Первоисточник: журнал RGE №2, 1992, с 35 - 39

ФИЛИП АНЬО, РОБЕР ЛОРАН

Переходные процессы в трансформаторах возникают всякий раз, как и в обычной электрической цепи, содержащей индуктивность, при всевозможных коммутациях, служащих причиной изменения токов в обмотках трансформаторов. Решить задачу о рассмотрении переходных процессов в трансформаторах при всяких изменениях их нагрузок можно с общих позиций рассмотрения переходных процессов в электрических цепях. Однако наиболее интересными эти процессы имеют место при подключении трансформатора к сети и при коротком замыкании на зажимах вторичной обмотки. При этом, как известно, необходимо составить и решить систему дифференциальных уравнений во мгновенной форме для цепей трансформатора. В то же время решение таких уравнений достаточно громоздко. Поэтому зачастую, рассматривая переходные процессы в трансформаторах в двух вышеназванных случаях, приводят лишь конечные выводы, суть которых состоит в ниже следующем:

Включение трансформатора в сеть. В этом случае результирующий магнитный поток Ф в сердечнике трансформатора состоит из трёх составляющих

где Фуст - установившийся магнитный поток;

Фпер - магнитный поток переходного режима;

Фост - магнитный поток остаточного магнетизма, направленный либо согласно с установившимся потоком (знак «+»), либо встречно ему (знак «-»).

Магнитный поток переходного процесса Фпер затухающий и постоянный по направлению.

Наиболее благоприятный случай включения трансформатора в сеть будет при потоке остаточного магнетизма, направленного встречно установившемуся потоку, мгновенном значении первичного напряжения u1 = 0. При этом магнитный поток установившийся Фуст будет максимальным, так как он отстаёт по фазе от напряжения на угол около 90°. Магнитный поток Ф становится наибольшим примерно через половину периода после включения трансформатора. Если магнитопровод трансформатора не насыщен, то в момент включения трансформатора в первичной обмотке появляется намагничивающий ток, пропорциональный магнитному потоку. Если же магнитопровод насыщен, то при включении трансформатора намагничивающий ток достигает значительной силы, называемой сверхтоком холостого хода. При наиболее неблагоприятных условиях сверхток холостого хода может в 6-8 раз превысить номинальное значение переменного тока.

Так как длительность переходного процесса невелика и не превышает нескольких периодов переменного тока, то ток включения для трансформаторов не опасен. Однако его следует учитывать при регулировке аппаратуры защиты, чтобы в момент включения трансформатора не происходило его неправильное отключение от сети.

Внезапное короткое замыкание на зажимах вторичной обмотки трансформатора возникает из-за различных неисправностей: механического повреждения изоляции или её электрического пробоя при перенапряжениях, ошибочных действиях обслуживающего персонала. Короткое замыкание - это аварийный режим, который сможет привести к разрушению трансформатора. Ток короткого замыкания во вторичной обмотке трансформатора ik (как и в первичной обмотке) можно рассматривать как состоящий из двух токов: установившегося тока ik.уст и тока переходного процесса ik.пер, постоянного по направлению, но убывающего по экспоненциальному закону

Наиболее неблагоприятные условия короткого замыкания могут быть в момент, когда мгновенное значение первичного напряжения равно нулю (г/, = 0). Ток внезапного короткого замыкания (ударный ток) может достигать двойного значения установившегося тока короткого замыкания и в 20-40 раз превышающего номинальное значение тока. При этом возникают различные нежелательные явления, такие как значительные электромеханические силы, приводящие к разрушению обмоток трансформаторов, возникают так же перегревы обмоток, ведущие к их оплавлению (сгоранию).

Перенапряжения в трансформаторах и защита их от перенапряжений. В трансформаторах периодически возникают условия, при которых между различными элементами трансформатора возникают перенапряжения. Причины, порождающие эти явления могут быть двух видов: внутренние и внешние.

Внутренние перенапряжения возникают в процессе коммутационных операций (включение, отключение), либо в результате аварийных процессов. Значение внутренних перенапряжений составляют (2.5 = 3.5) Uном.

Внешние (атмосферные) перенапряжения обусловлены атмосферными разрядами: либо прямыми ударами молний в провода или опоры линий электропередач, либо грозовыми разрядами, индуцирующими в проводах линии электромагнитные волны высокого напряжения. Значения перенапряжения в этом случае может достигать нескольких тысяч киловольт.