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励磁涌流

励磁涌流
励磁涌流(inrush current)的发生,很明显是受励磁电压的影响。

即只要系统电压一有变动,励磁电压受到影响,就会产生励磁涌流。

在不同的情况下将产生如下所述的初始(initial inrush)、电压复原(recovery inrush)及共振(sympathetic inrush 共感)等不同程度的励磁涌流。

其瞬时尖峰值及持续时间,将视下列各因素的综合情况而定,可能会高达变压器额定电流的8--30倍。

变压器在合闸充电时,由于变压器的电感性加上合闸瞬间供电电压的相角不确定性会使充电存在最大7-9倍的涌流(大型变压器)。

原因就是电感电流不能突变,合闸前电流为零,根据u=L*di/dt。

如果合闸时电压(正玄)最大时则可以平稳过渡。

一旦不在此相位,特别在过零位电压时由于电网的能量非常巨大,在短时能,必然产生巨大的电流强迫变压器电流过渡到正玄波形。

这就有个涌流过程。

彻底防治就需要合闸相角控制,当然是三相分相控制了。

简单预防则是开关串电阻。

其实也挺麻烦。

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1 概述
2 励磁涌流的特点
3 励磁涌流的大小
4 励磁涌流的影响
1 概述
变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器,用于把低电压变成高电压或把高电压变成低电压,是交流电输配系统中的重要电气设备。

当变压器合闸时,可能产生很大的电流,本文主要论述该电流的产生和影响。

2 励磁涌流的特点
当合上断路器给变压器充电时,有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大,然后很快返回到正常的空载电流值,这个冲击电流通常称之为励磁涌流,特点如下:
1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波),主要是偶次谐波,因此,励磁涌流的变化曲线为尖顶波。

2)励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关,饱和越深,电抗越小,衰减越快。

因此,在开始瞬间衰减很快,以后逐渐减慢,经0.5~1s 后其值不超过(0.25~0.5)In。

3)一般情况下,变压器容量越大,衰减的持续时间越长,但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。

4)励磁涌流的数值很大,最大可达额定电流的8~10倍。

当整定一台断路器控制一台变压器时,其速断可按变压器励磁电流来整定。

3 励磁涌流的大小
3.1 合闸瞬间电压为最大值时的磁通变化
在交流电路中,U=dΦ/dt,可见磁通Φ总是落后电压U90°相位角,如果U=Um*sin(ωt),则Φ=Um/ω*cos(ωt)+C,分别为强迫分量和衰减的自由分量。

如果在合闸瞬间,电压正好达到最大值时,则磁通的瞬间值正好为零,即在铁芯里一开始就建立了稳态磁通。

在这种情况下,变压器不会产生励磁涌流。

3.2 合闸瞬间电压为零值时的磁通变化
当合闸瞬间电压为零值时,它在铁芯中所建立的磁通为最大值(-Φm)。

可是,由于铁芯中的磁通不能突变,既然合闸前铁芯中没有磁通,这一瞬间仍要保持磁通为零。

因此,在铁芯中就出现一个非周期分量的磁通Φfz,其幅值为Φm。

这时,铁芯里的总磁通Φ应看成两个磁通相加而成。

铁芯中磁通开始为零,到1/2 T时,两个磁通相加达最大值,Φ波形的最大值是Φ1波形幅值的两倍。

;另外,如果合闸时铁芯还有剩磁Φ0,磁通Φ还会更大!实际运行中可达到2.7倍的Φm。

因此,在电压瞬时值为零时合闸情况最严重。

虽然我们很难预先知道在哪一瞬间合闸,但是总会介于上面论述的两种极限情况之间。

变压器绕组中的励磁电流和磁通的关系由磁化特性所决定,铁芯越饱和,产生一定的磁通所需的励磁电流就愈大。

由于在最不利的合闸瞬间,铁芯中磁通密度最大值可达2Φm,这时铁芯的饱和情况将非常严重,因而励磁电流的数值大增,这就是变压器励磁涌流的由来。

励磁涌流比变压器的空载电流大100倍左右,在不考虑绕组电阻的情况下,电流的峰值出现在合闸后经过半周的瞬间。

但是,由于绕组具有电阻,这个电流是要随时间衰减的。

对于容量小的变压器衰减得快,约几个周波即达到稳定,大型变压器衰减得慢,全部衰减持续时间可达几十秒。

综上所述,励磁涌流和铁芯饱和程度有关,同时铁芯的剩磁和合闸时电压的相角可以影响其大小。

4 励磁涌流的影响
4.1励磁涌流对变压器并无危险,因为这个冲击电流存在的时间很短。

当然,对变压器多次连续合闸充电也是不好的,因为大电流的多次冲击,会引起绕组间的机械力作用,可能逐渐使其固定物松动。

此外,励磁涌流有可能引起变压器的差动保护动作,故进行变压器操作时应当注意。

4.2励磁涌流对变压器差动保护的影响。

差动是用变压器原边和副边的电流计算差动电流的,在变压器正常运行时,励磁电流是很小的,当出现励磁涌流时,就不应该忽略励磁电流的影响,通常的做法是依靠各种判别条件来判别励磁涌流,可靠闭锁差动保护,其中判别方法就是利用以上特点来识别涌流。

比如采用二次谐波制动,波形对称原理,采用速饱和铁芯的差动继电器。

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