CC BY
125
Литература
1. Рябкова Е.Я. Заземления в установках высокого напряжения. М.: Энергия, 1978. 224 с.
2. The potential gradient of ground surface according to shapes of mesh grid grounding electrode
using reduced scale model / Chung-Seog Choi, Hyang-Kon Kim, Hyoung-Jun Gil, Woon-Ki Han, Ki-Yeon Lee [Электронный ресурс] // IEE J. The Institute of Electrical Engineers of Japan: сайт. URL: www2.iee.or.jp/ver2/honbu/14-magazine/log/2005/
2005_12b_07.pdf
3. Joffe B. Elya, Lock Kai-Sang. Grounds for grounding. A circuit-to-system handbook. A John Wiley & Sons, Inc., Publication. 2010.
4. Лабораторные исследования нелинейных входных сопротивлений заземлителей электроэнергетических устройств в условиях высокого удельного сопротивления грунта / А.Н.Данилин, В.Н.Селиванов, ПИПрокопчук, В.В.Колобов, М.Б.Баранник // Труды КНЦ РАН. Энергетика. 2011. №> 2(5). С. 39-54.
Сведения об авторах
Данилин Аркадий Николаевич,
заведующий лабораторией высоковольтной электроэнергетики и технологии
Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н.
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А
эл. почта: [email protected]
Ивонин Виктор Владимирович,
аспирант Кольского научного центра РАН
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А
эл. почта: [email protected]
УДК 621.311
А.В.Бурцев, Ю.М.Невретдинов, А.А.Смирнов
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Аннотация
Приведены результаты исследования импульсных характеристик трехфазного силового трансформатора в лабораторных условиях. Выявлено влияние режима нейтрали и токов во вторичной обмотке на формирование грозовых перенапряжений на трансформаторе, изолированной нейтрали и вторичной обмотке. Показаны преимущества лабораторных экспериментов.
Ключевые слова:
грозовые перенапряжения, силовой трансформатор, импульсные характеристики.
A.V.Burtsev, Y.M.Nevretdinov, А.А-Smirnov
LABORATORY EXPERIMENTAL RESEARCH OF POWER TRANSFORMER PULSE CHARACTERISTICS
Abstract
The laboratory research results of the three-phase power transformer pulse characteristics are given. The influence of neutral mode and secondary winding currents on formation of storm overvoltages on the transformer, the isolated neutral and a secondary winding is revealed. Advantages of laboratory experiments are shown.
Keywords:
storm overvoltages, power transformer, pulse characteristics.
Специфика процессов эмиссии электромагнитных импульсов в силовом трансформаторе определяется волновыми свойствами его обмоток, емкостными и магнитными связями обмоток, корпуса и магнитной системы. Экспериментальные исследования, выполненные в 1970-1980-х гг., показали достаточность емкостной трактовки влияния трансформатора на грозовые перенапряжения [1] и возможность использования частотного метода для прогнозирования перенапряжений в нейтрали и во вторичных обмотках.
Эксперименты, выполненные в 2011-2012 гг. на подстанциях 330 и 110 кВ, показали недостаточность частотной интерпретации функции передачи электромагнитных возмущений в каналах «обмотка ВН - нейтраль» [2, 3]. Это определило основные задачи экспериментальных исследований - на современном уровне техники экспериментов выявить влияние режимов нейтрали на формирование перенапряжений.
В статье приведены некоторые результаты лабораторных экспериментов, выполненных на трехфазном 2-обмоточном силовом трансформаторе. Процессы эмиссии электромагнитных импульсов в обследованном трансформаторе принципиально идентичны процессам в высоковольтных силовых трансформаторах. Для трансформаторов обоих типов общими являются трехфазное исполнение и возможность изменения режима заземления нейтрали первичной обмотки. Особенности лабораторных исследований - это:
• отсутствие металлического корпуса и, соответственно, существенное уменьшение влияния емкости обмоток на заземленные элементы;
• возможность изменения схемы вторичной обмотки и изучения влияния токов в ней на импульсные процессы.
Схема экспериментов приведена на рис.1.
Рис. 1. Схема лабораторных экспериментальных исследований трансформатора
Генератор импульсных напряжений подключен к вводу фазы А обмотки стороны высокого напряжения (ВН) трансформатора с помощью делителя напряжения R1-R2. Эквивалентное сопротивление источника ГИН в экспериментах составило 330 Ом. Согласующие сопротивления обмоток фаз В и С также равны 330 Ом. Для измерения напряжений использованы делители:
• R^ - R^ на вводе ВН (канал А осциллографа);
• Rн - RmH в нейтрали обмотки ВН (канал С осциллографа);
• R^hj - R^ на выводах обмотки низкой стороны (НН) (канал D осциллографа).
Измерения токов выполнены с помощью шунтов Яш в цепи подключения ГИН на вводе ВН трансформатора (канал В) и в нейтрали при замыкании резистора Лн.
Вторичная обмотка в экспериментах включалась в «треугольник» или в «звезду» (аналог разрывам фазных обмоток).
Сопоставление осциллограмм импульсных напряжений и токов на вводе фазы обмотки ВН приведено на рис.2.
Рис.2. Осциллограммы напряжений (вверху) и токов (внизу) на вводе фазы ВН при изменении режима нейтрали обмотки ВН и схемы соединения вторичной обмотки. Здесь и далее приняты следующие обозначения:
1 - сторона НН включена в «треугольник», нейтраль изолирована; 2 - сторона НН включена в «треугольник», нейтраль заземлена; 3 - сторона НН включена в «звезду», нейтраль заземлена; 4 - сторона НН включена в «звезду», нейтраль изолирована
Как видно, осциллограммы совпадают в режимах с изолированной нейтралью трансформатора и обмоткой НН, включенной в «треугольник» (режим 1) или в «звезду» (режим 4).
Существенное изменение - снижение напряжения и увеличение тока на вводе обмотки ВН - происходит при заземлении нейтрали ВН и включении обмотки НН в «треугольник». Разрыв «треугольника» обмотки НН создает промежуточный характер изменения напряжения и тока на вводе обмотки ВН: в начальный момент (примерно до 1.5 мкс) процесс практически совпадает с процессами в режимах с изолированной нейтралью (режимы 1, 4), а затем переходит в режим 2.
Влияние схемы включения обмотки НН иллюстрируется на примере напряжения на изоляции изолированной нейтрали, приведенной на рис.3.
Напряжение в нейтрали достигает 45-47% от амплитуды импульсного напряжения на вводах ВН трансформатора. В начальной стадии наблюдается наложение колебательного процесса, по всей вероятности, обусловленного отражениями в фазе первичной обмотки (оба режима). Затем частота колебательного процесса снижается примерно в три раза. Это можно объяснить влиянием параллельного включения фазных обмоток ВН, что наблюдается в режиме 4 при существенном снижении влияния обмотки НН. В режиме 1 - при включении обмотки НН в треугольник и появлении в ней размагничивающего тока.
Для оценки возможности использования динамической входной характеристики в виде изменения мгновенных значений входного сопротивления трансформатора
N ивнД)
Rk (t) =------ получены зависимости, приведенные на рис.4.
ТвнД)
i
V г—
' \
1 fk
11
0L£-^^^^---1
О 2 4 б 8 t МКС 10
Рис.3. Влияние схемы включения обмотки НН на напряжение в нейтрали обмотки ВН (обозначение режимов нейтрали и схем обмотки ВН по рис. 2)
Рис. 4. Изменения мгновенных значений
входной характеристики обмотки ВН трансформатора для различных режимов заземления нейтрали и схемы включения обмотки НН (обозначения на рис. 2)
Как видно, максимум кажущегося входного сопротивления Rk(t) наблюдается около 1.2 мкс и существенно зависит от режима нейтрали и схемы обмотки НН. Наибольшую величину (около 37 кОм) Rk(1.2 мкс) имеет при изолированной нейтрали и обмотке НН, включенной в «треугольник». При размыкании «треугольника» обмотки НН Rk(12 мкс) снижается почти в 3 раза. В режимах с заземленной нейтралью влияние токов в обмотке НН приводит к снижению Rk(12 мкс) до 10 раз.
Интерпретация зависимости Rk(t) неоднозначна, поэтому по результатам экспериментов рассчитаны частотные характеристики входного сопротивления обмотки
ВН трансформатора - изменение гармоник §^тр (f) в зависимости от частоты. Предварительно получены спектры напряжений и токов на вводе фазы обмотки ВН трансформатора. Гармонические составляющие спектра входного сопротивления трансформатора gZтр (f) в комплексном виде рассчитаны по гармоникам напряжения
gUвН(f) и тока gIdl (f на входе gZтр(f) = &UeH(f) .
g^j' )
Амплитудо-частотные и фазо-частотные характеристики входного сопротивления трансформатора представлены на рис.5.
Как видно из рис.5, АЧХ входного сопротивления трансформатора существенно различаются в зависимости от режима заземления нейтрали и генерации тока во вторичной обмотке.
Классический вид имеют частотные характеристики только в режиме заземленной нейтрали и при наличии вторичной обмотки, включенной в «треугольник», т.е. на низкой частоте - активно-индуктивный характер, затем при повышении частоты (до 600 кГц для данного трансформатора) - резонанс, затем активно-емкостной характер входного сопротивления и возникновение резонансных явлений в области 1 МГц и выше.
100
10
Z, кОм 1 3 Г
К 4 / 2
1 т~=
Рис.5. Сопоставление АЧХ (вверху) и ФЧХ (внизу) входного сопротивления обмотки ВН для различных режимов нейтрали и схем включения вторичной обмотки НН (обозначения на рис. 2)
В остальных режимах с изолированной нейтралью, а также при размыкании «треугольника» обмотки НН характер входного сопротивления меняется - ФЧХ входного сопротивления попадает в 3-ю и 4-ю четверти, что, возможно, вызвано усилением влияния отражений от нейтрали при ее разземлении, а также при отсутствии размагничивающего тока.
Следует отметить, что представленные результаты получены для бескорпусного трансформатора, т.е. с малой емкостью на землю, а также для вариантов отсутствия вторичной обмотки, включенной в треугольник.
Таким образом, выявлено влияние режима нейтрали обмотки ВН силовых трансформаторов на формирование грозовых перенапряжений и показано влияние схемы вторичной обмотки на формирование перенапряжений на вводах ВН трансформатора, а также на изоляции разземленной нейтрали.
Литература
1. Грозозащита подстанций и электрических машин высокого напряжения / М.В .Костенко, ИМБогатенков, ЮАМихайлов, Ф.Х.Халилов. М.: ВИНИТИ, 1987. 112 с.
2. Власко ДИ., Востриков А.О., Невретдинов Ю.М. Грозовые перенапряжения на изоляции нейтрали трансформаторов // Труды КНЦ РАН. Энергетика. 2012. Вып. 4. С. 38-45
3. Домонов А.П., Власко ДИ., Невретдинов Ю.М. Проблемы и перспективы регистраций грозовых перенапряжений на подстанциях // Электроэнергетика глазами молодежи: науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. (Самара, 21-25 ноября 2011 г.). Самара: Сам! ТУ, 2011. С. 70-75
Сведения об авторах
Бурцев Антон Владимирович,
старший инженер лаборатории высоковольтной энергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: [email protected]
Невретдинов Юрий Масумович,
ведущий научный сотрудник лаборатории высоковольтной энергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н.
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: [email protected]
Смирнов Андрей Анатольевич,
ведущий инженер отдела буро-взрывных работ Управления ОАО «Апатит»,
Россия, 184250, Мурманская область, г. Кировск, ул. Ленинградская, д. 1 эл. почта: [email protected]
УДК 621.314.235 А.Ф.Усов, А.С.Потокин
ИМПУЛЬСНОЕ ТРАНСФОРМИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация
Проведены экспериментальные исследования энергопереноса в импульсном трансформаторе для целей электроимпульсного разрушения. Показана высокая эффективность передачи напряжения и энергии к породоразрушающему устройству в схеме импульсного трансформатора с контуром обострения фронта высоковольтных импульсов. Обоснована возможность существенного улучшения удельных массогабаритных и энергетических характеристик электротехнологических комплексов электроимпульсного разрушения геоматериалов, открывающая путь к производственному использованию электроимпульсных технологий.
Ключевые слова:
электроимпульсное разрушение, генерирование высоковольтных импульсов, импульсный трансформатор, обострение фронта импульсов.
A.F.Usov, A.S.Potokin
THE PULSED TRANSFORMATION OF VOLTAGE AND ENERGY FOR ELECTRIC PULSE DESTRUCTION OF MATERIALS
Аbstract
Experimental study of energy transfer in pulse transformer for the purposes of electric pulse destruction is carried out. The high efficiency of transmission voltage and energy to broken rocks device in the scheme of pulse transformer with circuit of peaking front of high-voltage pulses is shown. The possibility of significant improvement of specific weight, size, and energy characteristics of electric and technological complexes of electric pulse destruction of geomaterials, opening the way to a productive use of electric pulse technology, is proved.
Keywords:
electric pulse destruction, high-voltage pulses generating, pulse transformer, front pulse peaking.
