КОМУТАЦІЙНІ ПЕРЕНАПРУГИ У ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРУГИ
Instrument transformers are sources of information required for mode control systems, power distribution networks, including advanced Smart Grid. Therefore, to ensure reliable operation of this source is relevant theoretical and practical task. The aim of this study is to develop a mathematical mode...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/836 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |
|
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870202533483380736 |
|---|---|
| author | Тугай, Ю.І. Ганус, О.І. Старков, К.О. |
| author_facet | Тугай, Ю.І. Ганус, О.І. Старков, К.О. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Ю.І. Тугай",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
},
{
"author": "О.І. Ганус",
"institution": "АК «Харківобленерго», вул. Плеханівська, 149, Харків, 61037, Україна"
},
{
"author": "К.О. Старков",
"institution": "АК «Харківобленерго», вул. Плеханівська, 149, Харків, 61037, Україна"
}
] |
| author_sort | Тугай, Ю.І. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-12-23T18:01:58Z |
| description | Instrument transformers are sources of information required for mode control systems, power distribution networks, including advanced Smart Grid. Therefore, to ensure reliable operation of this source is relevant theoretical and practical task. The aim of this study is to develop a mathematical model of nonlinear dynamic analysis of electromagnetic transients in transformers and voltage rating switching surges in the distribution networks. It differs from previous studies in which the cause of failure of the voltage transformer ferroresonance considered quasi-stationary processes. The analyses of the equations are describing the electromagnetic transients in voltage transformer equivalent circuit. Using the resulting model makes it possible to anticipate the occurrence of surge and choose the measures their prevention. References 6, figure 1. |
| doi_str_mv | 10.15407/techned2016.05.073 |
| first_indexed | 2026-06-16T01:11:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 5 73
2R
1R
i
WSL ,,
2Ru ( )um tUu ψω += sin
УДК 621.316.06
КОМУТАЦІЙНІ ПЕРЕНАПРУГИ У ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРУГИ
Ю.І.Тугай1, докт.техн.наук, О.І.Ганус2, канд.техн.наук, К.О.Старков2, канд.техн.наук
1 - Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 06380, Україна, е-mail: tugay@ied.org.ua
2 - АК «Харківобленерго»,
вул. Плеханівська, 149, Харків, 61037, Україна, е-mail: ptu1@obl.kh.energy.gov.ua
Вимірювальні трансформатори є джерелом необхідної інформації для систем керування режимами розподіль-
них електричних мереж. Тому забезпечення надійного їхнього функціонування – актуальна теоретична та
практична задача. Метою даного дослідження є розробка нелінійної динамічної математичної моделі для оці-
нювання можливості появи небезпечних для обмоток значень комутаційних перенапруг. Виконано аналіз рів-
нянь, які описують електромагнітні перехідні процеси у схемі заміщення трансформатора напруги. Реалізація
запропонованої моделі дасть можливість передбачати появу перенапруг і обирати заходи по їхньому запобі-
ганню. Бібл. 5, рис. 1.
Ключові слова: розподільна електромережа, трансформатор напруги, перенапруги.
Постійно зростаючі вимоги до надійності та якості електропостачання спричинили виникнення нової
концепції розвитку розподільних електричних мереж, яка отримала назву Smart Grid. Ця концепція направлена
на автоматизацію керування роботою електричних мереж у реальному часі. Для забезпечення ефективності си-
стеми Smart Grid засоби її керування повинні оперативно здійснювати обробку великих об’ємів інформації про
поточні параметри режимів, яку забезпечують вимірювальні трансформатори. Але доводиться констатувати, що
на практиці значною проблемою все ще залишається підвищена пошкоджуваність трансформаторів напруги
(ТН) розподільних електричних мереж, незважаючи на дотримання всіх вимог та рекомендацій від виробників
щодо забезпечення їхньої надійності [4]. Загальноприйнятою є точка зору, що причиною такого стану речей є
квазістаціонарні ферорезонансні процеси. Запропоновано та реалізовано на практиці різні засоби запобігання
цим процесам [3, 5, 6]. Але, незважаючи на те, що завдяки вжитим заходам у діючих електричних мережах спо-
стерігається певне покращення ситуації, проблема забезпечення надійної роботи ТН у цілому залишається не-
розв'язаною. У той же час проведений аналіз ушкоджень обмоток ТН показав, що причиною виходу їх з ладу,
поряд зі квазістаціонарними ферорезонансними перенапругами, є й перенапруги, спричинені перехідними про-
цесами під час виконання робочих та аварійних комутацій.
Слід відзначити, що процеси в електричних колах за наявності котушки з феромагнітним осердям харак-
теризуються складною динамікою через цей нелінійний елемент. Для таких процесів характерними є висока
чутливість по відношенню як до початкових умов, так і до факторів впливу. Мета статті полягає у розробці
нелінійної динамічної математичної моделі для аналізу перехідних процесів в електромагнітних ТН і оцінюван-
ня кратності перенапруг при виконанні комутацій у розподільних електричних мережах.
Елементи схеми заміщення ТН [2] характеризуються наступними параметрами: R1 – активний опір пер-
винної обмотки; R2 – еквівалентний активний опір навантаження; L – нелінійна індуктивність первинної обмот-
ки; S – поперечний переріз магнітопроводу; W – кількість витків первинної обмотки; l – довжина середньої лінії
магнітопроводу. В первинній обмотці ТН протікає струм i, а на навантаженні R2 напруга 2Ru .
З достатньо високою точністю характеристика намагнічування ТН може бути апроксимована гіпербо-
лічним синусом [1]
ДH sh Bα β= , (1)
де H – миттєве значення напруженості; ДB – значення дійс-
ної індукції магнітного поля в магнітопроводі; α і β – кое-
фіцієнти апроксимації.
При відключенні нелінійної індуктивності електро-
магнітного ТН від джерела синусоїдальної напруги
( )sinm Uu U tω ψ= + виникають перенапруги. Режим у колі
характеризується диференційним рівнянням загального ви-
гляду
( ) ( )2 1 sin .U
dy с y by t
dt
ω ψ+ − = + (2)
© Тугай Ю.І., Ганус О.І., Старков К.О., 2016
74 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 5
З урахуванням (1) рівняння (2) може бути записане в асимптотичному вигляді (y=eb)
( )sin ,U
db сshB b t
dt
ω ψ+ = + (3)
де 1
2
, , .m
Д
U R l
b с B B
SW SW
β α β
β= = =
Відомо, що у колах зі сталлю при синусоїдальній напрузі джерела індукція магнітного поля в магніто-
проводі наближена до вигляду гармонійної функції (на відміну від струму в обмотці), і тому припустимо гар-
моніками вищих порядків знехтувати. Тоді розв’язок рівняння (3) для усталеного режиму може бути знайдено у
вигляді першої гармоніки індукції магнітного поля в осерді
( )sin ,mB B tω ψ= + (4)
де m mДB B β= ; mДB – амплітудне значення дійсної індукції магнітного поля в магнітопроводі.
З урахуванням (1) миттєве значення струму кола в усталеному режимі обчислюється
( ) ( )sin .m
Li t sh B t
W
α ω ψ= ⎡ + ⎤⎣ ⎦ (5)
Нехай у момент відключення 0t індукція магнітного поля в осерді дорівнює ( ) ( )0 0sin ,mB t B tω ψ= +
тоді напруга на навантаженні буде визначатися рівнянням
( ) ( )( )
( ) ( )[ ],11
112
2
0
42
0
2
00
22
−−+
−+
=
yey
eyy
R
W
Ltu
сt
сt
R
α (6)
де ( )0 0exp sin .my B tω ψ= +⎡ ⎤⎣ ⎦ Згідно з (6) у момент відключення напруга на опорі 2R дорівнюватиме
( ) ( )2
2 0 0sin .R m
LRu t sh B t
W
α ω ψ= ⎡ + ⎤⎣ ⎦ (7)
Максимальний рівень напруги на навантаженні буде, якщо відключення ТН від джерела синусоїдальної
напруги сталося у момент часу, відповідний 2/0 πψω =+t . При цьому напруга сягає значення
2max 2 2R m
LU R sh B
W
α
= ± . (8)
Аналіз виразів (7) та (8) дозволяє зробити висновок, що найбільш важким для обмоток ТН з точки зору
кратностей перенапруг є режим, коли його підключення до електричної мережі відбувається у момент компен-
сації перехідною складової індукції максимального значення усталеного режиму. При відключенні ТН макси-
мальні кратності перенапруг будуть при виконанні комутації через півперіоду після включення. Індукція магні-
тного поля в магнітопроводі при цьому може досягти подвоєного значення. З цієї причини використання корот-
кочасного шунтування навантаження ТН (як заходу зниження кратності перенапруг) найбільш ефективне у тих
випадках, коли відключення ТН відбувається в моменти часу, при яких попередній перехідний процес (напри-
клад, внаслідок включення ТН) ще повною мірою не завершений і мають місце ненульові початкові умови.
Використання розробленої нелінійної динамічної математичної моделі для аналізу перехідних процесів
в електромагнітних ТН на практиці дозволить передбачити появу небезпечних перенапруг під час виконання
комутацій, а також обрати заходи щодо їхнього попередження. Зокрема це стосується програмного виконання
комутацій елегазовими вимикачами з використанням резистора, що шунтує вторинну обмотку ТН.
1. Бессонов Л.А. Переходные процессы в нелинейных электрических цепях со сталью. – М.: Госэнергоиз-
дат, 1951. – 163 с.
2. Ганус О.І., Старков К.О. Дослідження моделі нелінійної індуктивності трансформатора напруги як чин-
ника, що впливає на виникнення ферорезонансних процесів // Вісник ХНТУСГ "Технічні науки". – 2014. – Вип.
153. – С. 11–14.
3. Журахівський А.В., Кенс Ю.А., Яцейко А.Я., Масляк Р.Я. Захист електричних мереж 6−35 кВ від фероре-
зонансних процесів // Технічна електродинаміка. – 2013. – № 5. – С. 70–76.
4. Назаров В.В. О трансформаторах напряжения и устройствах контроля изоляции в сетях 6–35 кВ // Енер-
гетика та електрифікація. – 2000. – № 4. – С. 27−29.
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 5 75
5. Ferraci P. Ferroresonance // Group Schneider. – 1998. – No 190. – 28 р.
6. Tugai Yu., Tugai I. A combined method for study of ferroresonance processes in voltage transformer. – 2014
IEEE Int.Conf.on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS – 2014): Proc. of the Int. Conf. – Pp. 71–73.
УДК 621.316.06
КОММУТАЦИОННЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРЯЖЕНИЯ
Ю.И.Тугай1, докт.техн.наук, О.И.Ганус2, канд.техн.наук, К.А.Старков2, канд.техн.наук
1 - Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 06380, Украина, е-mail: tugay@ied.org.ua
2 - АК «Харьковоблэнерго»,
ул. Плехановская, 149, Харьков, 61037, Украина, е-mail: ptu1@obl.kh.energy.gov.ua
Измерительные трансформаторы являются источником необходимой информации для систем управления ре-
жимами распределительных электрических сетей, в том числе современных Smart Grid. Поэтому обеспечение
надежного функционирования этого источника является актуальной теоретической и практической задачей.
Целью данного исследования является разработка нелинейной динамической математической модели для ана-
лиза переходных процессов в электромагнитных трансформаторах напряжения и оценки возможности появ-
ления опасных для обмоток трансформаторов значений коммутационных перенапряжений. Выполнен анализ
уравнений, описывающих электромагнитные переходные процессы в схеме замещения трансформатора напря-
жения. Реализация полученной модели даст возможность предсказать появление перенапряжений и выбрать
мероприятия по их предотвращению. Библ. 6, рис. 1.
Ключевые слова: распределительная электросеть, трансформатор напряжения, перенапряжения.
THE SWITCHING IN VOLTAGE TRANSFORMER
Yu.I.Tugay1, O.I.Ganus2, K.О.Starkov2
1 - Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 06380, Ukraine, e-mail: tugay@ied.org.ua
2 - JSC "Kharkivoblenerho", str. Plekhanov, 149, Kharkiv, 61037, Ukraine.
e-mail: ptu1@obl.kh.energy.gov.ua
Instrument transformers are sources of information required for mode control systems, power distribution networks,
including advanced Smart Grid. Therefore, to ensure reliable operation of this source is relevant theoretical and prac-
tical task. The aim of this study is to develop a mathematical model of nonlinear dynamic analysis of electromagnetic
transients in transformers and voltage rating switching surges in the distribution networks. It differs from previous
studies in which the cause of failure of the voltage transformer ferroresonance considered quasi-stationary processes.
The analyses of the equations are describing the electromagnetic transients in voltage transformer equivalent circuit.
Using the resulting model makes it possible to anticipate the occurrence of surge and choose the measures their preven-
tion. References 6, figure 1.
Keywords: distribution network, voltage transformer, overvoltage.
1. Bessonov L.A. Transients in nonlinear electrical circuits with steel. – Moskva-Leningrad: Gosenergoizdat, 1951. –
163 p. (Rus)
2. Hanus A.I., Starkov K.A. The mathematical model of the nonlinear inductance of the transformer voltage as a factor influen-
cing the occurrence of ferroresonance processes // Visnyk KhNTUSH "Tekhnichni nauky". – 2014. – Vol. 153. – Pp. 11–14. (Ukr)
3. Zhurakhivskyi A.V., Kens Yu.A., Yatseiko A.Ya., Masliak R.Ya. Protection of electrical networks 6-35 kV from ferroreso-
nance processes // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2013. – No 5. – Pр. 70–76. (Ukr)
4. Nazarov V.V. About voltage transformers and insulation monitoring devices in networks of 6-35 kV // Enerhetyka i Elektry-
fikatsiia. – 2000. – No 4. – Pp. 27–29. (Rus)
5. Ferraci P. Ferroresonance // Group Schneider. – 1998. – No 190. – 28 р.
6. Tugai Yu., Tugai I. A combined method for study of ferroresonance processes in voltage transformer. – 2014 IEEE
Int.Conf.on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS – 2014): Proc. of the Int. Conf. – Pp. 71–73.
Надійшла 03.02.2016
Остаточний варіант 27.07.2016
|
| id | techned_org_ua-article-836 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:11:30Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/c7/c7ac7887e5b75561fd1733258240bbc7.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-8362022-12-23T18:01:58Z THE SWITCHING IN VOLTAGE TRANSFORMER КОМУТАЦІЙНІ ПЕРЕНАПРУГИ У ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРУГИ Тугай, Ю.І. Ганус, О.І. Старков, К.О. distribution network voltage transformer overvoltage розподільна електромережа трансформатор напруги перенапруги Instrument transformers are sources of information required for mode control systems, power distribution networks, including advanced Smart Grid. Therefore, to ensure reliable operation of this source is relevant theoretical and practical task. The aim of this study is to develop a mathematical model of nonlinear dynamic analysis of electromagnetic transients in transformers and voltage rating switching surges in the distribution networks. It differs from previous studies in which the cause of failure of the voltage transformer ferroresonance considered quasi-stationary processes. The analyses of the equations are describing the electromagnetic transients in voltage transformer equivalent circuit. Using the resulting model makes it possible to anticipate the occurrence of surge and choose the measures their prevention. References 6, figure 1. Вимірювальні трансформатори є джерелом необхідної інформації для систем керування режимами розподільних електричних мереж. Тому забезпечення надійного їхнього функціонування – актуальна теоретична та практична задача. Метою даного дослідження є розробка нелінійної динамічної математичної моделі для оцінювання можливості появи небезпечних для обмоток значень комутаційних перенапруг. Виконано аналіз рівнянь, які описують електромагнітні перехідні процеси у схемі заміщення трансформатора напруги. Реалізація запропонованої моделі дасть можливість передбачати появу перенапруг і обирати заходи по їхньому запобіганню. Бібл. 5, рис. 1. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2016-07-07 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/836 10.15407/techned2016.05.073 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2016): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 073 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2016): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 073 2218-1903 1607-7970 10.15407/techned2016.05 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/836/714 Авторське право (c) 2022 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | розподільна електромережа трансформатор напруги перенапруги Тугай, Ю.І. Ганус, О.І. Старков, К.О. КОМУТАЦІЙНІ ПЕРЕНАПРУГИ У ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРУГИ |
| title | КОМУТАЦІЙНІ ПЕРЕНАПРУГИ У ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРУГИ |
| title_alt | THE SWITCHING IN VOLTAGE TRANSFORMER |
| title_full | КОМУТАЦІЙНІ ПЕРЕНАПРУГИ У ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРУГИ |
| title_fullStr | КОМУТАЦІЙНІ ПЕРЕНАПРУГИ У ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРУГИ |
| title_full_unstemmed | КОМУТАЦІЙНІ ПЕРЕНАПРУГИ У ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРУГИ |
| title_short | КОМУТАЦІЙНІ ПЕРЕНАПРУГИ У ТРАНСФОРМАТОРАХ НАПРУГИ |
| title_sort | комутаційні перенапруги у трансформаторах напруги |
| topic | розподільна електромережа трансформатор напруги перенапруги |
| topic_facet | distribution network voltage transformer overvoltage розподільна електромережа трансформатор напруги перенапруги |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/836 |
| work_keys_str_mv | AT tugajûí theswitchinginvoltagetransformer AT ganusoí theswitchinginvoltagetransformer AT starkovko theswitchinginvoltagetransformer AT tugajûí komutacíjníperenaprugiutransformatorahnaprugi AT ganusoí komutacíjníperenaprugiutransformatorahnaprugi AT starkovko komutacíjníperenaprugiutransformatorahnaprugi AT tugajûí switchinginvoltagetransformer AT ganusoí switchinginvoltagetransformer AT starkovko switchinginvoltagetransformer |