В каком режиме ток намагничивания силового трансформатора имеет максимальное значение

Токи намагничивания силовых трансформаторов при включении под напряжение

При включении силовых трансформаторов под напряжение или при восстановлении на них напряжения после отключения внеш­него к. з. в обмотке, питающей трансформатор, возникает резкий бросок тока намагничивания, имеющий затухающий характер (рис. 16-25). Ма­ксимальное значение этого тока в не­сколько раз превосходит номинальный ток трансформатора.

Резкое возрастание тока намагничи­вания объясняется насыщением магни­топровода трансформатора. При вклю­чении трансформатора под напряжение оно появляется на его обмотке внезапно. Аналогичная картина имеет место на трансформаторе после отклю­чения к. з. при восстановлении напряжения (рис. 16-26).

Во время к. з. напряжение на трансформаторе понижается в пределе до нуля. После отключения повреждения (точка В) про­исходит скачкообразное восстановление напряжения на зажимах трансформатора.

В обоих случаях магнитный поток в сердечнике трансформатора устанавли­вается не сразу. Возни кает переходный процесс, сопровождающийся появлением двух потоков: установившегося Ф_у и свободного, постепенно затухающего Ф_св (рис. 16-27). Результирующий поток Ф_т = Ф_у + Ф_св; в начальный момент (t = 0) Ф_то= 0 и поэтому Ф_сво= -Ф_у0.

Во втором полупериоде знаки обоих потоков совпадают и результирующий поток трансформатора достигает макси­мума Ф_т._макс.

Установившийся поток Ф_у отстает от напряжения U_T на 90 о , поэтому вели­чина свободного потока Ф_св0, а следовательно, и Ф_т._макс зависят от фазы U_Т и достигают наибольшего значения при включении трансформатора в момент про­хождения U_Т через нуль. В этом случае без учета затухания Ф_т._макс ≈ 2Ф_у. Величина потока Ф_т.макс может достигать и больших значений, если магнитопровод трансформатора имеет остаточное намагни­чивание и соответствующий ему поток Ф_ост со­впадает по знаку со свободным потоком Ф_св. Тогда Ф_т._макс = (2Ф_у + Ф_ост) > 2Ф_У.

При потоках, близких к 2Ф_у, магнитопровод трансформатора насыщается, что и обуслов­ливает резкий рост (бросок) намагничивающего тока I_нам трансформатора.

Изменение тока I_нам по времени ха­рактеризуется следующими о собенно­стями:

1. Кривая тока носит асимметричный характер до тех пор, пока I_нам не до­стигнет установившегося значения.

2. Кривая может быть разложена на апериодическую составляющую и сину­соидальные токи различных гармоник. Апериодическая составляю­щая имеет весьма большое удельное значение.

3. Время затухания токов определяется постоянными времени трансформатора и сети и может достигать 2-3 сек. Чем мощнее трансформатор, тем дольше продолжается затухание.

4. Первоначальный бросок тока может достигать 5-10-крат­ного значения номинального тока трансформатора. Кратность броска тока на мощных трансформаторах меньше, чем на мало­мощных.

Ток намагничивания I_нам._т появляется только в одной обмотке силового трансформатора, той, на которую подается напряжение при его включении. Как видно из рис. 16-26, в, этот ток трансформи­руется через трансформатор тока защиты и поступает в реле, вызы­вая его работу, если I_нам.т. > I_с.з. Для предотвращения ложной работы дифференциальной защиты под действием I_нам._т принимаются специальные меры, рассмотренные ниже.

Способы предотвращения работы защиты от бросков тока намагничивания

Наиболее простым и ранее широко применявшимся является способ замедления защиты на время порядка 1 сек. Однако при этом терялось наиболее ценное свойство защиты – ее быстродей­ствие. Применялись и другие, более сложные способы отстройки от токов намагничивания с сохранением быстродействия (блоки­ровки от понижения напряжения, торможение от токов высших гармоник и т. д.).

Опыт эксплуатации показал, что эти способы себя не оправдали; они приводили к усложнению защиты и не давали достаточно надеж­ной отстройки от намагничивающих токов. В настоящее время в приняты два способа отстройки от токов намагничивания.

Первый из них заключается в применении быстронасыщающихся трансформаторов (БНТ), через которые включаются диф­ференциальные реле. БНТ не пропускают апериодиче­ского тока, составляющего значительную часть тока намагничива­ния, и позволяют, таким образом, надежно отстроить дифферен­циальные реле от намагничивающих токов.

Второй способ состоит в отстройке тока срабатывания реле от тока намагничивания по величине. На таком принципе выпол­няется защита, называемая дифференциальной отсечкой.

Преимуществом обоих способов являются: простота, надеж­ность и сохранение основного достоинства дифференциальной за­щиты – быстроты действия.

Ток включения трансформатора

При включении трансформатора в сеть толчком на полное напряжение в трансформаторе могут возникнуть весьма большие броски тока намагничивания , превышающие в десятки раз ток намагничивания (холостого хода) при нормальной работе.

Так как ток намагничивания в трансформаторе не превосходит нескольких процентов номинального тока трансформатора, то максимальные значения бросков токов намагничивания при включении трансформатора толчком превышают номинальный ток не более чем в 6 — 8 раз.

С точки зрения динамической устойчивости обмоток трансформатора указанные броски тока намагничивания для трансформатора безопасны, так как обмотка рассчитывается на большие кратности токов, имеющие место при коротких замыканиях за трансформатором. Защита же трансформатора отстраивается от упомянутых бросков тока намагничивания путем применения соответствующих устройств (насыщающихся промежуточных трансформаторов и др.).

При включении обмотки на полное напряжение в обмотке могут возникнуть перенапряжения вследствие неравномерного распределения напряжения по обмотке и возникновения переходных волновых процессов. Но указанные перенапряжения для обмоток трансформатора безопасны, так как изоляция их рассчитывается на более значительные атмосферные (грозовые) перенапряжения.

Поэтому включение всех трансформаторов в сеть толчком на полное напряжение является совершенно безопасным, оно производится без предварительного подогрева трансформатора вне зависимости от времени года и температуры масла трансформатора.

Указанное распространяется также на включение в сеть трансформатора после монтажа или капитального ремонта, так как опыт показал, что при включении толчком и наличии повреждения трансформатор своевременно отключается защитой и размеры повреждения при этом бывают не больше, чем при включении трансформатора путем медленного подъема напряжения с нуля, что вызывает значительные трудности в условиях эксплуатации, а зачастую невозможно.

Трансформаторы должны включаться толчком на полное напряжение со стороны питания, где должна быть установлена соответствующая защита.

Испытание включением толчком на номинальное напряжение

При 3—5-кратном включении не должны иметь место явления, указывающие на неудовлетворительное состояние трансформатора. Этим опытом проверяется также отстройка максимальной токовой защиты от бросков тока намагничивания трансформатора. Физически возникновение сверхтока объясняется следующим. При включении трансформатора возникает переходный процесс, в течение которого магнитный поток можно рассматривать как сумму двух составляющих: периодической с неизменной амплитудой и медленно затухающей апериодической.

В момент включения эти составляющие равны по значению и противоположны по знаку, сумма их равна нулю. Когда же периодическая составляющая приобретает ту же полярность, что и апериодическая, они суммируются арифметически. Наибольшее возможное значение этой суммы близко к двукратной амплитуде периодической составляющей. Вследствие глубокого насыщения стали магнитопровода бросок тока холостого хода может превысить установившееся значение его в десятки и сотни раз и в 4—6 раз — номинальный ток.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Бросок тока намагничивания трансформатора

Бросок тока намагничивания трансформатора (БНТ или бросок намагничивающего тока) — это кратковременный ток, который возникает при включении трансформатора (автотрансформатора) под напряжение или при восстановлении напряжения. Максимальная величина тока намагничивания трансформатора обычно превышает номинальный ток трансформатора.

Описание

Длительность затухания броска тока намагничивания составляет от нескольких секунд (в большинстве случаев) до нескольких минут (редко).

Основной причиной возникновения броска тока намагничивания трансформатора является резкое изменение величины напряжения на вводах трансформатора. В качестве основных причин изменения напряжения можно выделить следующие:

• включение отключенного трансформатора в работу;
• возникновение и отключение внешнего короткого замыкания;
• асинхронный ход в энергоситсеме.

Максимальное значнеие амплитуды броска тока намагничивания определяется величиной изменения напряжения и конструктивными особеностями трансформатора. В нормальных режимах работы величина тока намагничивания трансформатора не превышает 2-3% от номинального тока, а при включении трансформатора под напряжения его величина может превышать номинальный ток в 6-8 раз [1] . Наибольшее значение ток намагничивания имеет когда трансформатора включается в момент перехода мгновенного значения напряжения через нуль.

Ток намагничивания содержит большую долю высших гармоник большую часть которых составляет вторая гармоника, а также апериодическую составляющую.

Вследствие того, что броско тока намагничивания может иметь достаточно большую амплитуду, то релейная защита трансформатора должна иметь блокировку от броска тока намагничивания.

Отключение транформатора при протеканиии в нём тока намагничивания является не желательным, так как может привести к перенапряжениям на выводах трансформатора.

Использованные источники

1. ↑ Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М., Энергоиздат, 1981, 328 с. (стр. 204)

• Релейная защита
• Переходные режимы (процессы)

В каком режиме ток намагничивания силового трансформатора имеет максимальное значение

andrey_spb, всё правильно там написано.
Множество раз при мне включали ненагруженные трансформаторы 630 и 1000 кВА (6кВ/0,4кВ).
Вводной по «низкой» вообще был выключен.
Первую секунду-полторы — ужасное затихающее гудение, сходящее на нет, и бросок тока по «высокой».
Железо сердечника насыщается.

Цитата:
Я проработал в энергетике около пятнадцати лет, в релейной защите и автоматике.
Извините, но как-то не верится.
Или при Вас не вводили мощные трансформаторы на ТП?

Бросок тока по высокой? И чем вы его регистрировали?
Переходные процессы с гудениями наблюдал при питании высокой от длинной ЛЭП. Но тут можно объяснить емкостью проводов, образующей с индуктивностью обмотки колебательный контур. Срабатывание защит при включении трансформаторов на холостую не видел ни разу.

Заголовок сообщения: Re: Ток намагничивания трансформатора. Бросок тока при запус
Добавлено: Сб фев 06, 2016 16:01:04

Первый раз сказал Мяу!

Андрей Бедов писал(а):
Ну ведь есть же эффект такой, слышали сами?

Слышали, читали. Про свободную энергию тоже пишут и даже снимают видео.
Только в серьезной литературе об этом не пишут. Поинтересовался у знакомых прподов в ЛЭТИ почему не пишут. Ответили что лженаучными теориями не занимаются.

Заголовок сообщения: Re: Ток намагничивания трансформатора. Бросок тока при запус
Добавлено: Сб фев 06, 2016 16:03:54
andrey_spb писал(а):
Бросок тока по высокой? И чем вы его регистрировали?
Регистрировали не мы, а АСКУЭ, находящаяся на ГПП, откуда приходит кабель 6 кВ.
Заголовок сообщения: Re: Ток намагничивания трансформатора. Бросок тока при запус
Добавлено: Сб фев 06, 2016 16:07:11

Первый раз сказал Мяу!

Барсик писал(а):

Много раз обсуждалось в разных местах. Почитайте хотя бы viewtopic.php?p=1673014#p1673014
Вот здесь я писал про физику процесса: viewtopic.php?p=134633#p134633
Так что ТОЭ в топку не надо. И Нобелевский комитет пусть отдыхает.

Вы это имеете ввиду?

Цитата:

Через четверть периода, когда напряжение достигло максимума, рост тока не прекращается, а продолжается дальше! Ведь напряжение, хоть и уменьшается, но оно есть, и имеет всё тот же знак. Таким образом ток возрастает в течение ПОЛОВИНЫ периода, а не четверти. Стоит ли говорить, что трансформатор не расчитан на такой хамский режим?.

Тут можно сказать даже больше. Трансформатор (данный конкретный экземпляр) не просто не рассчитан на такой режим. Он вообще не рассчитан, а намотан от балды и его зачем то включили в сеть с напряжением не предназначенным для работы этого трансформатора.

Заголовок сообщения: Re: Ток намагничивания трансформатора. Бросок тока при запус
Добавлено: Сб фев 06, 2016 16:14:19

Первый раз сказал Мяу!

Андрей Бедов писал(а):
andrey_spb писал(а):
Бросок тока по высокой? И чем вы его регистрировали?
Регистрировали не мы, а АСКУЭ, находящаяся на ГПП, откуда приходит кабель 6 кВ.

У них зашкалила стрелка осциллографа?
Заголовок сообщения: Re: Ток намагничивания трансформатора. Бросок тока при запус
Добавлено: Сб фев 06, 2016 16:16:03
Всё с Вами понятно.
Заголовок сообщения: Re: Ток намагничивания трансформатора. Бросок тока при запус
Добавлено: Сб фев 06, 2016 16:30:05

Первый раз сказал Мяу!

Андрей Бедов писал(а):
Всё с Вами понятно.

Давно уже понятно. Неверие в лженаучные теории в крови. Потомственный энергетик в третьем поколении. Базовое и профильное образование и т.д.
А когда возникают проблемы с трансформатормаи и прочими реактивностями, ищем ответы в коммутационных местах и пречитываем литературы серьезных авторов и практиков.
Например:

К существенно большим перенапряжениям приводит отключение практически неподвижного двигателя. В особо неблагоприятных условиях перенапряжения могут превышать значения 7 Цф при мощности двигателей 100-200 кВт вакуумными выключателями с короткими кабелями. Подобные явления присутствуют и при коммутациях трансформаторов, если они нагружены. При холостом ходе, как было отмечено ранее, уровень перенапряжений может быть в несколько раз выше, чем у электродвигателей.
Иногда при включении вакуумных выключателей наблюдается отскок (дребезг) контактов, что сопровождается перенапряжениями. Природа этих перенапряжений такая же, как и при отключении, но воздействия на изоляцию менее жесткие.
Особенности включения трансформатора на сетевое напряжение связаны, прежде всего, с реальной кривой намагничивания сердечника, вследствие чего возможны режимы его насыщения, и, как следствие, кратное увеличение тока намагничивания. Затухание свободного тока вызывается рассеянием или поглощением энергии магнитного поля свободного потока не только в активном сопротивлении обмотки, но и в стали сердечника вследствие потерь на вихревые токи. Это приводит
к уменьшению времени затухания этого тока. Для мощных трансформаторов характерны низкие значения сопротивления обмоток, поэтому основным демпфирующим фактором в них являются «стальные» потери. Время установления тока холостого хода может составлять несколько секунд.

Дело было не в бобине Контакты прыг скок, прыг скок

Заголовок сообщения: Re: Ток намагничивания трансформатора. Бросок тока при запус
Добавлено: Сб фев 06, 2016 16:44:19

Первый раз сказал Мяу!

Контакты такие контакты.
Цитата:

Коммутация электрооборудования включает в себя процессы включения и отключения. Необходимо отметить, что в процессе включения коммутация фаз происходит не одновременно. Перед замыканием контактов возникает пробой уменьшающихся между ними промежутков. Очередность включения контактов зависит от конструкции выключателя и его настройки. Таким образом, характеристика неодновременности включения полюсов выключателя имеет две составляющие — постоянную и случайного характера. В момент замыкания первого контакта на электродвигатель или трансформатор падает волна напряжения, фронт которой нарастает приблизительно по экспоненте [3, 5]. В результате падения волны на обмотку и отражения ее от стыка «кабель-обмотка» на первой включенной фазе появляются максимальные перенапряжения. Перенапряжения на двух других фазах представляют собой свободные колебания «около» напряжения промышленной частоты. Частота этих колебаний зависит от контура «кабель-нагрузка».

Да и так, чисто логически. При включении обслуживаемого мною транса начала срабатывать защита(внезапно! ). Которая до этого не срабатывала. И я начну начальству бред нести про «ток намагничивания». Да меня же с работы выгонят! Я уж лучше коммутационный прибор заменю или отремнотирую.

Заголовок сообщения: Re: Ток намагничивания трансформатора. Бросок тока при запус
Добавлено: Сб фев 06, 2016 17:00:54
andrey_spb писал(а):
Дело было не в бобине. Контакты прыг-скок, прыг-скок.
Как это относится к включению трансформатора?
Вы же привели цитату:
andrey_spb писал(а):

Особенности включения трансформатора на сетевое напряжение связаны, прежде всего, с реальной кривой намагничивания сердечника, вследствие чего возможны режимы его насыщения , и, как следствие, кратное увеличение тока намагничивания .

Вторая цитата — вообще про коммутационные перенапряжения .
При чём тут ток насыщения сердечника?

Дерёте цитаты из контекста.

Цитата:
И я начну начальству бред нести про «ток намагничивания». Да меня же с работы выгонят!

Если начальник эксплуатации (либо ответственный за электрохозяйство) грамотный — всё будет нормально.

Цитата:
При включении обслуживаемого мною транса начала срабатывать защита (внезапно!)

А это уже вопросы к службе РЗиА.
Либо пусть эксплуатация снимает диаграммы одновременности с выключателя, чистит ПБВ, а лаборатория испытывает трансформатор и замеряет омическое по высокой.