Применение антирезонансных трансформаторов напряжения

Электрические сети — это сложная система, состоящая из цепи воздушных и кабельных линий, а также понижающих трансформаторов. Цепь постоянно подвергается высокой нагрузке, в ней возникают короткие замыкания, части цепи страдают от нарушения прочности контакта.

Все эти неисправности влекут за собой возникновение эффекта феррорезонанса, который приводит к выходу из строя трансформаторов. Статья даст подробное описание, что такое антирезонансный трансформатор напряжения, опишет принцип его работы и разновидности.

Определение

Антирезонансные трансформаторы напряжения — это трансформаторы устойчивые к влиянию феррорезонансных процессов в сети. Такие устройства имеют заземленную нейтраль, устойчивость к образованию дугового замыкания, а так же литую изолированную защиту обмотки.

Свойство защиты от резонанса значительно продлевает срок службы устройства, обеспечивает защиту самого трансформатора, его обмотки и всей электрической цепи с оконечным оборудованием.

Феррорезонанс

Обмен энергией между нелинейной индуктивностью и электрической емкостью называется феррорезонансом. Этот процесс возникает в момент переключений, возникновения коротких замыканий, неплотного контакта.

Феррорезонанс возникает на обмотках катушек индуктивности с ферритными сердечниками. Этот процесс нелинейный. Может быть 2 видов: резонанс токов и напряжений. Явление прямо влияет на работу трансформаторов — способен выжигать обмотки и приводить к коротким дуговым замыканиям.

Принцип работы

Антирезонансные трансформаторы имеют защиту от разного рода резонансных колебаний и нагрузок. Работает устройство по следующему принципу:

1. Ток подается на вход первичной обмотки.
2. На вторичной обмотке напряжение меняется, так как существует разность количества витков на обеих обмотках и сечений проводов.
3. ЭДС, которая появляется за счет возникновения магнитного поля, выталкивает ток на выход из трансформатора.

Принцип работы этого типа трансформатора ничем не отличается от обычного понижающего устройства. Отличия заключаются в следующем:

1. Такой трансформатор оснащен изоляцией нейтрали.
2. Обобщением однофазного и трехфазного агрегата в единый корпус.

При возникновении феррорезонанса, происходит размыкание вторичной обмотки трансформатора, что защищает его от нагревания и прогорания провода. Также существует изоляционный слой, который предотвращает появление напряжения на отключенных шинах, замыкания между фазами или соприкосновения трехфазного выхода с однофазным.

Антирезонансные трансформаторы применяют для электросетей 6–500 кВ. Классифицируются по следующим параметрам:

1. 110 кВ с глухо заземленной нейтралью. На таких устройствах стоит защита от воздействия резонанса на нулевой канал. Однако в некоторых случаях резонансное явление возможно, если какой-то участок изменит саму нейтраль. В таком случае возникает разземление, которое может привести к нагреву трансформатора и выходу его из строя. При увеличении резонансных колебаний более чем на 16 Гц, емкость выравнивает колебания, разделяясь между всеми конденсаторами сети и шинами. Такие устройства способны сглаживать влияние субгармоники и гармоники, появление тока на отключенных фазах и препятствовать взаимодействию нейтральной индуктивности с заземлением.
2. 220, 330 и 500 кВ. В таких устройствах в качестве защиты от потери нейтрали и влияния резонанса используется конденсатор с повышенной емкостью. Принцип действия данных трансформаторов состоит в том, чтобы обеспечивать:
   • Линеаризацию магнитного провода;
   • Увеличение технических характеристик магнитопровода;
   • Увеличение показателей сцепления;
   • Снижение параметров индуктивности;
   • Уменьшение потерь в первичной обмотке.

   

Существует отдельный тип антирезонансных трансформаторов «НАМИ». Эти устройства имеют особый тип защиты, который подразумевает отключение вторичной обмотки, нейтральное заземление из стали. Также, все сердечники помещены в емкость с маслом, для обеспечения охлаждения и защиты от возникновения дуги. НАМИ расшифровывается следующим образом:

• «Н» — работает с напряжением;
• «А» — антирезонансный;
• «М» — охлаждается маслом;
• «И» — имеет изоляционно-контрольную защиту.

В современных сетях используется 3 основных типа «НАМИ».

1. «НАМИ–10» — является первым трансформатором, который использовался для уменьшения показателей резонанса. Состоит из 2-х трехобмоточных ТС, заключенных в контрольно-изоляционный «кокон», который помещен в емкость с маслом. Данная модель имеет ряд недоработок, поэтому часто страдает от перегрева и оплавления изоляции.
2. «НАМИ-10-95» — предназначен для работы в трехфазных сетях переменного тока с частотами от 50 Гц. Применяется для обеспечения напряжением сигнализаций, высоковольтных устройств и оборудования. На первичную обмотку этой модели подается напряжение 10–6 кВ. Напряжение вторичной обмотки составляет 0.1 кВ. Конструктивно схож с базовой моделью. Обмотки с магнитопроводами помещены в емкость с маслом.
3. «НАМИ-10-95-УХЛ2» — также предназначен для обеспечения энергией электроустановок, устройств и оборудования на производстве. Способен осуществлять их защиту от частотных резонансов и перенапряжений. Дополнительно имеет способность изолирования сети от высоких нагрузок. Оснащен 2-мя вторичными обмотками, каждая имеет на выходе напряжение не более 100 В.

Устройства типа «НАМИ» более совершенны. Их применяют на промышленных предприятиях, в отдельных жилых комплексах и так далее.

Требования к антирезонансным трансформаторам

Антирезонансные типы трансформаторов стоят гораздо дороже обычных. Их использование должно быть обусловлено серьезной необходимостью. Если есть возможность использования обычных трансформаторов, то антирезонансные лучше не применять. Требования к работе таких устройств следующие:

1. Трансформатор должен защитить общую сеть от возникновения нагрузки в следствии потери нейтрали.
2. При воздействии феррорезонанса отключить вторичную обмотку.
3. Исключить появления дугового короткого замыкания.
4. Исключить возникновения межфазного замыкания в агрегатах 1 и 2.

Так же наличие масла в общей емкости должно воспрепятствовать увеличению температуры на обмотках катушки. Сама катушка должна иметь плотную изоляцию, устойчивую к перегреву.

Преимущества и недостатки

Основное преимущество подобных устройств заключается в защите от феррорезонансных процессов в сети.

Недостатки устройства, следующие:

1. Большой вес и общие габариты.
2. Высокая цена.
3. Необходимость переоборудования помещений для установки такого оборудования.

Эксплуатационные требования

Правильная и стабильная работа антирезонансных трансформаторов зависит от соблюдения требований по эксплуатации подобного оборудования. Требования следующие:

1. Высота над уровнем моря не должна быть более 1 км.
2. Должны строго соблюдаться требования к температурной устойчивости. Трансформаторы могут стабильно работать в температурном диапазоне 15–35 градусов. При этом колебания более чем на 5 пунктов являются критичными для них.
3. Трансформатор должен подходит по характеристикам для отдельно взятой цепи переменного тока.
4. Необходимо строго соблюдать порядок проверки, ремонта и планового обслуживания устройства.

Такое оборудование должно быть установлено только в закрытом помещении с постоянной температурой и влажностью. Само помещение должно быть проветриваемым, так как это позволит обеспечить необходимый уровень азота и кислорода.

Заключение

Использование антирезонансных трансформаторов напряжения значительно увеличивает надежность всей электрической сети. Еще не до конца изучены сами процессы, возникающие во время потери стабильной подачи напряжения, которые способны разрушить обмотку трансформатора и привести к перегрузкам, воспламенению. Подобные трансформаторы еще не введены в эксплуатацию повсеместно из-за высокой стоимости и повышенных эксплуатационных требований.

Видео по теме