Математична модель для дослідження хвильових процесів у високовольтних двообмоткових трансформаторах
Автор: Ніколайчук Олена Володимирівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електричні станції
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Математичне моделювання хвильових процесів у електроенергетичних системах сьогодні є актуальною проблемою. Використовуючи рівняння математичної фізики для дослідження високочастотних процесів у лініях електропосилання і трансформаторах, можна адекватно відтворити реальні умови експлуатації цих елементів. [1] В процесі експлуатації ізоляція піддається багатократній дії внутрішніх та атмосферних перенапруг. Внутрішні перенапруги виникають при відключенні та включенні елементів електричної мережі, коротких замикань. Атмосферні перенапруги виникають при ударах блискавки в елементи електричної мережі. Довготривала дія робочої напруги, а також багатократна дія перенапруг в сполученні з несприятливими атмосферними умовами та механічними впливами можуть призвести до пробою або перекриття ізоляції, а також до поступового старіння ізоляції та передчасного виходу з ладу.[2] Тому надійність ізоляції залежить від правильної її координації. Координація ізоляції – взаємне узгодження значень діючих напруг, електричних характеристик захисних апаратів та ізоляції обладнання, що забезпечує надійну роботу та високу економічність електроустановки. Ізоляція електроустановок поділяється на внутрішню та зовнішню. До внутрішньої належать повітряні проміжки, зовнішні поверхні, зовнішні поверхні твердої ізоляції. До внутрішньої відноситься ізоляція обвиток трансформаторів, електричних машин, силових кабелів. [4] Силові трансформатори виходять з ладу через перенапруги, спричинені електромагнетними перехідними процесами. Розподіл напруги в обвитках силового трансформатора, спричинений появою швидкоплинних перехідних перенапруг, складається з великих за амплітудою коливань напруги та розподілу напруги вздовж довжини обвитки і є неоднорідним.[3] Модель трансформатора базується на схемі з розподіленими параметрами. Для створення математичної моделі застосовується метод часткових похідних, що дозволяє описати нелінійні характеристики. Для розв’язання диференційних рівнянь у часткових похідних використовують числові методи.[1] Для вибору ізоляції трансформаторів і схеми захисту від перенапруг потрібно мати відомості про максимальні напруги по відношенню до землі окремих частин обмоток трансформатора, напруги між витками і котушками за дії імпульсів при впливі на хвильові процеси різних схем обмоток. Визначають дані величини за допомогою математичної моделі обмотки, бо виготовлення моделі в натуральну величину є економічно недоцільним. Перетік хвильових процесів в обмотках трансформаторів залежить від геометричних розмірів обвитки часу, магнітної проникності сталі, питомого опору та форми імпульсу на початку обвитки. Для дослідження хвильових процесів у трансформаторах під час зовнішніх перенапруг моделюють форму імпульсної хвилі, що характеризується амплітудою, довжиною хвилі та фронту. Хвильові процеси в обмотці ВН переправляють в обмотку НН електричним або магнітним шляхом. [5] При електростатичній передачі початкове розподілення напруги передається за допомогою ємнісних зв’язків в обмотку НН, а при ємнісній передачі напруги в обмотці НН утворюються вільні коливання. Об’єктом дослідження є хвильові процеси у високовольтних трансформаторах. Предметом дослідження є хвильові процеси у високовольтних трансформаторах. Метою дослідження є створення математичної моделі для дослідження електромагнітних процесів у двообмоткових високовольтних трансформаторах. Як результат виконаної роботи представлено метод для дослідження хвильових процесів в обвитках трансформатора за дії зовнішніх перенапруг з урахуванням залежності напруги від відстані й часу та наведено графік розподілу напруги по обвиткам трансформатора. Ключові слова – обмотка трансформатора, координація ізоляції, математичне моделювання, перенапруги, метод часткових похідних, імпульсна хвиля, хвильові процеси. Перелік використаних літературних джерел. Сегеда М.С. Математичне моделювання вільних коливань напруги в обмотках трансформаторів з урахуванням взаємоіндукції між витками під час імпульсних перенапруг. ISSN 2071-2227, Науковий вісник НГУ. – 2013. Костенко М. В. Техника высоких напряжений / Костенко М. В. – М.: Высшая школа, 1973. – 528 с. Караев Р. Н. Переходные процессы в линиях большой протяженности / Караев Р. Н. – М.–Л.: Госэнергоиздат, 1963. – 139 с. Базуткин В. В. Техника высоких напряжений / Базуткин В. В., Ларионов П. В., Пинталь Ю. С. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 464 с. Геллер Б. Волновые процессы в электрических машинах / Геллер Б., Веверка А. – М. – Л.: ГЭИ, 1960. – 631 с.