Tegangan lebih pada belitan transformator

Pemilihan ukuran dan desain insulasi trafo tidak mungkin tanpa menentukan tegangan yang bekerja pada berbagai bagian insulasi trafo selama operasi dan pengujian yang dirancang untuk memastikan operasi trafo yang andal.

Dalam hal ini, tegangan yang bekerja pada insulasi trafo ketika gelombang petir menyambar inputnya seringkali menentukan. Tegangan ini, juga disebut tegangan impuls, dalam hampir semua kasus menentukan pilihan insulasi belitan longitudinal dan dalam banyak kasus insulasi belitan utama, insulasi perangkat switching, dll.

Penggunaan teknologi komputer dalam penentuan tegangan lebih memungkinkan untuk berpindah dari pertimbangan kualitatif proses impuls dalam belitan ke perhitungan langsung tegangan lebih dan pengenalan hasilnya ke dalam praktik desain.

Untuk menghitung tegangan lebih, belitan transformator diwakili oleh rangkaian ekuivalen yang mereproduksi koneksi induktif dan kapasitif antara elemen belitan (Gambar 1).Semua rangkaian ekuivalen mempertimbangkan kapasitansi antara belokan dan antara belitan.

Gambar 1. Rangkaian ekuivalen transformator: UOV - gelombang datang pada belitan tegangan tinggi, UOH - gelombang datang pada belitan tegangan rendah, SV dan CH - masing-masing kapasitansi antara belitan belitan tegangan tinggi dan rendah, SVN - kapasitansi antara gulungan dengan tegangan tinggi dan rendah.

Proses gelombang dalam transformer

Trafo akan dianggap sebagai elemen induktif, dengan mempertimbangkan kapasitansi interturn, kapasitansi antara layar dan induktansi, dan antara induktansi dan ground (Gambar 2a).

Rumus berikut digunakan untuk menghitung tegangan berlebih:

dimana: t adalah waktu setelah kedatangan gelombang ke transformator, T adalah konstanta waktu tegangan berlebih, ZEKV adalah resistansi rangkaian ekuivalen, Z2 adalah resistansi saluran, Uo adalah tegangan berlebih pada waktu awal

Gambar 2. Perambatan gelombang tegangan di sepanjang belitan transformator dengan netral yang dibumikan: a) diagram skematik, b) ketergantungan gelombang tegangan pada panjang belitan untuk transformator fase tunggal dengan terminal pentanahan: Uo — jatuhkan gelombang tegangan, ∆Ce — kapasitansi antara koil dan layar, ∆Ck — kapasitansi inheren antara belokan, ∆С3 — kapasitansi antara koil dan tanah, ∆Lк — induktansi lapisan koil.

Karena ada induktansi dan kapasitansi dalam rangkaian ekuivalen, rangkaian LC berosilasi terjadi (fluktuasi tegangan ditunjukkan pada Gambar 2b).

Amplitudo osilasi adalah 1,3 — 1,4 dari amplitudo gelombang datang, mis.Uпep = (1.3-1.4) Uo, dan nilai tegangan lebih terbesar akan terjadi pada akhir sepertiga pertama belitan, oleh karena itu, dalam konstruksi transformator, 1/3 belitan memiliki insulasi yang diperkuat dibandingkan dengan yang lain .

Untuk menghindari tegangan berlebih, arus pengisian kapasitor sehubungan dengan ground harus dikompensasi. Untuk tujuan ini, layar tambahan (pelindung) dipasang di sirkuit. Saat menggunakan layar, kapasitansi belitan ke layar akan sama dengan kapasitansi belitan ke bumi, mis. ∆CE = ∆C3.

Perisai dilakukan pada transformator dengan kelas tegangan UH = 110 kV dan lebih tinggi. Perisai biasanya dipasang di dekat casing trafo.

Trafo satu fasa dengan netral terisolasi

Adanya netral terisolasi berarti ada kapasitansi Co antara bumi dan belitan, yaitu kapasitansi ditambahkan ke sirkuit ekuivalen transformator terminal bumi, tetapi layar dihilangkan (Gambar 3a).

Gambar 3. Perambatan gelombang tegangan di sepanjang belitan transformator dengan netral terisolasi: a) diagram skematik transformator yang setara, b) ketergantungan tegangan gelombang datang pada panjang belitan.

Rangkaian osilasi juga dibentuk dengan rangkaian ekuivalen ini. Namun, karena kapasitansi Co, ada rangkaian LC berosilasi dengan koneksi seri induktansi dan kapasitansi. Dalam hal ini, dengan kapasitansi Co yang signifikan, tegangan tertinggi akan muncul di ujung belitan (tegangan lebih dapat mencapai nilai hingga 2Uo). Sifat perubahan tegangan melintasi koil ditunjukkan pada Gambar 3b.

Untuk mengurangi amplitudo osilasi tegangan berlebih pada belitan transformator dengan netral terisolasi, perlu untuk mengurangi kapasitansi keluaran C sehubungan dengan pentanahan atau untuk meningkatkan kapasitansi sendiri kumparan. Metode yang terakhir biasanya digunakan. Untuk meningkatkan kapasitansi diri ∆Ck antara kumparan belitan tegangan tinggi, pelat (cincin) kapasitor khusus disertakan dalam rangkaian.

Proses gelombang dalam transformator tiga fase

Pada transformator tiga fasa, sifat proses perambatan gelombang datang sepanjang belitan dan besarnya tegangan lebih dipengaruhi oleh:

a) diagram koneksi koil,

b) jumlah fase dimana gelombang surja tiba.

Trafo tiga fase dengan belitan tegangan tinggi, bintang terhubung dengan netral yang diarde dengan kuat

Biarkan gelombang gelombang insiden datang ke salah satu fase transformator (Gambar 4).

Proses perambatan gelombang tegangan lebih di sepanjang belitan dalam hal ini akan serupa dengan proses dalam transformator fase tunggal dengan netral yang diarde (di setiap fase tegangan tertinggi akan berada di 1/3 belitan), sedangkan mereka tidak bergantung pada seberapa banyak fase yang mencapai gelombang lonjakan. Ini. nilai tegangan lebih di bagian koil ini sama dengan Upep = (1.3-1.4) Uo

Gambar 4. Rangkaian ekuivalen transformator tiga fasa dengan belitan tegangan tinggi yang dihubungkan ke bintang dengan jaringan pentanahan netral. Gelombang lonjakan datang dalam satu fase.

Trafo tegangan tinggi terhubung bintang tiga fase dengan netral terisolasi

Biarkan gelombang gelombang datang dalam satu fase.Rangkaian ekuivalen trafo, serta perambatan gelombang datang pada belitan trafo, ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Rangkaian ekuivalen transformator tiga fasa dengan belitan tegangan tinggi terhubung bintang (a) dan ketergantungan U = f (x) untuk kasus ketika gelombang datang dalam satu fasa (b).

Dalam hal ini, dua zona osilasi terpisah muncul. Pada fase A akan ada satu rentang osilasi dan kondisi di mana mereka terjadi, dan pada fase B dan C akan ada loop osilasi lain, rentang osilasi juga akan berbeda dalam kedua kasus tersebut. Tegangan lebih terbesar akan berada di belitan yang menerima gelombang lonjakan kejadian. Pada titik nol, tegangan lebih hingga 2/3 Uo dimungkinkan (dalam mode normal saat ini U = 0, oleh karena itu, tegangan lebih sehubungan dengan tegangan operasi operasi U adalah yang paling berbahaya untuk itu, karena operasi U0 >> U).

Biarkan gelombang surja melewati dua fase A dan B. Rangkaian ekuivalen transformator serta perambatan gelombang datang pada belitan transformator ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Rangkaian ekuivalen transformator tiga fasa dengan belitan tegangan tinggi terhubung bintang (a) dan ketergantungan U = f (x) untuk kasus ketika gelombang datang dalam dua fasa.

Pada belitan fase tempat gelombang datang, tegangan akan menjadi (1,3 — 1,4) Uo. Tegangan netral adalah 4/3 Uo. Untuk melindungi dari tegangan berlebih dalam hal ini, arester dihubungkan ke netral transformator.

Biarkan gelombang surja datang dalam tiga fase.Rangkaian ekuivalen transformator serta penjalaran gelombang datang pada belitan transformator ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7.Rangkaian ekuivalen transformator tiga fasa dengan belitan tegangan tinggi terhubung bintang (a) dan ketergantungan U = f (x) untuk kasus ketika gelombang datang dalam tiga fasa.

Proses propagasi gelombang jatuh tegangan lebih di setiap fase transformator tiga fase akan serupa dengan proses pada transformator satu fase dengan keluaran terisolasi. Tegangan tertinggi dalam mode ini akan netral dan akan menjadi 2U0. Kasus overvoltage trafo ini adalah yang paling parah.

Trafo luka delta tegangan tinggi tiga fasa

Biarkan gelombang lonjakan melewati satu fase A dari transformator tegangan tinggi tiga fase yang terhubung dalam delta, dua fase lainnya (B dan C) dianggap ditanahkan (Gambar 8).

Gambar 8. Rangkaian ekuivalen transformator tiga fasa dengan belitan tegangan tinggi yang dihubungkan secara delta (a) dan ketergantungan U = f (x) untuk kasus ketika gelombang datang dalam satu fasa.

Belitan AC dan BC akan terkena tegangan lebih (1,3 — 1,4) Uo. Tegangan lebih ini tidak berbahaya untuk pengoperasian trafo.

Biarkan gelombang tegangan lebih datang dalam dua fase (A dan B), grafik penjelas ditunjukkan pada Gambar 9. Dalam mode ini, perambatan gelombang tegangan lebih pada belitan AB dan BC akan serupa dengan proses pada belitan yang sesuai dari a terminal transformator pentanahan tiga fasa. Ini. pada belitan ini nilai tegangan lebih akan menjadi (1,3 — 1,4) Uo dan pada belitan AC akan mencapai nilai (1,8 — 1,9) Uo.

Gambar 9. Ketergantungan U = f (x) untuk kasus ketika gelombang tegangan lebih melewati dua fase transformator tiga fase dengan belitan tegangan tinggi yang terhubung secara delta.

Biarkan gelombang lonjakan melewati ketiga fase transformator tiga fase dengan belitan terhubung delta tegangan tinggi.

Gulungan semua fase dalam mode ini akan terkena tegangan lebih (1,8 — 1,9) Uo. Jika gelombang lonjakan datang secara bersamaan melalui dua atau tiga kabel, maka di tengah belitan, tempat gelombang datang dari kedua sisi, dapat terjadi fluktuasi tegangan dengan amplitudo yang berbahaya bagi pengoperasian transformator.

Perlindungan lonjakan transformator

Tegangan lebih yang paling berbahaya dari isolasi utama belitan dapat terjadi dalam kasus kedatangan gelombang secara bersamaan melalui tiga kabel ke transformator dengan koneksi delta (di tengah belitan) atau bintang dengan netral terisolasi (hampir netral) . Dalam hal ini, amplitudo tegangan lebih yang dihasilkan mendekati dua kali tegangan output atau empat kali amplitudo gelombang input. Tegangan lebih insulasi turn-to-turn yang berbahaya dapat terjadi dalam semua kasus ketika gelombang dengan bagian depan yang curam tiba di trafo, terlepas dari skema koneksi belitan trafo.

Jadi, untuk semua transformator jika terjadi tegangan lebih dan distribusinya di sepanjang belitan, untuk memperkirakan besarnya, kapasitansi dalam rangkaian ekuivalen transformator (dan bukan hanya induktansi) harus diperhitungkan. Keakuratan nilai tegangan lebih yang diperoleh sangat bergantung pada keakuratan pengukuran kapasitansi.

Untuk menghindari tegangan lebih dalam desain transformator, disediakan:

• layar tambahan yang mendistribusikan arus pengisian, oleh karena itu, tegangan berlebih berkurang.Juga, layar mengurangi kekuatan medan pada titik-titik tertentu pada belitan transformator,

• memperkuat insulasi belitan di bagian tertentu (penggantian belitan trafo secara konstruktif),

• pemasangan arester di depan trafo dan sesudahnya — terhadap tegangan berlebih eksternal dan internal, serta arester di netral trafo.