Кривые распределения напряжения показывают, что при пере­напряжениях наибольшей опасности подвергается изоляция начальных катушек, так как наибольшая часть напряжения в начальные моменты приходится на эти катушки. В трансформаторах с номинальным напряжением обмоток до 35 кВ для защиты от атмосферных перенапряжений применяют усиленную изоляцию провода (до 1,35 мм на обе стороны) для первой и второй катушек в начале и в конце обмотки, а также увеличивают вентиляционные каналы между ними. В трансформаторах с напряжением обмоток 110 кВ и выше применяют емкостную компенсацию. Для этого включают добавочные емкости, выполненные в виде экранов особой формы, окружающих обмотку ВН. Емкости С_э', С_э" и др. (рис. 6.10) подбирают таким образом, чтобы токи в продольных емкостях С_к были одинаковыми и, следовательно, начальное распределение перенапряжения — равномерным.



Рис. 6.10. Схема емкостной компенсации

Выравнивание электрического поля у концов достигается применением емкостных колец, являющихся разомкнутыми шайбообразными электростатическими экранами. Емкостное кольцо изготовляют из тонкой медной ленты шириной 20—30 мм, завернутой в кабельную бумагу и намотанной в два слоя (бифилярно) на электрокартонную шайбу с округленными краями. Емкостные кольца снижают максимальные напряжения, возникающие между начальными и концевыми катушками обмоток, но не устраняют необходимость их усиленной изоляции.

Дальнейшего уменьшения больших напряжений на начальных катушках добиваются применением емкостных витков, являющихся также электростатическими экранами. Их выполняют в виде разомкнутых металлических колец, охватывающих несколько первых катушек обмотки и соединенных с ее линейными концами (рис. 6.11).



Рис. 6.11. Схема расположения емкостных витков трехфазного трансформатора

Экранирующие витки с усиленной изоляцией (5 мм на сторону) выполняют из того же провода, что и витки катушек.

Витки, экранирующие несколько катушек обмотки, в начале (а также в конце) соединяются параллельно. Все начала экранирующих витков, отводы обмоток и емкостного кольца 1 соединяют на общую гребенку. Для уменьшения экранирующих емкостей витки

---

3 катушек, более удаленных от начала 2, располагают на большем расстоянии от катушек обмотки, чем начальные витки. Схема расположения емкостных витков и кольца по высоте обмотки показана на рис. 6.12.



Рис. 6.12. Схема расположения емкостных витков и емкостного кольца по высоте обмотки

Опасные по величине напряжения для начальных катушек обмоток возникают также при резком спаде напряжения, называемом срезом волны. Срез волны (кривая 3 на рис. 6.13) возникает в случае перекрытия линии и его можно рассматривать как наложение двух волн разных знаков (кривые / и 2), следующих друг за другом.



Рис. 6.13. Образование среза волны 3 в результате наложения волн 1 и 2 раз­личных знаков

При срезе волны происходит новое распределение потенциалов под действием волны с амплитудой U₁ + U₂, которая зависит от места среза и часто бывает больше амплитуды перенапряжения U.

Раньше мы установили, что начальное распределение напряжения (кривая 1 на рис. 6.14, а) и конечное его распределение (кривая 2) по длине обмотки с заземленной нейтралью различны.



Рис. 6.14. Распределение напряжения по длине обмотки в начальный момент (1), конечный момент (2) и при переходе от начального момента к конечному

Примерное распределение напряжения вдоль обмотки с заземленной нейтралью в момент, следующий за начальным при колебательных процессах, показывает кривая 3. В этом случае наибольшее напряжение приходится на последний заземленный виток, т. е. наиболее опасен пробой изоляции у последних витков. В дальнейшем колебания будут вызывать изменение распределения напряжения вдоль обмотки. Это распределение в любой момент времени от начального до конечного представляется некоторой кривой, лежащей между 1 и 2. Таким образом, опасность пробоя изоляции за счет колебательных процессов существует для любого витка обмотки.

В трансформаторе с изолированной нейтралью (незаземленный конец обмотки) распределение напряжения по длине обмотки в начальный и конечный моменты показано на рис. 6.14, б. Колебания напряжения при переходе от начального распределения к конечному происходят в пределах, определяемых кривыми

---

1 и 3. В этом случае колебания напряжения происходят в более широких пределах, чем при заземленной нейтрали обмотки. Это обстоятельство — существенный недостаток систем с изолированной нейтралью.

Процесс проникновения волны перенапряжения можно рассматривать как постепенный переход от начального к конечному распределению напряжения. Так как трансформатор представляет собой систему различным образом соединенных между собой индуктивностей и емкостей, образующих резонансные контуры, то переход от начального распределения напряжения к конечному сопровождается колебательными процессами.





Рис. 6.15. Изменение напряжения точки обмотки относительно земли при колебательном процессе

Эти колебания имеют затухающий характер за счет активного сопротивления обмоток (рис. 6.15), однако они могут привести к тому, что напряжения между отдельными точками (катушками) обмотки окажутся больше амплитуды перенапряжения и во много раз превзойдут по величине нормальное рабочее напряжение между ними. В результате этого в трансформаторе возможны пробои и перекрытия (поверхностные разряды) изоляции.

В трансформаторах с емкостными витками и кольцами электро­магнитные колебания при переходных процессах выражены значительно слабее. Такие трансформаторы называются грозоупорными или нерезонирующими, так как у них практически устранена опасность возникновения значительных резонансных колебаний в обмотках при воздействии периодических затухающих волн.

---

7. Трансформаторы специальных типов

7.1. Автотрансформаторы

Автотрансформатором называют статический электромагнитный аппарат, имеющий одну обмотку, часть которой принадлежит одновременно первичной и вторичной сети. Принципиальная схема понижающего автотрансформатора показана на рис. 7.1.





Рис. 7.1. Принципиальная схема понижающего автотрансформатора

Первичное напряжение подведено к зажимам А — X первичной обмотки с числом витков ????₁. Вторичной обмоткой является часть первичной а — X с числом витков ????₂. Пренебрегая падением напряжения в сопротивлениях первичной обмотки от тока х.х., мы можем определить напряжения первичной и вторичной обмоток: U₁ E₁= 4,44????₁fФ; U₂ E₂= 4,44????₂fФ. Отношение напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе называется коэффициентом трансформации автотрансформатора, т. е. U₁/U₂ = ????₁/????₂ = k.

Если вторичную обмотку автотрансформатора замкнуть на какой-либо приемник энергии, то во вторичной цепи потечет ток.

Пренебрегая потерями энергии в автотрансформаторе, мощность, потребляемую автотрансформатором из сети, можно принять равной мощности, отдаваемой во вторичную сеть: P = U₁I₁ = U₂I₂. Откуда I₁/I₂= ????₂/????₁ = 1/k.

Таким образом, основные соотношения трансформатора остаются без изменения в автотрансформаторах.

Из условия постоянства магнитного потока при неизменном напряжении сети U₁ мы можем записать уравнение равновесия намагничивающих сил автотрансформатора: I₁????₁ + I₂????₂ = I₀????₁

По части обмотки а—X с числом витков ????₂ протекает ток I₁₂, равный геометрической сумме токов первичной и вторичной цепи: I₁₂ = I₁ + I₂

Если пренебречь током х.х. за малостью, то можно считать, что токи I₁ и I₂ сдвинуты по фазе на 180°, и их геометрическая сумма равна арифметической разности, т. е.

---

I₁₂ = I ₂ – I ₁ = I₂(1 – 1/k). В понижающем автотрансформаторе ток I₁₂ совпадает по направлению с током I₂, в повышающем — направлен противоположно.

Конструктивно автотрансформатор отличается от обычного трансформатора только электрическим соединением между обмотками. Его преимуществом перед трансформатором той же полезной мощности является меньший расход активных материалов (меди и стали), потери энергии и изменение напряжения при изменениях нагрузки, высокий к. п. д. Вес меди автотрансформатора примерно в k/(k 1) раз меньше веса трансформатора при одинаковых плотностях тока. Это объясняется тем, что у трансформатора на сердечнике имеется две обмотки — первичная с числом витков ????₁, поперечное сечение провода которой рассчитано на ток I₁, и вторичная с числом витков ????₂, поперечное сечение провода которой рассчитано на ток I₂. У автотрансформатора также две обмотки, но одна из них (часть А—а) имеет число витков (????₁ ????₂) из провода, поперечное сечение которого рассчитано на ток I₁ а другая (часть а—X) имеет число витков ????₂ и сечение ее провода рассчитано на разность токов I₂ I₁=I₁₂. Поперечное сечение и масса стали магнитопровода автотрансформатора также меньше сечения и массы стали магнитопровода трансформатора. Это объясняется тем, что в трансформаторе энергия из первичной сети во вторичную передается магнитным путем вследствие электромагнитной связи между обмотками. В автотрансформаторе энергия из первичной сети во вторичную частично передается за счет электрического соединения первичной и вторичной сети, т. е. электрическим путем.

В процессе передачи этой части энергии магнитный поток не участвует, поэтому электромагнитная мощность у автотрансформатора меньше, чем у трансформатора. При активной нагрузке полезная мощность автотрансформатора: P₂ = U₂I₂. Имея в виду, что I₂ = I₁ + I₁₂ получим Р₂ = U₂I₁ + U₂I₁₂ = Р_эл + Р_эм, где Р_эл — мощность, передаваемая за счет электрической связи; Р

---

Смотрите также файлы

• Консультация для родителей Движение это жизнь.docx

• 2 Верно Баллов 1,00 из 1,00 Отметить вопрос Текст вопроса Поставьте предложенные существительные во множественном числе. Обратите внимание, среди них есть словаисключения.docx

• .docx

• Протокол 2022 г. 2022 г. Приказ от 2022 г.doc

• Протокол 2021 г. 2021 г. Приказ от 2021 г. Рабочая программа на 20212022 учебный год по однкнр.doc