Бросок тока намагничивания (также известный как пусковой ток) трансформатора при включении – это кратковременное, но значительное превышение номинального тока, которое возникает в момент подачи напряжения на первичную обмотку трансформатора. Это явление обусловлено насыщением магнитопровода и имеет ряд важных последствий для оборудования и электрической сети.
Причины возникновения броска тока намагничивания:
- Остаточная индукция в магнитопроводе (Br):После отключения трансформатора от сети в магнитопроводе остается остаточная индукция (Br), величина и направление которой зависят от момента отключения.
При повторном включении трансформатора магнитный поток, создаваемый напряжением сети, должен достичь установившегося значения. Если направление остаточной индукции совпадает с направлением магнитного потока, создаваемого напряжением сети, то суммарный магнитный поток может значительно превысить номинальное значение. - Мгновенное значение напряжения в момент включения:Величина броска тока намагничивания зависит от мгновенного значения напряжения сети в момент включения трансформатора.
Если включение происходит в момент, когда напряжение близко к нулю, то для создания необходимого магнитного потока потребуется значительный ток намагничивания. - Нелинейность характеристики намагничивания магнитопровода (петля гистерезиса):Магнитопровод трансформатора изготавливается из ферромагнитного материала, имеющего нелинейную характеристику намагничивания (петлю гистерезиса).
При больших значениях магнитного потока магнитопровод насыщается, что приводит к резкому увеличению тока намагничивания. - Сопротивление обмоток трансформатора:Ограниченное сопротивление обмоток трансформатора способствует увеличению тока намагничивания.
Влияние остаточной индукции и напряжения включения:
Наиболее значимыми факторами, влияющими на величину броска тока намагничивания, являются остаточная индукция и мгновенное значение напряжения сети в момент включения. В наихудшем случае, когда остаточная индукция направлена в ту же сторону, что и магнитный поток, создаваемый приложенным напряжением, и включение происходит в момент прохождения напряжения через ноль, ток намагничивания может достигать очень больших значений.
Характерные особенности броска тока намагничивания:
- Большая амплитуда: Величина броска тока намагничивания может превышать номинальный ток трансформатора в 5-10 раз, а иногда и больше (до 20 раз).
- Кратковременность: Длительность броска тока намагничивания обычно составляет несколько периодов сетевого напряжения (от нескольких миллисекунд до нескольких секунд).
- Несинусоидальная форма: Форма тока намагничивания искажена и содержит большое количество гармоник.
Последствия броска тока намагничивания:
- Ложные срабатывания защитных устройств: Бросок тока намагничивания может привести к ложным срабатываниям релейной защиты и автоматики, что может привести к отключению трансформатора от сети.
- Механические воздействия на обмотки трансформатора: Большой ток намагничивания создает электродинамические силы, которые могут повредить обмотки трансформатора.
- Повышение напряжения в сети: Бросок тока намагничивания может вызывать кратковременные повышения напряжения в сети, что может привести к повреждению другого оборудования.
- Нагрев обмоток трансформатора: Большой ток намагничивания вызывает нагрев обмоток трансформатора, что может привести к ухудшению изоляции и снижению срока службы трансформатора.
- Влияние на качество электроэнергии: Бросок тока намагничивания может вызывать искажения формы напряжения и тока в сети, что ухудшает качество электроэнергии.
Методы снижения броска тока намагничивания:
- Включение трансформатора в момент прохождения напряжения через максимум: Использование специальных устройств (синхронизирующих выключателей), которые позволяют включать трансформатор в момент, когда напряжение сети максимально, что снижает величину броска тока намагничивания.
- Использование резисторов в цепи первичной обмотки: Включение последовательно с первичной обмоткой резисторов, которые ограничивают ток намагничивания в момент включения. После окончания переходного процесса резисторы отключаются.
- Применение устройств плавного пуска (УПП): УПП постепенно увеличивают напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора, что позволяет избежать резкого броска тока намагничивания.
- Управление остаточной индукцией: Использование специальных методов размагничивания магнитопровода после отключения трансформатора.
- Применение трансформаторов с улучшенными характеристиками: Использование трансформаторов с магнитопроводами, изготовленными из материалов с высокой магнитной проницаемостью и низкой остаточной индукцией.
- Использование активных фильтров гармоник: Активные фильтры гармоник позволяют компенсировать искажения формы тока и напряжения, вызванные броском тока намагничивания.
В заключение, бросок тока намагничивания – это серьезное явление, которое необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации трансформаторных подстанций. Применение современных методов снижения броска тока намагничивания позволяет повысить надежность и долговечность работы трансформаторов, а также улучшить качество электроэнергии.
