Переходные процессы происходят не только в системе передачи, в которой первоначально происходит замыкание на землю, но также и в других цепях, которые имеют с данной системой емкостные или индуктивные связи.
5.3. Индуктивные влияния колебательных переходных процессов на сериесные трансформаторы
Если одна из обмоток трансформатора принимает участие в колебательном переходном процессе или обтекается переходным током, то другие обмотки реагируют на это, создавая уравновешивающую н. с., или, если соединение цепи не допускает этого, на них наводится напряжение в соответствии с соотношением витков. При отсутствии уравновешивающей н. с. можно ожидать, что процентные величины перенапряжений в первичных и вторичных обмотках обычных трансформаторов будут одинаковыми. Однако имеется особый случай, который должен быть рассмотрен: регулировочные трансформаторы с независимым возбуждением (рис. 106,а) или автотрансформаторным соединением (рис. 106,б). В обоих устройствах мы имеет последовательную обмотку, и в момент замыкания на землю линия с одной стороны трансформатора разряжается, в то время как заряды с другой стороны могут стекать в землю только через последовательную обмотку.
Колебательный разряд начинается при напряжении, равном полному фазному напряжению по отношению к земле. При этом на изоляцию не воздействуют чрезмерные напряжения, так как они во всяком случае не превышают испытательных. Для того чтобы выяснить действительную опасность, которой может подвергаться трансформатор, полезно привести числовой пример. Допустим, что последовательный трансформатор является частью системы 66 кВ и сконструирован для изменения напряжения на 5%, т. е. на 1 905 в на фазу. Последовательный трансформатор питается с помощью индукционного регулятора с фазным напряжением
.
В случае замыкания на землю на последовательной обмотке возникнет переходная составляющая напряжения 38 100 в, которая в 20 раз превышает нормальное рабочее напряжение аппарата. Если цепь питания имеет относительно высокое сопротивление (индукционный регулятор), мы можем считать ее разомкнутой; тогда напряжение на первичной обмотке поврежденной фазы может также достичь 20-кратного значения по отношению к нормальному. Можно ожидать насыщения стали, но это не принесет какого-либо облегчения. Влияние насыщения скажется в том, что оно увеличит частоту переходного процесса, но соотношение напряжений останется неизменным. Высокие перенапряжения, появляющиеся в первичной обмотке поврежденной фазы, могут привести к пробою индукционного регулятора и порче самого трансформатора, если не приняты соответствующие меры.
При установке разрядников между фазными выводами и нейтралью первичной обмотки, которые приводятся в действие, когда появляется 'высокое наведенное напряжение, достигается равновесие н. с. и наведенное напряжение подавляется. Разрядник, шунтирующий последовательную обмотку, преследует две цели (рис. 106,в); во-первых, ток течет помимо высоковольтной обмотки последовательного трансформатора, во-вторых, регулирующая часть быстрее освобождается от высоких междувитковых напряжений.
Аналогичные условия имеют место в автотрансформаторах. Первичная обмотка, однако, способна более или менее эффективно уравновешивать составляющие токов прямой и обратной последовательностей, если питающая система обладает низким реактивным сопротивлением. Таким образом, составляющие прямой и обратной последовательностей переходного напряжения не могут появляться на выводах питающей обмотки, хотя они имеются в последовательной обмотке. Составляющая нулевой последовательности, величина которой оставляет 1/3 полной величины напряжения, трансформируется в питающую обмотку в соответствии с коэффициентам трансформации. Эго вынуждает напряжение нейтрали колебаться со значительной амплитудой. Используя третичную обмотку, соединенную треугольником, можно также компенсировать эту часть индуктированного напряжения (см. § 8.3 гл. 2). Если это выполняется, последовательная обмотка поврежденной фазы находится под полным напряжением, равномерно распределенным вдоль витков. Это имеет некоторое значение при проектировании контакторов, переключающих ответвления обмоток трансформатора.
Рис. 106. Переходные процессы разряда, влияние на сериесные трансформаторы.
а — трансформатор с независимым возбуждением; б — автотрансформаторное соединение; в— защита разрядниками.
Расстояния между их контактами в разомкнутом состоянии нельзя выбирать по напряжению, соответствующему нормальному режиму, хотя для создания компактной конструкции это может показаться привлекательным. Целесообразно шунтировать последовательную обмотку грозовым разрядником, который будет служить шунтом для грозовых волн и перенапряжений при замыканиях на землю. Подходящей величиной разрядного напряжения промежутков разрядника является 4-кратное номинальное напряжение последовательной обмотки трансформатора, что видно из следующего подсчета. Падение напряжения на последовательной обмотке при номинальном токе будет составлять величину порядка 8% фазного напряжения, что соответствует 0,8х25 = 2е при наивысшем допустимом токе к. з., равном 25 Iн. Если напряжение регулировочного трансформатора е имеет согласное направление с паданием напряжения 2е, то искровой промежуток разрядника будет находиться под напряжением Зе. Разрядник не должен реагировать на это напряжение, длительность которого может превысить термическую устойчивость разрядника.
