ટ્રાન્સફોર્મર વિન્ડિંગ્સમાં ઓવરવોલ્ટેજ

ટ્રાન્સફોર્મર ઇન્સ્યુલેશનના કદ અને ડિઝાઇનની પસંદગી ઓપરેશન દરમિયાન ટ્રાન્સફોર્મરના ઇન્સ્યુલેશનના વિવિધ વિભાગો પર કામ કરતા તણાવને નિર્ધારિત કર્યા વિના અને ટ્રાન્સફોર્મરની વિશ્વસનીય કામગીરીને સુનિશ્ચિત કરવા માટે રચાયેલ પરીક્ષણ વિના અશક્ય છે.

આ કિસ્સામાં, જ્યારે વીજળીના ઉછાળાના તરંગો તેના ઇનપુટ પર પ્રહાર કરે છે ત્યારે ટ્રાન્સફોર્મર ઇન્સ્યુલેશન પર કામ કરતા વોલ્ટેજ ઘણીવાર નિર્ણાયક હોય છે. આ વોલ્ટેજ, જેને ઇમ્પલ્સ વોલ્ટેજ પણ કહેવાય છે, લગભગ તમામ કેસોમાં રેખાંશ વિન્ડિંગ ઇન્સ્યુલેશનની પસંદગી નક્કી કરે છે અને ઘણા કિસ્સાઓમાં મુખ્ય વિન્ડિંગ ઇન્સ્યુલેશન, સ્વિચિંગ ડિવાઇસ ઇન્સ્યુલેશન વગેરે.

ઓવરવોલ્ટેજના નિર્ધારણમાં કમ્પ્યુટર તકનીકોનો ઉપયોગ વિન્ડિંગ્સમાં આવેગ પ્રક્રિયાઓના ગુણાત્મક વિચારણાથી ઓવરવોલ્ટેજની સીધી ગણતરી અને ડિઝાઇન પ્રેક્ટિસમાં તેમના પરિણામોની રજૂઆત તરફ આગળ વધવાની મંજૂરી આપે છે.

ઓવરવોલ્ટેજની ગણતરી કરવા માટે, ટ્રાન્સફોર્મરના વિન્ડિંગ્સને સમકક્ષ સર્કિટ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે જે વિન્ડિંગના તત્વો (આકૃતિ 1) વચ્ચે પ્રેરક અને કેપેસિટીવ જોડાણોનું પુનઃઉત્પાદન કરે છે.બધા સમકક્ષ સર્કિટ વળાંક અને વિન્ડિંગ્સ વચ્ચેની ક્ષમતાને ધ્યાનમાં લે છે.

આકૃતિ 1. ટ્રાન્સફોર્મરનું સમકક્ષ સર્કિટ: UOV — ઉચ્ચ વોલ્ટેજ વિન્ડિંગમાં ઘટના તરંગ, UOH — નીચા વોલ્ટેજ વિન્ડિંગમાં ઘટના તરંગ, SV અને CH — અનુક્રમે ઉચ્ચ અને નીચા વોલ્ટેજ વિન્ડિંગના વળાંક વચ્ચેની ક્ષમતા, SVN — વચ્ચેની કેપેસિટીન્સ ઉચ્ચ અને નીચા વોલ્ટેજ સાથે વિન્ડિંગ્સ.

ટ્રાન્સફોર્મર્સમાં વેવ પ્રક્રિયાઓ

ઇન્ટરટર્ન કેપેસિટેન્સ, સ્ક્રીન અને ઇન્ડક્ટન્સ વચ્ચે અને ઇન્ડક્ટન્સ અને ગ્રાઉન્ડ (આકૃતિ 2a) વચ્ચેના કેપેસિટેન્સને ધ્યાનમાં લેતા ટ્રાન્સફોર્મરને ઇન્ડક્ટિવ તત્વ તરીકે ગણવામાં આવશે.

ઓવરવોલ્ટેજની ગણતરી કરવા માટે નીચેના સૂત્રોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે:

જ્યાં: t એ ટ્રાન્સફોર્મર પર તરંગના આગમન પછીનો સમય છે, T એ ઓવરવોલ્ટેજ સમય સ્થિર છે, ZEKV એ સમકક્ષ સર્કિટ પ્રતિકાર છે, Z2 એ રેખા પ્રતિકાર છે, Uo એ પ્રારંભિક સમયે ઓવરવોલ્ટેજ છે

આકૃતિ 2. ગ્રાઉન્ડેડ ન્યુટ્રલ સાથે ટ્રાન્સફોર્મરના વિન્ડિંગ સાથે વોલ્ટેજ તરંગનો પ્રચાર: a) યોજનાકીય રેખાકૃતિ, b) ગ્રાઉન્ડેડ ટર્મિનલવાળા સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર માટે વિન્ડિંગની લંબાઈ પર વોલ્ટેજ તરંગની અવલંબન: Uo — ડ્રોપ વોલ્ટેજ તરંગ, ∆Ce — કોઇલ અને સ્ક્રીન વચ્ચેની કેપેસીટન્સ, ∆Ck — વળાંક વચ્ચેની સહજ કેપેસીટન્સ, ∆С3 — કોઇલ અને જમીન વચ્ચેની કેપેસીટન્સ, ∆Lк — કોઇલ સ્તરોની ઇન્ડક્ટન્સ.

સમકક્ષ સર્કિટમાં ઇન્ડક્ટન્સ અને કેપેસીટન્સ બંને હોવાથી, એક ઓસીલેટીંગ LC સર્કિટ થાય છે (વોલ્ટેજની વધઘટ આકૃતિ 2b માં દર્શાવવામાં આવી છે).

ઓસિલેશનનું કંપનવિસ્તાર ઘટના તરંગના કંપનવિસ્તારના 1.3 — 1.4 છે, એટલે કે.Uupep = (1.3-1.4) Uo, અને ઓવરવોલ્ટેજનું સૌથી મોટું મૂલ્ય વિન્ડિંગના પ્રથમ ત્રીજા ભાગના અંતે થશે, તેથી, ટ્રાન્સફોર્મરના નિર્માણમાં, બાકીની સરખામણીમાં 1/3 વિન્ડિંગમાં ઇન્સ્યુલેશન મજબૂત બને છે. .

ઓવરવોલ્ટેજ ટાળવા માટે, જમીનના સંદર્ભમાં કેપેસિટરના ચાર્જિંગ વર્તમાનને વળતર આપવું આવશ્યક છે. આ હેતુ માટે, સર્કિટમાં વધારાની સ્ક્રીન (ઢાલ) સ્થાપિત થયેલ છે. સ્ક્રીનનો ઉપયોગ કરતી વખતે, સ્ક્રીન પરના વિન્ડિંગ્સની કેપેસિટેન્સ પૃથ્વી તરફના વળાંકની ક્ષમતા જેટલી હશે, એટલે કે. ∆CE = ∆C3.

શીલ્ડિંગ વોલ્ટેજ વર્ગ UH = 110 kV અને તેથી વધુ સાથે ટ્રાન્સફોર્મર્સમાં કરવામાં આવે છે. ઢાલ સામાન્ય રીતે ટ્રાન્સફોર્મર કેસીંગની નજીક સ્થાપિત થાય છે.

અલગ તટસ્થ સાથે સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર્સ

આઇસોલેટેડ ન્યુટ્રલની હાજરીનો અર્થ એ છે કે પૃથ્વી અને વિન્ડિંગ વચ્ચે કેપેસીટન્સ Co છે, એટલે કે કેપેસીટન્સ પૃથ્વી ટર્મિનલ ટ્રાન્સફોર્મરના સમકક્ષ સર્કિટમાં ઉમેરવામાં આવે છે, પરંતુ સ્ક્રીન દૂર કરવામાં આવે છે (આકૃતિ 3a).

આકૃતિ 3. એક અલગ તટસ્થ સાથે ટ્રાન્સફોર્મરના વિન્ડિંગ સાથે વોલ્ટેજ તરંગનો પ્રચાર: a) સમકક્ષ ટ્રાન્સફોર્મરનું યોજનાકીય આકૃતિ, b) વિન્ડિંગની લંબાઈ પર ઘટના વેવ વોલ્ટેજની અવલંબન.

આ સમકક્ષ સર્કિટ સાથે એક ઓસીલેટીંગ સર્કિટ પણ રચાય છે. જો કે, કેપેસીટન્સ Co ને કારણે, ઇન્ડક્ટન્સ અને કેપેસીટન્સના શ્રેણી જોડાણ સાથે ઓસીલેટીંગ LC સર્કિટ છે. આ કિસ્સામાં, નોંધપાત્ર કેપેસીટન્સ કો સાથે, વિન્ડિંગના અંતે સૌથી વધુ વોલ્ટેજ દેખાશે (ઓવરવોલ્ટેજ 2Uo સુધીના મૂલ્યો સુધી પહોંચી શકે છે). સમગ્ર કોઇલમાં વોલ્ટેજ ફેરફારની પ્રકૃતિ આકૃતિ 3b માં બતાવવામાં આવી છે.

આઇસોલેટેડ ન્યુટ્રલ સાથે ટ્રાન્સફોર્મરના વિન્ડિંગમાં ઓવરવોલ્ટેજ ઓસિલેશનના કંપનવિસ્તારને ઘટાડવા માટે, જમીનના સંદર્ભમાં આઉટપુટ C ની કેપેસીટન્સ ઘટાડવા અથવા કોઇલની સ્વ-ક્ષમતા વધારવી જરૂરી છે. બાદમાં પદ્ધતિ સામાન્ય રીતે વપરાય છે. ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ વિન્ડિંગના કોઇલ વચ્ચે સ્વ-કેપેસીટન્સ ∆Ck વધારવા માટે, સર્કિટમાં વિશિષ્ટ કેપેસિટર પ્લેટ્સ (રિંગ્સ) શામેલ કરવામાં આવે છે.

થ્રી-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મરમાં વેવ પ્રક્રિયાઓ

ત્રણ-તબક્કાના ટ્રાન્સફોર્મર્સમાં, વિન્ડિંગ સાથે ઘટના તરંગ પ્રસાર પ્રક્રિયાની પ્રકૃતિ અને ઓવરવોલ્ટેજની તીવ્રતા આનાથી પ્રભાવિત થાય છે:

a) કોઇલ કનેક્શન ડાયાગ્રામ,

b) તબક્કાઓની સંખ્યા કે જેમાં ઉછાળો તરંગ આવે છે.

ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ વિન્ડિંગ સાથેનું ત્રણ તબક્કાનું ટ્રાન્સફોર્મર, નક્કર ગ્રાઉન્ડેડ ન્યુટ્રલ સાથે જોડાયેલ સ્ટાર

ઘટના સર્જ તરંગને ટ્રાન્સફોર્મરના એક તબક્કામાં આવવા દો (આકૃતિ 4).

આ કિસ્સામાં વિન્ડિંગ્સ સાથે ઓવરવોલ્ટેજ તરંગોના પ્રસારની પ્રક્રિયાઓ ગ્રાઉન્ડેડ ન્યુટ્રલ સાથે સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મરમાં પ્રક્રિયાઓ જેવી જ હશે (દરેક તબક્કામાં સૌથી વધુ વોલ્ટેજ વિન્ડિંગના 1/3 ભાગમાં હશે), જ્યારે તેઓ ઉછાળાની તરંગ સુધી કેટલા તબક્કાઓ પહોંચે છે તેના પર આધાર રાખતા નથી. આ. કોઇલના આ ભાગમાં ઓવરવોલ્ટેજનું મૂલ્ય Upep = (1.3-1.4) Uo જેટલું છે

આકૃતિ 4. તટસ્થ અર્થવાળા નેટવર્ક સાથે સ્ટાર સાથે જોડાયેલા ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ વિન્ડિંગ સાથે ત્રણ-તબક્કાના ટ્રાન્સફોર્મરનું સમકક્ષ સર્કિટ. સર્જ તરંગ એક તબક્કામાં આવે છે.

આઇસોલેટેડ ન્યુટ્રલ સાથે થ્રી-ફેઝ સ્ટાર-કનેક્ટેડ હાઇ-વોલ્ટેજ ટ્રાન્સફોર્મર

સર્જ તરંગને એક તબક્કામાં આવવા દો.ટ્રાન્સફોર્મરનું સમકક્ષ સર્કિટ, તેમજ ટ્રાન્સફોર્મર વિન્ડિંગમાં ઘટના તરંગનો પ્રચાર, આકૃતિ 5 માં બતાવવામાં આવ્યો છે.

આકૃતિ 5. સ્ટાર-કનેક્ટેડ હાઇ-વોલ્ટેજ વિન્ડિંગ (a) સાથે ત્રણ-તબક્કાના ટ્રાન્સફોર્મરનું સમકક્ષ સર્કિટ અને જ્યારે તરંગ એક તબક્કા (b) માં આવે ત્યારે કેસ માટે અવલંબન U = f (x).

આ કિસ્સામાં, બે અલગ ઓસિલેશન ઝોન દેખાય છે. તબક્કા Aમાં એક ઓસિલેશન રેન્જ હશે અને જે પરિસ્થિતિઓમાં તે થાય છે, અને તબક્કા B અને Cમાં અન્ય ઓસિલેશન લૂપ હશે, બંને કિસ્સાઓમાં ઓસિલેશન રેન્જ પણ અલગ હશે. સૌથી વધુ ઓવરવોલ્ટેજ ઘટના સર્જ તરંગ પ્રાપ્ત કરતા વિન્ડિંગ પર હશે. શૂન્ય બિંદુ પર, 2/3 Uo સુધીના ઓવરવોલ્ટેજ શક્ય છે (આ ક્ષણે સામાન્ય સ્થિતિમાં U = 0, તેથી, ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ યુઓપરેશનના સંદર્ભમાં ઓવરવોલ્ટેજ તેના માટે સૌથી ખતરનાક છે, કારણ કે U0 >> Uoperation).

સર્જ તરંગને A અને B બે તબક્કામાંથી પસાર થવા દો. ટ્રાન્સફોર્મરની સમકક્ષ સર્કિટ તેમજ ટ્રાન્સફોર્મર વિન્ડિંગમાં ઘટના તરંગ પ્રચાર આકૃતિ 6 માં બતાવવામાં આવ્યો છે.

આકૃતિ 6. સ્ટાર-કનેક્ટેડ હાઇ-વોલ્ટેજ વિન્ડિંગ (a) સાથે ત્રણ-તબક્કાના ટ્રાન્સફોર્મરની સમકક્ષ સર્કિટ અને જ્યારે તરંગ બે તબક્કામાં આવે છે ત્યારે કેસ માટે નિર્ભરતા U = f (x).

જે તબક્કામાં તરંગ આવે છે તેના વિન્ડિંગ્સમાં, વોલ્ટેજ (1.3 — 1.4) Uo હશે. તટસ્થ વોલ્ટેજ 4/3 Uo છે. આ કિસ્સામાં ઓવરવોલ્ટેજ સામે રક્ષણ આપવા માટે, એરેસ્ટર ટ્રાન્સફોર્મરના તટસ્થ સાથે જોડાયેલ છે.

સર્જ તરંગને ત્રણ તબક્કામાં આવવા દો. ટ્રાન્સફોર્મરની સમકક્ષ સર્કિટ તેમજ ટ્રાન્સફોર્મર વિન્ડિંગમાં ઘટના તરંગનો પ્રચાર આકૃતિ 7 માં બતાવવામાં આવ્યો છે.

આકૃતિ 7.જ્યારે તરંગ ત્રણ તબક્કામાં આવે ત્યારે તેના માટે સ્ટાર-કનેક્ટેડ હાઇ-વોલ્ટેજ વિન્ડિંગ (a) અને અવલંબન U = f (x) સાથે ત્રણ-તબક્કાના ટ્રાન્સફોર્મરની સમકક્ષ સર્કિટ.

ત્રણ-તબક્કાના ટ્રાન્સફોર્મરના દરેક તબક્કામાં ઓવરવોલ્ટેજ ડ્રોપ વેવની પ્રચાર પ્રક્રિયાઓ અલગ આઉટપુટ સાથે સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મરની પ્રક્રિયાઓ જેવી જ હશે. આ મોડમાં સૌથી વધુ વોલ્ટેજ ન્યુટ્રલમાં હશે અને 2U0 હશે. ટ્રાન્સફોર્મર ઓવરવોલ્ટેજનો આ કેસ સૌથી ગંભીર છે.

થ્રી-ફેઝ હાઇ-વોલ્ટેજ ડેલ્ટા-વાઉન્ડ ટ્રાન્સફોર્મર

ડેલ્ટામાં જોડાયેલા ત્રણ-તબક્કાના ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ટ્રાન્સફોર્મરના એક તબક્કા Aમાંથી સર્જ તરંગને પસાર થવા દો, અન્ય બે તબક્કાઓ (B અને C) ગ્રાઉન્ડેડ ગણવામાં આવે છે (આકૃતિ 8).

આકૃતિ 8. જ્યારે તરંગ એક તબક્કામાં આવે છે ત્યારે ડેલ્ટા (a) અને અવલંબન U = f (x) માં જોડાયેલ ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ વિન્ડિંગ સાથે ત્રણ-તબક્કાના ટ્રાન્સફોર્મરની સમકક્ષ સર્કિટ.

વિન્ડિંગ્સ AC અને BC ઓવરવોલ્ટેજ (1.3 — 1.4) Uo ના સંપર્કમાં આવશે. આ ઓવરવોલ્ટેજ ટ્રાન્સફોર્મરના સંચાલન માટે જોખમી નથી.

ઓવરવોલ્ટેજ તરંગોને બે તબક્કા (A અને B) માં આવવા દો, સમજૂતીત્મક આલેખ આકૃતિ 9 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. આ સ્થિતિમાં, વિન્ડિંગ્સ AB અને BC માં ઓવરવોલ્ટેજ તરંગોનો પ્રસાર એ a ના અનુરૂપ વિન્ડિંગ્સમાં પ્રક્રિયાઓ જેવો જ હશે. થ્રી-ફેઝ ગ્રાઉન્ડેડ ટ્રાન્સફોર્મર ટર્મિનલ. આ. આ વિન્ડિંગ્સમાં ઓવરવોલ્ટેજ મૂલ્ય (1.3 — 1.4) Uo હશે અને AC વિન્ડિંગમાં તે મૂલ્ય (1.8 — 1.9) Uo સુધી પહોંચશે.

આકૃતિ 9. જ્યારે ઓવરવોલ્ટેજ તરંગ ડેલ્ટામાં જોડાયેલ હાઈ-વોલ્ટેજ વિન્ડિંગ સાથે ત્રણ-તબક્કાના ટ્રાન્સફોર્મરના બે તબક્કામાંથી પસાર થાય છે ત્યારે કેસ માટે નિર્ભરતા U = f (x).

ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ડેલ્ટા-કનેક્ટેડ વિન્ડિંગ સાથે ત્રણ-તબક્કાના ટ્રાન્સફોર્મરના તમામ ત્રણ તબક્કાઓમાંથી સર્જ તરંગોને પસાર થવા દો.

આ મોડમાંના તમામ તબક્કાઓના વિન્ડિંગ્સ ઓવરવોલ્ટેજ (1.8 - 1.9) Uo ના સંપર્કમાં આવશે. જો બે અથવા ત્રણ વાયર દ્વારા એક સાથે ઉછાળાની તરંગ આવે છે, તો પછી વિન્ડિંગની મધ્યમાં, જેમાં તરંગો બંને બાજુથી આવે છે, કંપનવિસ્તાર સાથે વોલ્ટેજની વધઘટ થઈ શકે છે જે ટ્રાન્સફોર્મરના સંચાલન માટે જોખમી છે.

ટ્રાન્સફોર્મર સર્જ પ્રોટેક્શન

વિન્ડિંગ્સના મુખ્ય ઇન્સ્યુલેશનના સૌથી ખતરનાક ઓવરવોલ્ટેજ ડેલ્ટા કનેક્શન (વિન્ડિંગની મધ્યમાં) અથવા આઇસોલેટેડ ન્યુટ્રલ (લગભગ તટસ્થ) સાથેના તારાના ટ્રાન્સફોર્મરમાં ત્રણ વાયર દ્વારા તરંગોના એક સાથે આગમનના કિસ્સામાં થઈ શકે છે. . આ કિસ્સામાં, પરિણામી ઓવરવોલ્ટેજના કંપનવિસ્તાર આઉટપુટના વોલ્ટેજના બમણા અથવા ઇનપુટ તરંગના ચાર ગણા કંપનવિસ્તાર સુધી પહોંચે છે. ખતરનાક ટર્ન-ટુ-ટર્ન ઇન્સ્યુલેશન ઓવરવોલ્ટેજ તમામ કેસોમાં થઈ શકે છે જ્યારે ટ્રાન્સફોર્મર પર સીધા આગળની તરંગ આવે છે, ટ્રાન્સફોર્મર વિન્ડિંગ્સની કનેક્શન સ્કીમને ધ્યાનમાં લીધા વિના.

આમ, ઓવરવોલ્ટેજ અને વિન્ડિંગ્સ સાથેના તેમના વિતરણની ઘટનામાં તમામ ટ્રાન્સફોર્મર્સ માટે, તેમની તીવ્રતાનો અંદાજ કાઢવા માટે, ટ્રાન્સફોર્મર્સના સમકક્ષ સર્કિટ્સમાં કેપેસિટેન્સ (અને માત્ર ઇન્ડક્ટન્સ જ નહીં) ધ્યાનમાં લેવું જરૂરી છે. મેળવેલ ઓવરવોલ્ટેજ મૂલ્યોની ચોકસાઈ મોટાભાગે કેપેસીટન્સ માપનની ચોકસાઈ પર આધાર રાખે છે.

ટ્રાન્સફોર્મર્સની ડિઝાઇનમાં ઓવરવોલ્ટેજ ટાળવા માટે, તે પ્રદાન કરવામાં આવે છે:

• વધારાની સ્ક્રીન જે ચાર્જિંગ વર્તમાનનું વિતરણ કરે છે, તેથી, ઓવરવોલ્ટેજ ઘટાડવામાં આવે છે.ઉપરાંત, સ્ક્રીન ટ્રાન્સફોર્મર વિન્ડિંગ પર ચોક્કસ બિંદુઓ પર ક્ષેત્રની શક્તિ ઘટાડે છે,

• તેના અમુક ભાગોમાં વિન્ડિંગ્સના ઇન્સ્યુલેશનને મજબૂત બનાવવું (ટ્રાન્સફોર્મરના વિન્ડિંગ્સનું રચનાત્મક રિપ્લેસમેન્ટ),

• ટ્રાન્સફોર્મરની સામે અને તેના પછી એરેસ્ટરની સ્થાપના - બાહ્ય અને આંતરિક ઓવરવોલ્ટેજ સામે, તેમજ ટ્રાન્સફોર્મરના તટસ્થમાં ધરપકડ કરનાર.