4.6.2. Установившийся режим (или принужденный режим)

Для импульсной прямоугольной волны напряжения этот ре­жим соответствует длительному времени приложения напряжения t . Через обмотку протекает "сквозной" принужденный ток I_пр. Емко­стные токи равны нулю, т.к. емкости уже зарядились. Схема замещения представлена только индуктивными элементами (рис. 4.15).

Поскольку обмотка однородна, то распределение напряжения по катушкам (виткам) будет равномерным, но зависит от режима ней­трали. В случае заземленной нейтрали принужденное напряжение U_np равномерно спадает до нуля (рис. 4.15, а) и может быть записано уравнением

Рис. 4.15. Схема замещения обмотки трансформатора в устано­вившемся режиме

Для изолированной нейтрали ток через обмотку не течет i_np = 0. Следовательно, U_np в начале и в конце обмотки одинаково (рис. 4.16, б). U_np = U_пад. Отсюда следует, что в случае с изолированной нейтралью конец обмотки должен иметь такую же изоляцию, как и начало.

Рис. 4.16. Распределение напряжения вдоль обмотки трансфор­матора в разных стадиях: а) сопротивление нейтрали равно нулю; б) сопротив­ление нейтрали равно бесконечности

4.6.3. Переходный процесс

Из рис. 4.16 следует очевидное несоответствие между началь­ным и установившимся режимами в обмотке трансформатора. Это при­водит к возникновению переходного процесса, где осью колебаний яв­ляются прямые установившегося режима. Схема замещения представ­лена на рис. 4.13, б, где каждая ячейка L, C, K представляет колебатель­ный контур с собственной частотой колебаний от ₁ до . При этом в обмотке могут быть достигнуты максимальные потенциалы больше U_пад

где Uk(_X) - свободная составляющая колебаний, определяемая как сумма ординат (амплитуд) всех гармоник в данной точке обмотки.

Максимальные потенциалы вдоль обмотки описываются оги­бающей максимальных потенциалов. Величина U_max зависит от режима нейтрали. При заземленной нейтрали U_max < (1,2-1,3)U_nafl и приходится на начальные витки обмотки (рис. 4.16, а). При изолированной нейтрали в переходном режиме U_max < 2U_пад и приходится на конец обмотки (рис. 4.16, б).

Перенапряжения в переходном режиме опасны для главной изоляции. Поэтому главная изоляция трансформатора должна быть уси­лена:

• для заземленной нейтрали в начальной части обмотки (1/3 от начала обмотки);

• для изолированной нейтрали усиление необходимо произ­водить по всей длине, но особенно в конце обмотки.

4.6.4. Распределение напряжения вдоль обмоток 3-х фазного транс­форматора

Импульсные перенапряжения воздействуют на трансформатор, как правило, со стороны высокого напряжения, При этом волна перена­пряжения может приходить как с ВЛ, так и по кабельной вставке. Рас­пределение напряжения по обмотке 3-х фазного трансформатора зави­сит от:

• схемы соединения обмоток;

• режима нейтрали.

Обмотки трансформатора с высокой стороны для импульсного воздействия нагружены на воздушную ЛЭП или на кабель. Волновое сопротивление воздушной линии в зависимости от конструкции и клас­са напряжения составляет Zл = 250 - 500 Ом. Волновое сопротивление кабеля Z_k = 50 - 100 - 150 Ом. Волновое сопротивление обмоток транс­форматора Z_TР = 10 000 Ом, т. е. трансформатор нагружен на малое со­противление по сравнению с собственным. Для упрощения можно пред­ставить, что обмотки, по которым не приходят волны перенапряжения, закорочены. Рассмотрим различные схемы соединения, приведенные на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Эквивалентные схемы замещения для анализа перена­пряжений в обмотках трансформаторов: а — "звезда" с заземленной нейтра­лью; б — "звезда" с изолированной нейтралью; в, г — схема замещения для "звезды" с изолированной нейтралью