Включение трансформатора под напряжение

Переходные процессы в трансформаторах и электрических машинах возникают при резком изменении режима их работы (подключение к сети, изменение нагрузки, короткое замыкание и т.д.)

Пусть магнитопровод трансформатора не насыщен и поэтому индуктивность L₁₁ = const. Тогда возникающий при включении переходный процесс описывается уравнением:

(17-1)

Из курса ТОЭ известно, что при переходном процессе ток i ₁ можно представить в виде суммы двух составляющих

i = i´ ₁ + i´´_2; (17-2)

из которых первая:

i´ ₁ = I_1m × sin(ωt + ψ - φ_o), (17-3)

где

(17-4) представляет собой установившийся режим, или вынужденный, синусоидальный ток, обусловленный действием приложенного напряжения u₁, а вторая составляющая:

(17-5)

- так называемый свободный ток апериодического характера, не поддерживаемый внешним источником э.д.с. и затухающий поэтому до нуля с постоянной времени

Таким образом, свободный ток возникает тогда, когда установившийся ток в момент включения t = 0 не проходит через нуль и имеет некоторое конечное значение i´ ₁₀. При этом начальное значение свободного тока , так что полный ток при t = 0 равен нулю (i ₁₀ = 0) в соответствии с начальным условием включения

.

Рис. 17-2. Ток включения в ненасыщенном трансформаторе.

При всех нарушениях режима цепи и наступлении в связи с этим переходного процесса возникает свободный апериодический ток, затухающий вследствие рассеяния энергии в активных сопротивлениях.

В реальном насыщенном трансформаторе L₁₁ ≠ const; поэтому поток Ф можно представить в виде двух составляющих

Ф = Ф´ + Ф´´,

где Ф´ - мгновенное значение потока для установившегося режима и Ф´´ - мгновенное значение свободного потока.

В момент включения магнитопровод может иметь некоторый остаточный поток ± Ф_ост остаточного намагничивания и поэтому Ф_макс более, чем в два раза превышает нормальное значение потока, что приводит к сильному насыщению и возникновению весьма больших намагничивающих токов, толчки включения которых могут превышать в 100 ÷ 150 раз амплитуду установившегося тока холостого хода и соответственно в несколько раз амплитуду номинального тока. Такие толчки включения вызывают осложнения при конструировании и настройке защитных токовых реле, т.к. могут быть причиной ложных срабатываний этих реле при включении трансформатора на холостом ходу.

Рис.17-3. Изменение магнитного потока при неблагоприятном моменте включения трансформатора.

Рис. 17-4. Построение кривой тока включения.

При отсутствии насыщения максимальный ток включения I_макс может превышать амплитудное значение установившегося тока холостого хода только в два раза.