这源于一个实际问题。
有人问,他的变压器空载合闸时,断路器过流保护老是动作,要合几次才合得上。而且补问了一句,说变压器空载不是个电感吗?电感不是阻碍电流吗,咋还合不上?
记得之前写过一篇类似的问题,包含一堆公式。今天不要公式,定性说一说。
先回答:电感不是阻碍电流吗?
电感是阻碍电流。
更准确的说是法拉第电磁感应定律和楞次定律,感应电动势总是有阻碍磁通变化的趋势。
空载合闸,电流也是从零开始的。
因为磁通不能突变,也就是电流不能突变。
为什么磁通不能突变?
磁通,预示着有磁感强度B,磁场是有能量的。能量不能突变,哪怕能量变化率非常非常大,它也有变化过程。
加在变压器上的电压是正弦电压(不分正余弦,因为本质是一回事),也就是说变压器端子电压被所加电压约束了。这个电压有部分会落在电阻上,有部分会落在互磁通的电感上,还有部分落在漏感上。因为电阻非常小,这部分压降可忽略。
剩下的电压就等于磁通变化率。
如果电压在加载瞬间是过零增加,那这时磁通也应增加,在后面的半个周期内,电压是正值,所以磁通的变化率也一直是正值,只不过变化率越来越小而已,可磁通确是一直增加的。可达到稳态磁通的两倍。
变压器在设计时为了充分利用铁磁材料性能,最大磁场强度B会设计在HB曲线的膝点附近,两倍的磁通就到了饱和区域,对应的励磁电流就会大大增加。这还不是最糟糕的,如果合闸前,铁心里还有剩磁,剩磁方向又与磁通的变化方向相同,这就会雪上加霜,让铁心饱和更严重,所谓的高度饱和,电流虽然是从零开始的,但会在极短时间内快速增加。可让瞬态电流达到正常激磁电流的100倍,注意是激磁电流,如果对比额定电流,约为额定电流的6倍左右。
如果过流保护设置的比较保守,就会合不上闸。
考虑绕组还是有电阻的,瞬态电流分量是会衰减的,电阻越大,衰减越快。
大型变压器一般电阻较小,瞬态过渡时间比较长,可达到秒级甚至十秒级。所以为了较小合闸冲击电流,可串一电阻,待稳定后再将电阻短接切除。