變壓器繞組過電壓

在為確保變壓器可靠運行而設計的操作和測試期間，如果不確定作用在變壓器絕緣各部分上的應力，就不可能確定變壓器絕緣的尺寸和設計選擇。

在這種情況下，當雷電浪湧衝擊其輸入端時作用在變壓器絕緣上的電壓通常是決定性的。這些電壓，也稱為脈衝電壓，幾乎在所有情況下都決定了縱向繞組絕緣的選擇，在許多情況下還決定了主繞組絕緣、開關設備絕緣等的選擇。

使用計算機技術確定過電壓允許從定性考慮繞組中的脈衝過程轉變為直接計算過電壓並將其結果引入設計實踐。

為了計算過電壓，變壓器的繞組由一個等效電路表示，該等效電路再現了繞組元件之間的電感和電容連接（圖 1）。所有等效電路都考慮匝間和繞組間的電容。

圖1 變壓器等效電路：UOV——高壓繞組入射波，UOH——低壓繞組入射波，SV和CH——高低壓繞組匝間電容，SVN——低壓繞組匝間電容高壓和低壓繞組。

變壓器中的波過程

考慮到匝間電容、屏蔽層與電感之間以及電感與地之間的電容，變壓器將被視為電感元件（圖 2a）。

以下公式用於計算過電壓：

其中：t為波到達變壓器後的時間，T為過電壓時間常數，ZEKV為等效電路電阻，Z2為線路電阻，Uo為初始時刻的過電壓

圖 2. 電壓波沿具有接地中性點的變壓器繞組的傳播：a) 示意圖，b) 電壓波對具有接地端子的單相變壓器繞組長度的依賴性：Uo —壓降波，ΔCe——線圈與屏間電容，ΔCk——匝間固有電容，ΔС3——線圈與地間電容，ΔLк——線圈層電感。

由於等效電路中同時存在電感和電容，因此會出現振盪LC電路（電壓波動如圖2b所示）。

振蕩的振幅是入射波振幅的 1.3 - 1.4，即Uпep = (1.3-1.4) Uo，過電壓的最大值出現在繞組的前三分之一的末端，因此在變壓器的構造中，1/3的繞組比其餘繞組具有加強絕緣.

為避免過電壓，必須補償電容器相對於地的充電電流。為此，在電路中安裝了一個額外的屏蔽（屏蔽）。使用屏蔽時，繞組到屏蔽的電容將等於匝數到地的電容，即ΔCE = ΔC3。

屏蔽在電壓等級 UH = 110 kV 及更高的變壓器中進行。屏蔽層通常安裝在變壓器外殼附近。

帶隔離中性點的單相變壓器

隔離中性點的存在意味著大地與繞組之間存在電容Co，即在接地端變壓器的等效電路中加入了電容Co，但去掉了屏蔽（圖3a）。

圖 3. 電壓波沿具有隔離中性點的變壓器繞組的傳播：a) 等效變壓器示意圖，b) 入射波電壓對繞組長度的依賴性。

振盪電路也由該等效電路構成。但由於電容Co的存在，電感和電容串聯形成振盪LC電路。在這種情況下，由於電容 Co 很大，最高電壓將出現在繞組末端（過電壓最高可達 2Uo）。線圈兩端電壓變化的性質如圖 3b 所示。

為了降低帶有隔離中性點的變壓器繞組中過壓振蕩的幅度，必須降低輸出 C 相對於地的電容或增加線圈的自電容。通常使用後一種方法。為了增加高壓繞組線圈間的自電容ΔCk，電路中加入了特殊的電容板（環）。

三相變壓器中的波動過程

在三相變壓器中，沿繞組的入射波傳播過程的性質和過電壓的大小受以下因素影響：

a) 線圈連接圖，

b) 浪湧波到達的相數。

具有高壓繞組的三相變壓器，星形連接與直接接地的中性點

讓入射浪湧波進入變壓器的一相（圖 4）。

在這種情況下，過電壓波沿繞組的傳播過程類似於具有接地中性點的單相變壓器中的過程（在每一相中，最高電壓將在繞組的 1/3 處），而它們不取決於有多少相達到浪湧波。這些。這部分線圈的過電壓值等於 Upep = (1.3-1.4) Uo

圖 4. 三相變壓器的等效電路，其高壓繞組連接到具有中性接地網絡的星形網絡。浪湧波分一個階段出現。

中性點隔離三相星接高壓變壓器

讓浪湧波一相來。變壓器的等效電路以及入射波在變壓器繞組中的傳播如圖 5 所示。

圖 5. 具有星形連接高壓繞組的三相變壓器的等效電路 (a) 以及波進入單相時的相關性 U = f (x) (b)。

在這種情況下，會出現兩個獨立的振盪區。在A階段會有一個振盪幅度及其發生的條件，而在B階段和C階段會有另一個振盪迴路，兩種情況下的振盪幅度也會不同。最大的過電壓將在接收入射浪湧波的繞組上。在零點，可能會出現高達 2/3 Uo 的過電壓（此時在正常模式下 U = 0，因此，相對於工作電壓 Uoperation 的過電壓對其來說是最危險的，因為 U0 >> Uoperation）。

讓浪湧波通過A、B兩相。變壓器的等效電路以及入射波在變壓器繞組中的傳播如圖6所示。

圖 6. 具有星形連接高壓繞組的三相變壓器的等效電路 (a) 以及當波進入兩相時的相關性 U = f (x)。

在波到達的相繞組中，電壓將為 (1.3 — 1.4) Uo。中性點電壓為 4/3 Uo。在這種情況下，為了防止過電壓，避雷器連接到變壓器的中性線。

讓浪湧波分三相進來，變壓器的等效電路以及入射波在變壓器繞組中的傳播如圖7所示。

圖 7。具有星形連接高壓繞組的三相變壓器的等效電路 (a) 以及當波進入三相時的相關性 U = f (x)。

三相變壓器各相過壓降波的傳播過程與單相隔離輸出變壓器的傳播過程相似。此模式下的最高電壓將處於中性狀態，並且將為 2U0。這種變壓器過電壓的情況最為嚴重。

三相高壓三角繞變壓器

讓浪湧波通過三角形連接的三相高壓變壓器的一相A，其他兩相（B和C）視為接地（圖8）。

圖 8. 高壓繞組以三角形連接的三相變壓器的等效電路 (a) 以及波進入單相時的相關性 U = f (x)。

繞組 AC 和 BC 將承受過電壓 (1.3 — 1.4) Uo。這些過電壓對變壓器的運行沒有危險。

假設過電壓波分兩相（A和B）來，解釋圖如圖9所示。在這種模式下，繞組AB和BC中過電壓波的傳播將類似於a的相應繞組中的過程三相接地變壓器端子。這些。在這些繞組中，過電壓值為 (1.3 — 1.4) Uo，在交流繞組中，過電壓值將達到 (1.8 — 1.9) Uo。

圖 9. 過電壓波通過高壓繞組三角形連接的三相變壓器的兩相時的相關性 U = f (x)。

讓浪湧波通過高壓三角形連接繞組的三相變壓器的所有三相。

在這種模式下，所有相的繞組都將承受 (1.8 — 1.9) Uo 的過電壓。如果浪湧波同時通過兩根或三根導線到達，則在波從兩側到達的繞組中間，可能會出現電壓波動，其幅度可能對變壓器的運行造成危險。

變壓器浪湧保護

繞組主絕緣最危險的過電壓可能發生在波同時通過三根電線到達三角形連接變壓器（在繞組中間）或具有隔離中性線（幾乎中性線）的星形變壓器的情況下.在這種情況下，所產生的過電壓的幅度接近輸出電壓的兩倍或輸入波幅度的四倍。無論變壓器繞組的連接方案如何，當具有陡峭前沿的波到達變壓器時，在所有情況下都可能發生危險的匝間絕緣過電壓。

因此，對於發生過電壓的所有變壓器及其沿繞組的分佈，為了估計它們的大小，有必要考慮變壓器等效電路中的電容（而不僅僅是電感）。獲得的過電壓值的準確性在很大程度上取決於電容測量的準確性。

為了避免變壓器設計中的過電壓，規定：

• 分配充電電流的附加屏幕，因此減少了過電壓。此外，屏蔽降低了變壓器繞組上某些點的場強，

• 加強其某些部分繞組的絕緣（變壓器繞組的結構性更換），

• 在變壓器前後安裝避雷器——防止外部和內部過電壓，以及在變壓器中性線安裝避雷器。