.1). Зависимость нелинейна, поэтому решение уравнения (7.1) возможно при упрощающем положении о пропорциональности потокосцепления току :

Тогда уравнение (7.1) приобретает вид:

Поток выражается в виде суммы двух потоков – периодического потока , соответствующего установившемуся режиму, и свободного потока , соответствующего переходному режиму. Таким образом,

Поток отстает от подводимого к трансформатору напряжения почти на 900 .Поэтому

где амплитуда потока при установившемся режиме работы.

Для определения свободной составляющей потока правую часть (7.4) приравнивают нулю:

Решение (7.7) отыскивается в виде:

где постоянная интегрирования, определяемая из начальных условий: . При функция и поток , а в магнитопроводе существует только поток остаточного намагничивания . В этом случае уравнение (7.5) с учетом (7.6) напишется в виде:

Подставляя это значение в уравнение (7.8), находим:

Окончательно поток в магнитопроводе трансформатора для любого времени переходного периода:

Характер изменения магнитного потока будет зависеть от момента включения трансформатора.

При и магнитный поток

Если остаточный поток отсутствует, то при включении трансформатора в сет поток и ток намагничивания (рис. 7.2) достигают установившегося значения без переходного процесса.

При и магнитный поток

имеет апериодическую составляющую даже при потоке и переходный процесс неизбежен. На рис. 7.3 приведены кривые, характеризующие изменения во времени магнитного потока и его составляющих при процессе включения однофазного трансформатора, протекающего, согласно уравнению (7.14).

Наибольшего значения магнитный поток достигнет через полупериод от момента включения, когда

с учетом (7.15) магнитный поток:

Из (7.15)следует: , а . (7.17)

Обычно и в первом приближении можно считать, что значение , особенно в больших трансформаторах. Остаточный же поток может быть значительным и достигать иногда , и наибольшее значение магнитного потока в переходном процессе в два с лишним раза превышает установившееся:

Намагничивающий ток , необходимый для создания такого потока определяется по кривой намагничивания (рис. 7.4).


На кривой рис. 7.4 точки А

и
В
соответствуют номинальному и двойному значению магнитной индукции силовых трансформаторов, т. е. нормальному и двойному значениям потока . Из рисунка следует, что амплитуда тока включения может превысить амплитуду установившегося тока холостого хода в 50–100 раз амплитуду номинального намагничивающего тока. Если иметь в виду, что ток от , то ясно, что ток включения может превысить номинальный рабочий ток в 3–4 раза. Амплитудное значение тока тем больше, чем больше насыщена сталь магнитопровода. Длительность переходного процесса включения невелика и не превосходит нескольких периодов.

С возрастанием номинальной мощности трансформатора отношение обычно уменьшается (увеличивается электромагнитная постоянная), поэтому у трансформаторов малой мощности переходный процесс при включении протекает быстрее и связан с меньшими бросками тока.

В трехфазном трансформаторе процесс включения в отдельных фазах протекает различно, так как магнитные потоки фаз сдвинуты между собой на 1200 и всегда следует ожидать более или менее значительных толчков тока, так как всегда будет фаза, напряжение которой в момент включения близко нулю. Однако уравнение (7.14) для каждой фазы в отдельности остается справедливым.

Ток включения трансформатора не представляет опасности непосредственно для трансформатора, но он может привести к выключению трансформатора из сети. Поэтому защитную аппаратуру рассчитывают на токи включения трансформатора, чтобы избежать неправильных отключений трансформатора. Следует помнить, что при резком повышении токов, увеличиваются электромагнитные силы, стремящиеся сдвинуть витки обмоток.

Многократное возрастание тока при включении трансформатора можно объяснить и физически. В силу инертности проводящих контуров трансформатор стремится сохранить потокосцепление неизменным, а при включении – равным нулю или некоторому остаточному потоку. Следовательно, в момент включения трансформатора в его обмотке возникнет ток, который создаст собственный магнитный поток, равный по величине, но противоположный по знаку вынужденному потоку в магнитопроводе.

В те периоды времени, когда вынужденный и собственный потоки совпадают по направлению, магнитопровод сильно насыщается и намагничивающий поток многократно увеличивается.

Источник



Причины возникновения скачков напряжения и как с ними бороться?

В резких перепадах напряжения бытовой сети может быть косвенно виновна компания, предоставляющая услуги электроснабжения, но и велика вероятность, что такие процессы вызваны форс-мажорными обстоятельствами. Вне зависимости то причин, последствия для бытовых электроприборов могут быть фатальными. Собранная информация поможет узнать, чем вызваны скачки напряжения, как обезопасить электроприборы, куда подавать жалобу и требование по возмещению ущерба.

Определение термина

Под данным понятием подразумевается резкие перепады сетевого напряжения, выходящие за пределы допустимых отклонений. Напомним, что согласно действующим нормам допустимые отклонения напряжения не должны превышать от номинала, а предельно допустимые — Собственно, параметры, характеризующие качественное напряжение указываются в договоре на предоставление услуг. При этом описание допустимых пределов не должно противоречить действующим нормам.

Под данное определение попадает кратковременное перенапряжение и понижение напряжения, а также отклонения (длительностью более минуты) и колебания (продолжительность менее минуты). Под это описание также подходят импульсные перенапряжения, называемые бросками.

Броски напряжения негативно отражаются на качестве напряжения

Броски напряжения негативно отражаются на качестве напряжения

Основные причины возникновения скачков напряжения в сети

Есть много причин различного характера, вызывающие отклонения напряжения от нормы в сети частного дома или квартиры. Рассмотрим наиболее распространенные случаи:

Попадание молнии в ЛЭП вызывает сильное перенапряжение сети

  1. Увеличение или уменьшение тока нагрузки в системе электроснабжения. Причина кроется в одновременном подключении к сети мощных электроприборов (электрические печи, бойлеры, масляные обогреватели и т.д.). Наибольший пик нагрузки приходится на вечерние часы, особенно в холодное время года, следствием этого является понижение напряжения.
  2. Перегрузка трансформаторной подстанции может стать причиной нестабильной работы ее оборудования. Проблема заключается в том, что большинство узлов энергосистем проектировались и строились более 30-40 лет назад, соответственно, они были рассчитаны на более низкую нагрузку. Для исправления ситуации необходима модернизация оборудования проблемных узлов, а это требует серьезных финансовых вложений.
  3. Причинами кратковременных скачков напряжения также могут быть аварии на ЛЭП или кабельных магистралях. Это может быть связано как с общим состоянием линий, так и неблагоприятными погодными условиями.
  4. Резкий скачок напряжения происходит при обрыве нуля или плохом электрическом контакте нулевого проводника. В первом случае произойдет повышение напряжения вплоть до 380 Вольт, во втором, будут наблюдаться кратковременные скачки с 220 до 380 В.
  5. Проблемы с внутридомовой разводкой электросети. Причины могут быть связаны с использованием при некачественных материалов, неправильно выполненным монтажом или «старой» проводкой. В результате происходят скачки и колебания напряжения, сопровождаемые сильными импульсными помехами.
  6. Бросок напряжения возникает в тех случаях, когда на смежной линии системы электроснабжения подключен мощный потребитель, например промышленный объект. Известно, что в момент включения электродвигателей образуются сильные пусковые токи, это приводит к тому, что начинает «прыгать» напряжение. Причем установка специальных сетевых фильтров на таком объекте только частично исправляет ситуацию. Заметим, что совсем необязательно жить рядом с промышленным объектом, чтобы ощутить все эти прелести, подобный эффект может давать небольшая мастерская, торговый центр или любое общественное здание оборудованное мощной вентиляционной системой.
  7. К возникновению импульсных перенапряжений может привести попадание молнии в ВЛ. Напряжение импульса может измеряться в киловольтах.
    Попадание молнии в ЛЭП вызывает сильное перенапряжение сети
Читайте также:  Оптимальная плотность тока для графитированного электрода

Это гарантировано выведет из строя включенные в розетки электрические приборы, несмотря на краткосрочность импульса (порядка нескольких миллисекунд) броска. Большинство устройств, обеспечивающих защиту, просто не успеют сработать.

  1. Возникают скачки и по техногенным причинам, одна из них – обрыв сетевого провода трамвайной или троллейбусной контактной сети с последующим попаданием на ВЛ. Это приведет к тому, что превышение нормального напряжения в сети составит порядка нескольких сотен вольт. На практике встречались случаи, когда в результате такой аварии выгорали (в буквальном смысле) электроприборы в ближайшем доме.
  2. Возникают скачки также при работе сварочного оборудования. Такая проблема более характерна для сельской местности, поскольку в хозяйстве часто возникает потребность для ремонта с применением сварки, например, подварить петли на воротах. Нередко некоторые умельцы с целью сэкономить подключают сварочное оборудование на вход, минуя счетчик и устройства защиты. В результате при образовании дуги происходят скачки и броски электрического тока в линии, от которой также запитаны дома соседей.

Мы назвали далеко не все причины, по которым образуются скачки входного напряжения, но приведенных примеров вполне достаточно, чтобы подвести итоги. Перепады и скачки могут быть вызваны:

  • Резким изменением нагрузки.
  • Авариями, вызванными воздействием стихии или имеющие техногенную природу.
  • Износом оборудования.
  • Отсутствием резерва мощности.

В первых двух случаях доказать вину компании, предоставляющей услуги, будет проблематично, в последних двух можно рассчитывать на получение компенсации.

Возможные последствия скачков напряжения

Изменения напряжения, выходящие за установленные нормами рамки, потребителям электроэнергии грозят выходом из строя электроприборов. Напомним, что при 220 вольтах нижняя максимально допустимая граница – 198,0 В, верхняя – 242 В.

Наибольшую опасность для домашних электроприборов представляют грозовые перенапряжения, поскольку величина импульса может достигать нескольких киловольт. Ниже представлен блок питания 40” телевизора после попадания разряда молнии в ВЛ, от которой был запитан частный дом. Ни реле напряжения, установленное на вводе, ни внутренняя защита и предохранители электронного устройства сработать не успели.

Блок питания телевизора после попадание молнии в ЛЭП

Блок питания телевизора после попадание молнии в ЛЭП

С большой вероятностью бытовая техника «сгорит», если перенапряжение вызвано обрывом нуля. В таких случаях напряжение начинает стремиться к 380,0 В (на практике обычно 300-320 В, но и этого достаточно для выхода приборов из строя).

Броски меньшого уровня вызывают сбои в работе электронного оборудования, а также сокращают срок эксплуатации техники, оборудованной компрессорами или электродвигателями. На электронагревательные приборы незначительные перепады и скачки практически не оказывают серьезного влияния, исключение составляет оборудование с электронной системой управления.

Способы защиты от скачков напряжения

Поскольку нельзя полностью исключить вероятность импульсных скачков, перенапряжений или других видов отклонений от нормы сетевого напряжения, то необходимо найти способ обезопасить дорогостоящую технику. Нет необходимости «изобретать велосипед» поскольку имеются готовые решения. Кратко расскажем о каждом из них.

Реле контроля напряжения

Решить проблему перенапряжения или его проседания можно установив специальное реле напряжения. Данное защитное устройство (не путать с электронным УЗО) производит отключение электроэнергии, если напряжение на вводе выходит за рамки установленного диапазона.

Реле напряжения СР-721М

Реле напряжения СР-721М

Восстановление питания происходит после нормализации ситуации. Данные приборы обеспечивают защиту, если произошел обрыв нулевого провода или на сетевые провода ВЛ попадает контактная линия городского электротранспорта. Против импульсных скачков, возникающих при близком грозовом разряде, реле напряжения практически бесполезны.

Следует учитывать, что при защитном отключении пропадает сетевое напряжение, чтобы не ждать в темноте пока стабилизируется питание, рекомендуется обзавестись источником с бесперебойным питанием. Расскажем об особенностях такого решения.

Источники бесперебойного питания

По сути, эти устройства не являются средствами защиты, но используются совместно с таковыми для обеспечения аварийного электропитания. Обеспечивать весь дом бесперебойным питанием нецелесообразно, поскольку это будет очень дорогим решением. Но можно запитать участок электропроводки, например, линию освещения.

Бытовые бесперебойники Makelsan

Бытовые бесперебойники Makelsan

При выборе ИБП необходимо учитывать суммарную мощность электроприборов, которые будут запитаны от него, и на основании этого выбирать прибор с соответствующим максимальным током. Подробно о выборе ИБП можно узнать из материалов нашего сайта.

Стабилизаторы напряжения

При плохом качестве электроэнергии (скачки, броски и т.д.), рекомендуется использовать специальные стабилизаторы напряжения. Эти устройства особенно эффективны при «проседании» электропитания на входе.

Модельный ряд стабилизаторов Каскад

Модельный ряд стабилизаторов Каскад

Стабилизаторы отлично справляются с импульсными помехами, но малоэффективны против высокого уровня перенапряжения, поэтому их рекомендуется использовать совместно с реле напряжения.
https://www.youtube.com/watch?v=p7eBlxAFbAw

Защита от грозовых перенапряжений

Обеспечить надежную защиту в данном случае могут только ограничители перенапряжения. Для частных домов, с питанием от ВЛ, установка ОПН необходима, в противном случае при грозе следует отключать от розеток все электроприборы.

Ограничители перенапряжения

Ограничители перенапряжения

ОПН эффективны только в качестве защиты от высоковольтных бросков, в остальных случаях они бесполезны.

Как видите, идеальной защиты нет, поэтому необходимо остановиться на комплексном решении.

Куда жаловаться и как компенсировать ущерб?

Обращаться с жалобами, а также за компенсацией ущерба нужно в компанию, с которой заключен договор на предоставление услуг электроснабжения. Заметим, что быстрому рассмотрению способствует подача коллективных заявок, поэтому если инцидент коснулся соседей по улице или других жильцов многоквартирного дома рекомендуем самоорганизоваться и действовать совместными усилиями. Контактные данные поставщика услуг, указаны в договоре.

Если при скачках напряжения сгорела бытовая техника, для получения компенсации необходимо действовать в следующем порядке:

  1. Необходимо обратиться в энергокомпанию, чтобы ее представители зафиксировали факт аварии и составили соответствующий акт.
  2. Пришедшую в негодность технику необходимо отнести в сервисный центр, для составления экспертизы, подтверждающий факт выхода приборов и указания причины.
  3. Пишется письмо-претензия поставщику электроэнергии, к письму прилагается копия акта о факте аварии и заключения экспертизы сервисного центра.
  4. Если компания отказывается возмещать убытки, то данный спор решается в районной судебной инстанции.

Часто задаваемые вопросы от читателей

Если это явление беспокоит вас постоянно с момента установки холодильника или с наступлением зимы, то проблема заключается в пусковых токах электрического двигателя.

Сами по себе обмотки представляют электрические катушки, собранные в специальной последовательности, определяемой типом двигателя.

Без протекания электрического тока все сопротивление обмоток представляет собой лишь активную составляющую, определяемую длинной и сечением проводника. Из-за того, что активная составляющая слишком мала, согласно закону Ома ток, протекающий по обмоткам, получается в несколько раз больше номинального.

После возникновения электрического тока в обмотках создается и электромагнитное поле, которое обуславливает индуктивную составляющую их сопротивления. За счет индуктивной составляющей электрическое сопротивление значительно увеличивается, а ток, имеющий обратнопропорциональную зависимость от него, уменьшается.

В результате, нагрузка на цепь существенно снижается, и электродвигатель входит в номинальный режим работы.

Заметная просадка напряжения в момент включения холодильника возможна только в том случае, если превышен лимит мощности. Такое возможно, когда на линии большинство потребителей включили мощные приборы (обогреватели, духовки, электрочайники и т.д.), что уже создает дефицит мощности и понижает напряжение.

Для борьбы с пусковыми токами существуют устройства плавного пуска, которые можно приобрести и установить в цепь электродвигателя. Помимо этого, если напряжение на вводе в жилище значительно меньше 230В, можете приобрести стабилизатор напряжения как отдельно для компьютера, так и для всей квартиры.

Источник

Бросок тока намагничивания трансформатора

Бросок тока намагничивания трансформатора (БНТ или бросок намагничивающего тока) — это кратковременный ток, который возникает при включении трансформатора (автотрансформатора) под напряжение или при восстановлении напряжения. Максимальная величина тока намагничивания трансформатора обычно превышает номинальный ток трансформатора.

Описание

Длительность затухания броска тока намагничивания составляет от нескольких секунд (в большинстве случаев) до нескольких минут (редко).

Основной причиной возникновения броска тока намагничивания трансформатора является резкое изменение величины напряжения на вводах трансформатора. В качестве основных причин изменения напряжения можно выделить следующие:

  • включение отключенного трансформатора в работу;
  • возникновение и отключение внешнего короткого замыкания;
  • асинхронный ход в энергоситсеме.

Максимальное значнеие амплитуды броска тока намагничивания определяется величиной изменения напряжения и конструктивными особеностями трансформатора. В нормальных режимах работы величина тока намагничивания трансформатора не превышает 2-3% от номинального тока, а при включении трансформатора под напряжения его величина может превышать номинальный ток в 6-8 раз [1] . Наибольшее значение ток намагничивания имеет когда трансформатора включается в момент перехода мгновенного значения напряжения через нуль.

Ток намагничивания содержит большую долю высших гармоник большую часть которых составляет вторая гармоника, а также апериодическую составляющую.

Вследствие того, что броско тока намагничивания может иметь достаточно большую амплитуду, то релейная защита трансформатора должна иметь блокировку от броска тока намагничивания.

Отключение транформатора при протеканиии в нём тока намагничивания является не желательным, так как может привести к перенапряжениям на выводах трансформатора.

Источник