Захватывающий текущий бросок
Когда изначально возбуждается трансформатор, возникает явление, известное как возбуждающий ток. Хотя пусковые токи, как правило, не повреждаются, как токи повреждения, продолжительность возбуждающего тока пуска составляет порядка секунд (по сравнению с порядком циклов с токами повреждения).
Когда происходит сильное подавление тока в силовом трансформаторе? (на фото: два силовых трансформатора мощностью 220 кВ в Бахавалпуре и Бурхане; кредит: ntdc.com.pk)
Захватывающие текущие условия броска также происходят гораздо чаще, чем короткие замыкания, поэтому это явление стоит изучить.
Подумайте, что происходит при первом включении однофазного трансформатора. Поток в ядре равен интегралу от напряжения возбуждения. Если цепь замкнута, когда напряжение проходит через нуль, а начальный поток равен нулю, синусоидальный поток будет полностью смещен от нуля. Поток с полным смещением имеет пиковое значение, которое в два раза превышает пиковое значение симметричного синусоидального потока.
Другими словами, поток пиков для полностью компенсированной волны может приближаться к нормальному пиковому потоку в два раза, и этого, как правило, достаточно для приведения ядра в насыщение.
На этом этапе единственное, что ограничивает ток возбуждения, - это импеданс воздушно-основного обмотки, который на несколько порядков меньше, чем нормальный намагничивающий импеданс.
Поэтому возбуждающий ток намного больше, чем нормальный возбуждающий ток в течение полупериода, когда сердцевина насыщена. В противоположном половинном цикле ядро больше не насыщается, а возбуждающий ток приблизительно равен нормальному возбуждающему току.
Это показано на рисунке 1.
Рисунок 1 - Захватывающий пусковой ток для сердечника без остаточного потока
Ситуация еще более экстремальна, когда в ядре имеется остаточный поток, а направление остаточного потока находится в том же направлении, что и смещение в синусоидальной волне потока. Это показано на рисунке 2 ниже.
Обратите внимание, что на рисунках 1 и 2 показаны текущие разные шкалы, поэтому пиковый ток, изображенный на рисунке 2, на самом деле намного больше пикового тока, изображенного на рисунке 1.
Рисунок 2 - Захватывающий пусковой ток для сердечника, имеющего остаточный поток
Найдем пиковый пусковой ток
Чтобы найти пиковый пусковой ток, ограниченный только реактивным сопротивлением воздушного ядра, удобно рассчитать индуктивность обмотки с помощью блоков cgs:
где:
- N - количество витков в катушке
- Mt - площадь внутри среднего диаметра катушки, см 2
- l - осевая длина катушки, см
- L - индуктивность катушки, мкГн
Поток, генерируемый индуктивностью φL, равен остаточному потоку плюс 2 раза по сравнению с нормальным изменением потока за вычетом потока насыщения, так как поток насыщения находится в железе. Но φL связано с индуктивностью и током:
Поэтому пиковый пусковой ток выражается в системе cgs единиц следующим образом:
где:
- I пик находится в амперах и
- φ r - остаточный поток
- φ n - изменение нормального потока
- φ s - поток насыщения
Без сопротивления в цепи каждый последующий пик имел бы такое же значение, и текущий бросок продолжался бы бесконечно. Однако с сопротивлением в цепи наблюдается значительное падение напряжения по сопротивлению, и поток не должен подниматься настолько высоко, как предыдущий цикл.
Интеграл падения напряжения представляет собой чистое уменьшение потока, необходимого для поддержания приложенного напряжения. Поскольку падение напряжения i × R всегда находится в одном направлении, каждый цикл уменьшает требуемое количество потока. Когда пиковое значение потока падает ниже значения насыщения активной зоны, пусковой ток исчезает. Скорость распада не экспоненциальна, хотя она напоминает экспоненциально затухающий ток.
ВАЖНЫЙ! Для больших силовых трансформаторов пусковой ток может сохраняться в течение нескольких секунд, прежде чем он окончательно погаснет.
Реактивное сопротивление линии приводит к уменьшению пикового пускового тока путем простого добавления индуктивности к индуктивности воздушного сердечника обмотки. Существует определенная зависимость между пусковым током и током короткого замыкания, потому что оба они связаны с индуктивностью сердечника обмотки.
Помните, что короткие замыкания, как правило, исключают поток из сердечника.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРАВИЛО! Как правило, эмпирическое правило состоит в том, что пиковые пусковые токи составляют чуть более 90% пиковых токов короткого замыкания. Однако магнитные силы, вызванные пусковыми токами, значительно меньше, чем силы короткого замыкания. Поскольку задействована только одна обмотка на фазу, магнитное отталкивание между обмотками отсутствует.
Вся проблема анализа возбуждающего тока бросается намного сложнее, когда задействуются трехфазные трансформаторы. Это связано с тем, что фазовые углы возбуждающих напряжений на 120 ° друг от друга, происходят взаимодействия токов и напряжений между фазами, а три полюса переключающего устройства не закрываются точно в одно и то же время.
Тем не менее, можно с уверенностью сказать, что пиковая величина пускового тока для трехфазных трансформаторов приближается к уровням тока короткого замыкания.
Одной из интересных особенностей возбуждающего тока является то, что, поскольку ток полностью компенсирован, есть большие проценты даже гармоник. Даже гармоники редко встречаются в силовых цепях.
Симпатический бросок
Существует также явление, известное как симпатический бросок, где трансформатор, который был ранее включен, проявит резкое изменение тока при включении ближайшего трансформатора. Симпатический бросок вызван изменениями линейных напряжений от пусковых токов второго трансформатора.
Ссылка // Принципы и приложения для трансформаторов мощности Джона Уиндерса-младшего (покупка печатной копии из Amazon)