Схема установки

Анализатор переходных процессов для исследования перенапряжений в обмотках в принципе представляет генератор импульсов заданной формы и частоты рис.4.3. Импульсы подаются на обмотку реального трансформатора или модель обмотки, и с помощью осциллографа с синхронизированной ждущей или периодической разверткой. Определяются форма и величина изменяющегося напряжения в исследуемых точках обмотки или модели.

Так как витки и катушки обмотки соединены между собой и образуют токопроводящую цепь, первоначально возникшее распределение напряжения не может сохраниться. Возникает периодический переходной процесс, который закончится установившимся (принужденным) распределением напряжения вдоль обмотки. Принимая для схемы рис. 4.1, получим:

при заземленной нейтрали

;

при изолированной нейтрали

.

Рис. 4.3. Схема испытательной установки

Т1 – автотрансформатор регулятора напряжения; С1 – емкость; VU1, VD1 – тиристор;

R3 - разрядное сопротивление; R2-C3 - фронтовые сопротивление и емкость; VS1 – опорный диод;

R4-C4 - сопротивление и емкость для среза импульса; R1-C2 - делитель регулирования; T3 - исследуемый трансформатор

Напряжение в некоторой точке х в произвольный момент переходного процесса может быть представлено в виде

,

где - частота к-ой пространственной гармоники,

- функция распределения по x затухающих амплитуд собственных колебаний частоты .

Частота составляющих определяется параметрами эквивалентной схемы (рис.4.1),

,

а амплитуды зависят от рассматриваемой точки и краевых условий. Например, при глухом заземлении нейтрали , и распределены по длине обмотки, как показано на рис. 4.2,а – кривые 1, 2, 3. С ростом номера гармоники амплитуды быстро уменьшаются, поэтому для грубой оценки переходного процесса достаточно учитывать лишь три первые составляющие. Характерные кривые перенапряжения в обмотке в различные моменты времени представлены на рис.4. Кривая, проведенная через максимальные значения напряжения, возникающие в обмотке в различные моменты времени, называется огибающей максимальных потенциалов.

Для приближенной оценки максимально возможных потенциалов в каждой точке обмотки можно считать, что гармонические колебания не затухают и период колебания Т всех гармоник одинаков. Тогда

Как видно из рис. 4.2, максимальные напряжения при изолированной нейтрали наблюдаются на конце обмотки и могут достичь величин (1,7-1,9) . Для трансформаторов с заземленной нейтралью максимальное напряжение до (1,2-1,3) наблюдается вблизи начала обмотки.

Максимальные напряженности в продольной изоляции наблюдаются в начале обмотки в первый момент после падения волны. Величина максимального градиента мажет быть оценена по соотношению

; .

Схема генератора (рис. 4.3) позволяет получать импульсы с частотой следования 50 Гц, длина импульсов ; регулирование фронта в пределах мкс, амплитуда от 30 до 90 В.

Форма импульса, получаемого с помощью генератора, представлена на рис.4.4.

Рис. 4.4. Формирование импульса генератора:

1 – напряжение на трансформаторе; 2 – напряжение за тиристором;

3 – напряжение на выходе генератора при включении VS1 и R₄, C₄

Для формирования импульсов используется периода переменного напряжения. Открывание тиристора VU1 происходит вблизи максимума напряжения на трансформаторе T1 в момент времени, регулируемого величиной отрицательного напряжения на управляющем электроде тиристора. Скорость нарастания напряжения на фронте импульса определяется постоянной времени. Длина фронта

.

При С=0,05 мкФ в качестве используется регулируемое проволочное сопротивление с бифилярной намоткой. Амплитуда импульса ограничивается системой R4, C4, включенной параллельно с опорным диодом VС1.

Контроль формы импульса осуществляется с помощью осциллографа от делителя R3. Для наблюдения за характером процессов используется осциллограф со ждущей разверткой. Запуск (синхронизация) развертки осуществляется от генератора импульсов с делителя R3. Для четкой регистрации начала исследуемого процесса подача импульса на объект (модель или трансформатор) осуществляется через линию задержки импульса. Процессы могут также исследоваться с использованием осциллографа с периодической разверткой.