零线广播如何防止烧毁用户变压器

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采用电灯零线传送有线广播,当发生火线接地等故障时,零线对地会带电(有关零线对地带电的原因及处理方法请参考本刊1975年第11期)。实践证明,正确地使用接地电抗器,能使绝大部分故障时的工频电压不超过用户变压器的额定电压,但发生故障时用户变压器仍然严重发热,甚至烧毁,这是为什么呢?下面我们就谈谈用户变压器烧毁的原因及解决办法,和同志们共同讨论。

1.用户变压器为什么会发热烧毁?

我们知道,由于采用电灯零线传送有线广播节目,用户变压器就把广播线路和电力线路连接起来了。正常广播时,用户变压器把广播信号降压送至电灯零线与大地之间。但是当零线对地带电时,工频(50赫)电压也会通过用户变压器升压回输到广播线路。由于广播干线并联着许多负荷,这许多负荷的并联总阻抗远小于一个用户变压器的额定阻抗。例如,一台500瓦的扩音机,在其馈线上接有10只25瓦线间变压器供10只25瓦高音喇叭,10只25瓦用户变压器供用户小喇叭(如图1)。如果某一个用户变压器所接零线对地带电,则该用户变压器相当一个电源,对其它20个变压器(9个用户变压器、10个线间变压器和1个馈送变压器器)供工频(50赫)电压。如果零线对地电压达到或超过用户变压器次级额定电压,因其初级并联着那么多的负载,在初级线圈中就会产生数倍于额定值的电流,使该用户变压器严重过荷,如果保护装置不能正确动作,用户变压器就要烧毁了。即使零线对地电压稍低于用户变压器次级额定电压,时间长了也会烧毁用户变压器。另外,由于变压器是个电感性元件,当频率降低到工频时,阻抗也变低,使变压器负载电流增大。

图1
图1 🔍原图 (598×319)

2.怎样防止烧毁用户变压器?

毛主席教导我们:“研究任何过程,如果是存在着两个以上矛盾的复杂过程的话,就要用全力找出它的主要矛盾。捉住了这个主要矛盾,一切问题就迎刃而解了。”根据我们多次实验证明,用户变压器烧毁的主要原因是工频电流通过变压器线圈所呈现的阻抗过低,使电流猛增所造成。我们抓住这个主要矛盾,在用户变压器初级(高压侧)串接一个合适的电容器,要求这个电容对工频电流有较大的阻抗,而又能让音频电流顺利通过,如图2所承,就能将工频电流限制在较小的范围内,而使音频电流顺利通过。

图2
图2 🔍原图 (591×290)

例如,用户变位器为25瓦,初级电压为240伏,次级电压为20伏,当串接一个1微法的电容后,对50赫工频电流的阻抗为3KΩ,超过了25瓦变压器初级(240伏一端)的额定阻抗(2.3KΩ)。就会大大限制工频电流,即使零线对地电压略超过用户变压器次级额定电压,也不至于烧毁用户变压器。

当然,串接电容以后会增加音频电压的损耗,不过对于有线广播仍可以满足要求。对于电感性电流,因为在电容上的电压降与负载上的电压降相位相反,所以还会有升压作用。

图3是我们做的一个工频试验接线图。A、B为广播干线,R代表干线上的电阻,B\(_{3}\)及Y2代表干线上所接的负荷,实验结果见表1。实验时广播干线所带全部负荷约500瓦。实验中未考虑用户变压器的接地电阻,因此电流比实际值要大,但是已经足够说明串联电容的保护作用。由实验结果可以看出,零线对地电压等于或略高于额定电压都可以得到充分地保护。

图3
图3 🔍原图 (754×426)
图4
图4 🔍原图 (1320×515)

音频实验接线如图4。用6微法电容代表300只压电喇叭(电容性负载),用25瓦高音喇叭代表电感性负载(实际为电感和电阻的混合负载),固定用户变压器输入电压为240伏,测量其输出电压,测试结果见表2。

图5
图5 🔍原图 (606×286)
图6
图6 🔍原图 (913×473)

分析表2的数据可以看出,对于电感性负荷,串接电容后音频电压无损失;对于电容性负荷,音频电压损失约为4~10%。

3.电容器的选择及使用效果。

根据实验及使用情况,电容器容量的选择可参考表3。电容器的工作电压在200伏~400伏为宜。

图7
图7 🔍原图 (893×229)

串接适当的电容器以后,零线对地故障电压等于或略高于用户变压器额定电压时,是可以保证不烧用户变压器的。用户变压器的次级电压一般选择在20伏~60伏,只要正确使用接地电抗器,绝大部分故障时的电压都在此范围内。但是当故障电压超过用户变压器额定电压较多而使铁心饱和时,仍然会烧毁用户变压器,因此即使串接了电容器,正确配置用户变压器的保险丝(主要是低压侧)仍很必要。当然串电容后保险丝烧断的次数将大大减少。

串接电容不仅对用户变压器有保护作用,还能减小工频电压对广播线的干扰。没有串电容时,零线对地电压经用户变压器升压后全都加到广播馈线上,使接在馈线上的大喇叭产生较大的交流声;串接电容以后此电压大部分降到电容器上,因此大喇叭上的交流声将大大减小。(赵宝实)