Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций

Переходные режимы эксплуатации трансформаторов в схемах выпрямителей - Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций

Оглавление
Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций
Влияние режимов работы изоляционных конструкций на внутреннюю изоляцию
Стационарный режим эксплуатация трансформаторов в схемах выпрямителей
Переходные режимы эксплуатации трансформаторов в схемах выпрямителей
Эксплуатация трансформаторов тока и напряжения
Эксплуатация трансформаторов и дросселей в усилителях низкой частоты
Катушки индуктивности и вариометры
Эксплуатация импульсных трансформаторов и зарядных дросселей
Разъединители механической блокировки, контакторные устройства, выключатели, переключатели
Антенно-фидерные тракты
Влияние режимов работы изоляционных конструкций на внешнюю изоляцию
Влияние климатических и механических условий эксплуатации
Влияние температуры
Влияние повышенной   влажности
Радиационная стойкость и механические факторы
Электрические свойства диэлектриков
Электрические свойства полимерных материалов
Электрические свойства стеатитовой керамики
Кратковременная и длительная электрическая   прочность эпоксидных компаундов
Кратковременная и длительная электрическая прочность полиолефинов
Кратковременная и длительная электрическая прочность керамики, лейкосапфиров
Электрическая прочность эпоксидных компаундов при механическом нагружении
Короностойкость и дугостойкость полимерных материалов
Полупроводящие полимерные материалы
Пробой в воздухе на постоянном напряжении и при частоте 50...400 Гц
Пробой вдоль поверхности на постоянном напряжении и при частоте 50...400 Гц
Пробой в воздухе и вдоль поверхности при высокой частоте
Факторы, влияющие на механические свойства изоляции, эпоксидные компаунды
Физико-механические свойства изоляции термопластов
Физико-механические свойства изоляции стеатитовой керамики
Физико-механические свойства изоляции стеклопластиков
Физико-механические свойства изоляции эпоксидных компаундов
Физико-механические свойства изоляции термопластов
Физико-механические свойства изоляции стеклопластиков
Адгезионная прочность
Образование термоупругих напряжений в изоляции
Снижение термоупругих напряжений
Образование термоупругих пробоев в изоляции
Выравнивание полей внутренней изоляции
Выравнивание полей внешней изоляции
Электромоделирование электрических полей изоляционных конструкций
Решение краевых задач электростатики на ЭВМ
Оптимизация систем изоляции высоковольтных конструкций
Выбор изоляционных промежутков
Оптимизация технологии систем изоляции высоковольтных конструкций
Конструкции высокопотенциальных трансформаторов
Конструкции высокопотенциальных блочных трансформаторов
Конструкции высокопотенциальных трансформаторов с малой емкостью
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов средней мощности
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов большой мощности
Проектирование трансформаторов модуляционных и   низкой         частоты
Проектирование импульсных трансформаторов
Высоковольтные дроссели, катушки индуктивности и вариометры - проектирование
Проектирование изоляции поворотных и опорных изоляторов
Проектирование изоляции высокочастотных изоляторов
Проектирование изоляции поворотных изоляторов
Проектирование изоляции проходных изоляторов
Проектирование изоляции реле, выключателей и переключателей
Коаксиальные высоковольтные конструкции антенно-фидерных трактов - проектирование
Системы изоляции нестандартных высоковольтных устройств - проектирование
Список литературы

Переходные режимы. Переходные процессы в трансформаторах и дросселях могут вызвать следующие изменения электрических характеристик, способных оказать вредное воздействие на изоляцию:
а)  небольшие периодические увеличения напряжения, приводящие к появлению частичных разрядов, для поддержания которых требуется меньшая напряженность электрического
поля, чем для их поджига;

Рис. 1.2. Зависимость срока службы изоляции от температуры для основных классов изоляции 1 — 105 °С; 2 — 130 °С; 3 — 170 °С
б)  изменения частоты и формы кривой напряжения, которые ускоряют процессы старения;
в)  импульсные перенапряжения, способные привести к пробою или серьезному повреждению изоляции;
г)  длительный перегрев обмотки и связанное с ним ускоренное старение изоляции (см. рис. 1.2);

д)        короткие замыкания и как следствие — электродинамические удары или термические воздействия на изоляцию; из-за быстрого перепада температур возможны появления значительных деформаций в изоляции за счет разных значений температурных коэффициентов линейного расширения материала обмотки и изоляции.
Возможны и другие виды воздействий и их комбинаций на изоляцию.
Переходные процессы в трансформаторах при синусоидальном напряжении описываются уравнением
(1.3)
где i — мгновенное значение тока.
Ток при переходных процессах имеет установившуюся и апериодическую составляющие. Последняя затухает с постоянной времени х = L/r, где индуктивность L соответствует потоку рассеяния. Затухание переходных процессов происходит также вследствие токов Фуко.
Переходные процессы могут вызываться внешними, например атмосферными, явлениями или возникать, вследствие нарушения работы схемы, в которую включен трансформатор.
Переходные процессы на стороне первичной обмотки. Высоковольтные анодные трансформаторы мощностью до 100 кВ-А имеют напряжение на первичной стороне 220... 380 В и, как правило, хорошо защищены от внешних (атмосферных) перенапряжений.
Для таких трансформаторов переходные процессы, способные повлиять на изоляцию, могут возникать при включении в сеть на холостом ходу или при коротких замыканиях. Характер протекания переходных процессов будет зависеть от схемы выпрямителя.
Однополупериодное выпрямление однофазного переменного тока в современных установках применяется редко. В таких схемах из-за наличия значительной постоянной составляющей возникает подмагничивание магнитопровода, что приводит к специфическому протеканию переходных процессов.
Для трехфазных выпрямителей характерной особенностью является наличие значительных высших гармонических составляющих первичного тока.
Работа трансформатора в режиме холостого хода может привести к быстрому возрастанию намагничивающего тока и к перенапряжениям в высоковольтной обмотке. Эти кратковременные пусковые токи продолжаются не более нескольких периодов и обычно не представляют опасности для изоляции. Но если пуск происходит в момент перехода напряжения через нуль, то магнитный поток трансформатора содержит периодическую и апериодическую составляющие, а максимальная амплитуда переходного тока достигает почти двойного значения по сравнению с амплитудой установившегося потока.
В трехфазном трансформаторе с сетевой обмоткой, соединенной в треугольник, каждая фаза независимо включена в сеть. Максимальное значение потока будет иметь место только в одной фазе, где напряжение в момент включения проходит через нуль.
Известную опасность для обмотки и изоляции представляют электромагнитные силы взаимного притяжения, возникающие при пусковых токах между витками первичной обмотки. Однако в монолитных конструкциях, залитых эпоксидным компаундом, этими силами можно пренебречь.
Перенапряжения, возникающие в высоковольтной обмотке при включении ненагруженного трансформатора, могут оказать разрушающее влияние на продольную изоляцию. Особая опасность возникает в анодных трансформаторах, содержащих большое число витков тонкого провода диаметром до 0,2... 0,3 мм. Возможные в этих случаях нарушения межвитковой изоляции могут привести к созданию короткозамкнутых витков, локальному перегреву и к появлению трещин в главной изоляции или отслоению ее от обмотки. При продолжительном коротком замыкании может наступить деструкция компаунда и пробой.
Значительные механические разрушения являются следствием больших градиентов температурного поля в твердом диэлектрике из-за разности температур в очаге короткозамкнутых витков и на периферии. При этом с увеличением объема катушки и ее изоляции возрастают механические напряжения и разрушения в ней.
Ток виткового замыкания может быть определен из выражения
(1.4)
где I2 ном — номинальный ток обмотки; UK.3 — напряжение короткого замыкания; w2 — число витков обмотки; w2к.з— число короткозамкнутых витков.
При коротком замыкании на стороне сетевой обмотки анодного трансформатора ток короткого замыкания достигает своего максимального значения приблизительно через полпериода и может быть определен из выражения
(1.5)
где I1у = U1/Zк.з — установившийся ток короткого замыкания; U1 — напряжение сетевой обмотки; rк.з, хк.з и Zк.з — соответственно активное, реактивное и полное сопротивление обмотки при коротком замыкании.
Электродинамические силы, возникающие в осевом направлении при коротких замыканиях, представляют особую опасность при неодинаковой высоте сетевой высоковольтной обмоток. Из-за искривления магнитных линий поля появляются дополнительные электромагнитные силы, которые могут деформировать обмотку. Такие явления при глухом коротком замыкании во взаимодействии с джоулевыми потерями в обмотке и

с учетом уменьшения механической прочности компаунда при температуре выше 80... 90° С могут привести к механическому разрушению изоляции.
При коротком замыкании исследуется также термическое воздействие на изоляцию и обеспечивается такое время срабатывания системы защиты, которое гарантировало бы кратковременный нагрев изоляции не выше 200... 250° С.
Переходные процессы на стороне вторичной обмотки. В схеме выпрямителя, т. е. на стороне высоковольтной обмотки анодного трансформатора, возможны явления, вызванные зажиганиями в ламповых вентилях обратных токов или пробоями в полупроводниковых приборах. Систематически возникают перенапряжения в режиме нормальной коммутации при зажигании очередного вентиля.
Расчет установившегося значения тока короткого замыкания в анодной обмотке может быть произведен аналогично расчету симметричного короткого замыкания на вторичных обмотках обычного силового трансформатора. Форма кривой анодных токов при коротком замыкании близка к синусоиде, а длительность их равна полупериоду. Нарастание тока до своего конечного значения происходит со скоростью, обратно пропорциональной индуктивности цепи короткого замыкания, а максимальные значения достигаются весьма редко, так как между замыкающимися проводами при прохождении напряжения через максимум или вблизи него возникает дуга, которая и является коротким замыканием.
Характер воздействия короткого замыкания на изоляцию не отличается от воздействия на первичную обмотку трансформатора. Зажигания в газонаполненных вентилях вследствие обратных токов могут быть вызваны нарушением температурного режима, перегрузками, короткими замыканиями, ухудшением вакуума и т. д.
В выпрямителях, работающих но трехфазной двухполупериодной схеме Ларионова, при обратном зажигании в одном из вентилей ток в обратно проводящей фазе превышает в несколько раз фазные токи в двух других фазах. Последние, в свою очередь, превышают токи при симметричном коротком замыкании фаз.
Кроме того, появляется большая постоянная составляющая, которая .не может трансформироваться в первичную обмотку. Это приводит к нарушению баланса намагничивающих сил в обеих обмотках и при возникших токах вызывает резкое возрастание электродинамических усилий, действующих на обмотки в осевом направлении. Эти усилия могут привести к нарушению монолитности обмоток, залитых эпоксидным компаундом. При неустойчивых режимах выпрямителя наблюдаются периодические изменения тока, происходящие с большой частотой.


Рис. 1.3. Кривая коммутационных перенапряжений трехфазного двухполупериодного выпрямителя на газотронах  

Для выпрямителей, собранных по трехфазной схеме Ларионова, были найдены три типа колебаний с частотой 9, 4,5 и 2 кГц.
При наличии в схеме распределенных параметров R, L, Ζ может возникнуть резонанс напряжений, сопровождающийся перенапряжениями.
Таким образом, перенапряжения в выпрямителях имеют характер или кратковременных электрических импульсов или периодических волн.
Значительная часть перенапряжения (до 30..-40%) может падать на первой секции обмотки. Перенапряжения, которые происходят в результате нормальной коммутации, не превосходят двойного значения номинального напряжения, но для большинства схем они на 10... 20% выше номинального.
В некоторых аварийных режимах эти колебания могут привести к перенапряжениям, приближающимся к (2,5 ... 3)-кратному рабочему напряжению. По некоторым данным возможны перенапряжения, превосходящие в 10 раз амплитуду номинального напряжения.


При исследовании коммутационных перенапряжений в выпрямителях на 30 кВ, собранных по трехфазной двухполупериодной схеме Ларионова, было определено, что они представляют собой трехчастотную кривую, которая может быть выражена уравнением.

Рис. 1.4. Трехфазная двухполупериодная схема выпрямителя (а) и форма кривых напряжения, приложенного к главной изоляции и анодного Та и накального Ти трансформаторов (б)
Кривая, построенная по данному уравнению, представлена на рис.. 1.3.
Все перечисленные виды перенапряжений будут действовать и на изоляцию высокопотенциальных накальных, сеточных и поджигающих трансформаторов, включенных в анодную или катодную цепь выпрямителя (рис. 1.4).
Имеющиеся статистические данные свидетельствуют о возможности возникновений значительного числа воздействий аварийных и коммутационных перенапряжений, которые возникают при оперативных и защитных отключениях. Особенно большим перегрузкам изоляция подвергается в период настройки и регулировки выпрямителя и генератора.
Важное значение для условий эксплуатации изоляции трансформаторов имеет применение электронных схем защиты выпрямителей от перегрузок и КЗ, заменивших в настоящее время релейные системы.
На рис. 1.5 показано изменение напряжения относительно земли в точке высоковольтной обмотки для трех, наиболее распространенных волн перенапряжений в трансформаторах.


Рис. 1.5. Изменение напряжения относительно земли в точке обмотки при прямоугольной бесконечно длинной волне — а, при апериодической волне конечной длины — б и при образовании срезанной волны (кривая 3) в результате наложения двух волн разных знаков (кривые I и 2) — в (заштрихованная область — результирующая)

В обмотках с незаземленным концом возникает отражение волны со значительным увеличением ее амплитуды, а в обмотках с заземленным концом — максимальное напряжение относительно земли снижается и колебания затухают соответственно постепенному снижению напряжения на зажимах обмотки (рис. 1.6 и 1.7).
При возникновении перенапряжений опасные по значению напряжения могут возникнуть как для главной, так; и для продольной изоляции.

Рис. 1.6. Распределение напряжения в переходном режиме вдоль обмотки трансформатора с изолированным (а) и с заземленным (б) концами; 1 — огибающая наибольшего напряжения; 2 — τ=∞; 3 — τ=0

 

Рис. 1.7. Распределение межслоевого перенапряжении по обмотке дросселя

Защита от перенапряжений, не предусмотренных изоляцией трансформатора, осуществляется установкой разрядников, исключающих воздействие на обмотку волн с амплитудой, превышающей допустимую для выбранной изоляции. В самой конструкции катушки предусматривают выравнивание картины электрического поля, т. е. более равномерное распределение напряженности поля в объеме изоляции.
В дросселях фильтров, имеющих большое сопротивление обмотки, процессы установления тока и напряжения при включении являются апериодическими. Соответственно перенапряжения при этом невелики.
В мощных выпрямителях, особенно с Г-образным фильтром, при включениях и резких изменениях нагрузки могут возникать значительные перенапряжения, которые наиболее опасны для начальных витков обмотки.
При включении и отключении выпрямителя в обмотке дросселя возникают волны перенапряжений с фронтами, порядка десятков или сотен микросекунд. Максимальные значения перенапряжений превышают номинальное значение в 2,0.. .2,5раза.
Угрозу для разрушения продольной изоляции дросселя фильтра высоковольтного выпрямителя представляет режим короткого замыкания в сети нагрузки. В' этом случае напряжение скачкообразно изменяется от рабочего до нуля. Фронт воздействующей волны для каждой' схемы будет определяться скоростью коммутации при срабатывании аппаратуры защиты и значениями распределенных параметров R, L, Z схемы.
Экспериментально определено, что перераспределение по обмотке перенапряжения U, происходит только в дросселях с большим числом (несколько тысяч) витков. При небольшом числе (до нескольких сотен) витков перенапряжение распределяется почти равномерно. На рис. 1.7 показано изменение межслоевого перенапряжения Uп.сл на различных участках обмотки. Зависимости построены в относительных единицах для дросселей с числом витков 102 (кривая 1) и 103 (кривая 2).



 
« Такелажные работы при монтаже оборудования электростанций   Телемеханика в энергоснабжении промышленных предприятий »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.