Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/5474
Title: Моделирование электромагнитных процессов в обмотках трансформаторов при действии на них перенапряжений сети
Other Titles: Modeling of electromagnetic processes in transformer windings under the influence of network overvoltage
Authors: Никонец, Леонид Алексеевич
Никонец, Алексей Леонидович
Венгер, Владимир Петрович
Keywords: трансформаторы; резонансные перенапряжения; электромагнитные процессы; продольная изоляция; частотный метод; исследования; модели; transformer; resonance overvoltage; electromagnetic processes; longitudinal insulation; frequency research method; model
Issue Date: 2015
Publisher: Томский политехнический университет
Citation: Никонец Л. А. Моделирование электромагнитных процессов в обмотках трансформаторов при действии на них перенапряжений сети / Л. А. Никонец, А. Л. Никонец, В. П. Венгер // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. — 2015. — Т. 326, № 4. — [С. 125-137].
Abstract: Актуальность работы. При обосновании требуемых уровней продольной (витковой) изоляции трансформаторов явление внутреннего резонанса не учитывалось ни одним директивным документом в мире. Изучение этого явления и рекомендации, которые могут быть сформулированы, позволят повысить надежность работы трансформаторов. Цель работы: сформулировать основы моделирования, гарантирующие адекватность воспроизведения электромагнитных процессов в обмотках трансформаторов при действии на них перенапряжений сети. Методы исследования: частотные методы натурного эксперимента и анализа электрических цепей. Результаты. Сформулированы основные требования к моделям: 1. Расчетная схема должна содержать элементы, моделирующие магнитопровод, изоляцию, обмотки или их части и их взаимосвязи с общим магнитным потоком. 2. Расчетная схема должна отражать электромагнитные процессы при действии на трансформатор напряжений произвольной формы и частоты. 3. Поскольку составляющие общего магнитного потока (магнитный поток в магнитопроводе и магнитный поток вне магнитопровода) по-разному влияют на параметры электромагнитных процессов в трансформаторе, эти составляющие в модели должны учитываться отдельно. Выводы. При резонансе трансформатора с линейными параметрами с емкостью, в том числе сети, в которую трансформатор передает энергию, распределение напряжения вдоль обмотки и между обмотками нелинейно. Задача моделирования - определить кратности перенапряжения на наиболее опасном участке обмотки. Под действием стороннего магнитного потока в отключенных обмотках и их частях развиваются резонансные процессы с частотой, зависящей от параметров обмоток или их частей, что при моделировании должно быть учтено организацией соответствующих взаимоиндуктивных связей по путям замыкания магнитных потоков вне магнитопровода. Разработан метод моделирования взаимоиндуктивных связей между обмотками и их частями, который учитывает нарушение принципа взаимности взаимоиндукции в реальных трансформаторах. Разработан метод учета нелинейности магнитопровода, при действии на трансформатор перенапряжений сети. Разработан метод экспериментального определения составляющих комплексного сопротивления обмоток и их частей для заданного режима работы и метод реализации частотных характеристик составляющих комплексного сопротивления. Стандартные программные комплексы, с помощью которых реализуются разработанные модели, в том числе и такие, которые учитывают геометрию трансформатора, не приспособлены для реализации подходов, изложенных в настоящих выводах. Проблема повышения надежности трансформаторов при возникновении резонансных процессов - это проблема не CIGRE, а IEC.
The relevance of the study. The phenomenon of internal resonance was not taken into consideration by any executive directive in the World when reasoning the necessary level of longitudinal insulation. Studying the phenomenon and stating recommendations will help to increase the working reliability of transformers. The main aim of the study is to state the basics of modeling, which guarantee the adequacy of simulating electromagnetic processes in transformer windings, under the influence of network overvoltage. The methods used in the study: frequency methods of natural experiment and electrical circuit analysis. The results. The main requirements to the models are stated: 1. A design model has to include elements, which simulate magnetic core, insulation, windings, windings' parts and their interaction with the main magnetic flux. 2. A design model has to reflect electromagnetic processes in a transformer, influenced by voltages of free form and frequency. 3. As the components of the common magnetic flux (magnetic flux inside a magnetic core and magnetic flux outside a magnetic core) influence the parameters of electromagnetic processes in a transformer in a different way, these components have to be modelled separately. Conclusions. Voltage distribution along a winding and between windings is nonlinear during resonance between a transformer with linear parameters and capacitance of the network (including), where the transformer transfers energy. The task of simulation is to define overvoltage ration on the most dangerous section of a winding. The influence of magnetic flux results in developing of resonance processes of a frequency depended on parameters of windings and their parts, in disabled windings. This issue should be taken into account during modeling by creating corresponding mutual inductance connections on the magnetic flux return path, outside a magnetic core. The authors developed the method of simulating mutual inductance connections between windings and their parts. The method takes into account the violation of reciprocity principle of mutual inductance in real transformers. The authors developed the method of accounting magnetic core nonlinearity, when a transformer is influenced by network overvoltage, and the method of experimental definition of components of complex impedance of windings and their parts for a given mode of operation, and the method of realization of frequency characteristics of complex impedance components. Standard software packages, which implements the developed models, including the ones, which take into account the geometry of a transformer, are not adapted for implementing the approaches, given here. The problem of increasing transformer reliability in cases of resonance occurrence is not the problem of CIGRE, but IEC.
URI: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/5474
ISSN: 1684-8519
Appears in Collections:Известия ТПУ

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
bulletin_tpu-2015-326-4-12.pdf368,21 kBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.