Складові перенапруг на елементах схеми заміщення трансформатора напруги

Abstract

Розглянуто нелінійну динамічну математичну модель трансформатора напруги та досліджено перенапруги, що виникають на елементах спрощеної схеми заміщення трансформатора напруги при перехідних процесах при поступовому ускладненні даної системи і аналізі чинників, що впливають на величину перенапруг, тривалості та інших параметрах перехідних процесів. Використано переваги апроксимування нелінійності трансформаторів напруги гіперболічним синусом. Визначено математичні вирази для обчислення параметрів перехідних процесів та перенапруг, які виникають при відключенні лінійних та нелінійних індуктивностей від джерел постійних та синусоїдальних напруг. Визначено вплив початкових умов та інших факторів на характер протікання перехідних процесів. Доведено, що рівень можливих перенапруг на котушці індуктивності, обмотках трансформаторів напруги у більшій мірі залежить від співвідношення активних опорів навантаження котушки індуктивності (або трансформатора напруги) і самої обмотки, чим від величини активного опору навантаження. Визначені максимальні рівні перенапруг, які виникають при відключенні трансформатора напруги від джерела синусоїдальної напруги, та їх залежності від моментів відключення. Обґрунтовано, що найбільш важким випадком з точки зору величин перенапруг є той, при якому включення електричного ланцюга з індуктивністю відбувається в момент часу, коли перехідна складова індукції змушена компенсувати максимальне значення індукції сталого режиму, а відключення відбувається через пів періоду після включення. Визначено характер перехідних процесів для тих випадків, коли попередній перехідний процес не був повністю згашеним. Розроблено рекомендацію щодо найбільш ефективного використання методів з короткочасного шунтування навантаження трансформаторів напруги, які найкраще всього можуть ефективно компенсувати перенапруги при перехідних процесах з ненульовими початковими умовами. Результати аналітичних досліджень апробовано по результатам аналізу записів фіксуючих пристроїв під час аварійних процесів у електричних мережах АТ «Харківобленерго» та використано у системі розподілу електричної енергії для підбору конкретного трансформатору напруги для певної конфігурації електричної мережі.The nonlinear dynamic mathematical model of the voltage transformer was considered and the overvoltages that occur on the elements of the voltage transformer simplified equivalent circuit during transients with a gradual complication of this system and the factors analysis affecting the magnitude of the overvoltage, duration, and other transient processes parameters are studied. The approximating advantages nonlinearity of voltage transformers with a hyperbolic sine are used. Mathematical expressions for calculating the parameters of transients and overvoltages that occur when disconnecting linear and nonlinear inductances from sources of constant and sinusoidal voltages are defined. The initial conditions influence and other factors on the transition process character is determined. It is proved that the possible overvoltages level on the inductor, the windings of voltage transformers is more dependent on the ratio of the active load resistances of the inductor (or voltage transformer) and the winding itself, than on the load active resistance magnitude. The overvoltage maximum levels that occur when a voltage transformer is disconnected from a sinusoidal voltage source and their dependence on the disconnection moments are determined. It is proved that the most difficult case from the overvoltage view point values is when the switching on of an electric circuit with inductance occurs at a time when the induction transient component is forced to compensate for the maximum value of the constant mode induction, and the shutdown occurs half a period after switching on. The transition processes character for those cases where the previous transition process has not been fully completed is defined. Recommendations for the most efficient methods using for short-term load shunting of voltage transformers, which can best compensate for overvoltages during transients with non-zero initial conditions, have been developed. The analytical studies results were tested according to the recordings analysis results of fixing devices during emergency processes in the JSC «Kharkivoblenergo» electric networks and were used in the electric energy distribution system to select a specific voltage transformer for a specific electric network configuration.