Схемы замещения и параметры трансформаторов (двухобмоточных, двухобмоточных с расщепленной обмоткой низкого напряжения и трехобмоточных) и автотрансформаторов.
Ответ:При расчётах режимов трёхфазных электрических сетей с равномерной загрузкой фаз трансформаторы в расчётных схемах представляются схемой замещения для одной фазы. Установим связь схемы замещения трансформатора с его реальными схемно-режимными параметрами. Обмотки трансформатора расположены на общем магнитопроводе. Поэтому схема состоит из контуров первичной и вторичной обмоток, связанных взаимной индукцией (рис. 5.4). Наличие магнитной связи между обмотками затрудняет исследование режимов работы трансформатора и электрической сети в целом. Поэтому в расчётах удобно эту связь заменить на электрическую. В этом случае анализ режимов упрощается и сводится к расчётам относительно простой электрической цепи. Эта схема, в которой магнитная связь между обмотками заменена электрической, называется схемой замещения трансформатора. В основе такой схемы лежит представление о том, что действие потоков рассеяния эквивалентно действию индуктивных сопротивлений обмоток Х1 и Х2, по которым текут токи 11 и 12. В соответствии с этим можно представить трансформатор в виде схемы рис. 5.4,а. Здесь каждая из обмоток трансформатора заменена катушкой, имеющей активное и индуктивное сопротивление действительной обмотки, и магнитосвязанными обмотками с трансформацией k = W1/W2 без потоков рассеяния и без активного сопротивления.
Если выполнить приведение вторичной обмотки к первичной с учётом трансформации k = W1/W2 (рис. 5.4, б) в результате будут уравновешены ЭДС E1 и E'2, что позволяет объединить обмотки CD и cd в одну, называемую намагничивающей ветвью схемы замещения (рис. 5.4, в). В итоге сформирована Т-образная схема, которая является наиболее точной схемой замещения двухобмоточного трансформатора (рис. 5.4, в). Схема имеет продольные и поперечные элементы. Продольные элементы представлены активными и индуктивными сопротивлениями одной фазы первичной обмотки R1 и X1 и вторичной обмотки . Поперечная ветвь -ветвь намагничивания трансформатора, представлена в виде активной Qт и индуктивной Вт проводимостей, определяющих активную Ia и реактивную слагающие намагничивающего тока 1Х трансформатора. Активная слагающая тока обусловлена потерями мощности в стали трансформатора, реактивная определяет намагничивающий поток взаимоиндукции обмоток трансформатора. Т-образная схема замещения неудобна для выполнения электрических расчётов сетей, поскольку даже при питании всего одной нагрузки через двухобмоточный трансформатор схема состоит из двух контуров. Поэтому при расчётах режимов электрических сетей двухобмоточные трансформаторы с достаточной точностью замещают более простыми Г-образными схемами замещения (рис. 5.5) - прямой и обратной в зависимости от подключения ветви проводимостей (рис. 5.5, а, б).
В данной схеме ветвь намагничивания, в отличие от Т-образной схемы, обычно подключают с первичной стороны, т. е. с которой трансформатор получает электроэнергию от источника (прямая схема): для понижающих трансформаторов - со стороны ВН, для повышающих трансформаторов - со стороны НН. Иногда для частичной компенсации погрешности, вносимой применением Г-образной схемы, а также при реверсивной работе электропередачи один из трансформаторов, например понижающий, включают по прямой схеме, а второй - по обратной (рис. 5.6). Активное и реактивное сопротивление схемы равны сумме сопротивлений обеих обмоток трансформаторов, приведённых к одному напряжению. Если схема приведена к высшему напряжению, сопротивление обмоток (сквозное сопротивление) трансформаторов (рис. 5.6) определяется в виде (5.1) где - полное сопротивление вторичной обмотки трансформатора, приведённое к первичному напряжению. Если схема приведена к низшему напряжению, то . Эти суммарные сопротивления обмоток обычно называют сопротивлениями (активным и индуктивным) трансформатора. Активная проводимость GТ - обусловлена потерями активной мощности в стали трансформатора на перемагничивание (гистерезис) и вихревые токи, реактивная проводимость BT - намагничивающей сталь мощностью. Поскольку наличие этих проводимостей связано с токами холостого хода 1х (в основном намагничивающего тока), в приближённых расчётах в Г-образной схеме замещения проводимость (ветвь намагничивания) трансформатора заменяют неизменной нагрузкой равной потерям мощности холостого хода трансформатора (рис. 5.7, a). Первое слагаемое - потери активной мощности в стали трансформатора, паспортная величина; второе - намагничивающая мощность трансформатора, принимаемая равной (5.3) хода где I Х - ток холостого трансформатора с номинальной мощностью Sном. Использование схемы замещения, где ветвь намагничивания заменена мощностью потерь холостого хода, допустимо при напряжении до 220 кВ включительно. При расчётах режимов местных (распределительных) сетей 6-35 кВ влиянием проводимостей трансформаторов пренебрегают и используют простейшую схему замещения, состоящую только из последовательно соединённых активного и индуктивного сопротивлений (рис. 5.7, б).
В расчётах, связанных с расчётом и анализом потерь электроэнергии в распределительных сетях, потери мощности холостого хода необходимо учитывать, т. к. они соизмеримы с нагрузочными потерями. В схемах замещения (рис. 5.7) включён идеальный трансформатор, не обладающий сопротивлениями, а только показывающий наличие трансформации, т. е. преобразование (понижение или повышение) напряжения переменного тока одного класса напряжения в другой. Количественно значение такой трансформации характеризуется отношением напряжений на зажимах трансформатора в режиме холостого хода: (5.4). Такие схемы применяют при расчёте режимов электрических сетей с учётом их фактических напряжений. Если рассматриваются связанные трансформаторами сети, параметры которых приведены к одному классу напряжения, то идеальный трансформатор не учитывается. Параметры схемы замещения двухобмоточных трансформаторов определяются по каталожным данным, составленным по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания. Активные и реактивные сопротивления одной фазы трансформатора определяют из опыта короткого замыкания. Коротким замыканием называется режим работы трансформатора, при котором первичная обмотка присоединена к сети, а выводы вторичной обмотки соединены накоротко (напряжение = 0). Короткое замыкание при номинальном первичном напряжении является аварийным режимом, при котором токи в обмотках превышают в 10-15 раз номинальные, и опасным для трансформатора. Двухобмоточные трансформаторы с расщеплённой обмоткой:На электростанциях и крупных подстанциях районных электрических сетей и систем электроснабжения промышленных предприятий устанавливают трансформаторы или трехфазные группы с расщепленными на две (или более) обмотки низшего напряжения, что позволяет присоединять к одному трансформатору два и более генераторов или независимых нагрузок одного или разных классов напряжений.
Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН являются разновидностью двухобмоточного трансформатора. В таком трансформаторе обмотка НН выполнена из двух (или более) обмоток, расположенных симметрично по отношению к обмотке ВН (рис. 7.1). Номинальные напряжения ветвей одинаковые, а мощности их составляют часть номинальной мощности трансформатора и в сумме равны мощности обмотки ВН. В этом состоит отличие трансформаторов с расщепленными обмотками от трехобмоточных трансформаторов, у которых суммарная мощность обмоток СН и НН всегда больше мощности обмоток ВН. На рис. 7.2, а, представлена схема соединений обмоток для одной фазы трехфазного двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН на две ветви. Схема его замещения имеет вид трехлучевой звезды (рис. 7.2, б), где Rнн1, Rнн2 Хнн1, Хнн2 - активные и индуктивные сопротивления расщепленных обмоток НН, приведенные к напряжению обмотки ВН. С достаточной для практических расчетов точностью такой трансформатор можно рассматривать как два независимых трансформатора, питающихся от общей сети ВН. Мощность каждой обмотки НН равна половине мощности обмотки ВН, т. е. половине номинальной мощности трансформатора. Соответственно представлены соотношения для сопротивления (7.1). При параллельном соединении обмоток НН трансформатор с расщепленными обмотками будет работать как обычный двухобмоточный. При этом сопротивления трансформатора между выводами обмотки ВН и общим выводом НН-1 и НН-2 будут равны сопротивлениям Rобщ и Хобщ, отнесенным к номинальной мощности трансформатора:
(7.2) именуемым общими или сквозными сопротивлениями трансформатора. С учетом (7.1) имеем: (7.3) Индуктивное сопротивление обмотки ВН принимают равным нулю, т.е. можно считать Хобщ целиком сосредоточенным в обмотках НН, включенным параллельно. Учитывая при этом, что Хнн1 = Хнн2, из (7.2) получим (7.4). Приведенные соотношения действительны только для групп однофазных трансформаторов, расщепленные обмотки которых можно рассматривать как обмотки отдельных трансформаторов. Коэффициент расщепления (отношение сопротивлений короткого замыкания между расщепленными обмотками к сопротивлению короткого замыкания между обмоткой ВН и параллельно соединенными расщепленными обмотками) для однофазных трансформаторов равен 4. В то же время в трехфазных трансформаторах степень магнитной связи между расщепленными обмотками отличается от однофазных и зависит от расположения обмоток на стержне магнитопровода. При расположении расщепленных обмоток одной над другой коэффициент расщепления равен 3,5, и индуктивные сопротивления обмоток трехфазных трансформаторов составляют: (7.5) Связь напряжений обмоток высшего и низшего напряжения учитывается идеальными трансформаторами с коэффициентами трансформации (рис. 7.2, б) (7.6) Проводимости трансформаторов с расщепленными обмотками определяются так же, как и двухобмоточных. Применение трансформаторов с расщепленными обмотками НН, обладающими повышенными значениями индуктивных сопротивлений, и способствует снижению мощности короткого замыкания на шинах НН почти вдвое, что позволяет во многих случаях обойтись без токоограничивающих реакторов. В настоящее время трехфазные двухобмоточные трансформаторы с расщепленными обмотками НН являются основным типом трансформаторов мощных приемных подстанций напряжением 110-220 кВ. Электропромышленность выпускает большое число типоразмеров силовых трёхфазных и однофазных трансформаторов, различаемых по мощности, номинальному напряжению, числу обмоток и способу охлаждения. Тип трансформатора имеет условное обозначение, по которому можно определить количество фаз, систему охлаждения, число обмоток, наличие регулировочного устройства, грозоупорность изоляции трансформатора, номинальную мощность и класс напряжения обмотки ВН. Буквенные обозначения трансформаторов: ТМ, ТС, ТСЗ, ТД, ТДЦ, ТМН, ТДН, ТЦ, ТДГ, ТДЦГ, ОЦ, ОДГ, ОДЦГ, АТДЦТНГ, АОТДЦН и т. д. Первая буква обозначает число фаз (Т - трёхфазный, О - однофазный); далее следует обозначение системы охлаждения: М - естественное масляное, т. е. естественная циркуляция масла; С - сухой трансформатор с естественным воздушным охлаждением открытого исполнения; Д - масляное с дутьём, т. е. с обдуванием бака при помощи вентилятора; Ц - принудительная циркуляция масла через водяной охладитель; ДЦ - принудительная циркуляция масла с дутьём. Буква Р после числа фаз в обозначении указывает, что обмотка низшего напряжения представлена двумя (тремя) обмотками (расщеплена). Наличие второй буквы Т означает, что трансформатор трёхобмоточный, двухобмоточный специального обозначения не имеет. Следующие буквы указывают: Н - регулирование напряжения под нагрузкой (РПН), отсутствие-наличие переключения без возбуждения (ПБВ); Г - грозоупорный. А - автотрансформатор (в начале условного обозначения). За буквенными обозначениями идут номинальная мощность трансформатора (кВА) и через дробь -класс номинального напряжения обмотки ВН (кВ). В автотрансформаторах добавляют в виде дроби класс напряжения обмотки СН. Иногда указывают год начала выпуска трансформаторов данной конструкции. Шкала номинальных мощностей трёхфазных силовых трансформаторов и автотрансформаторов (действующие государственные стандарты 19671974 гг.) высоковольтных сетей построена так, чтобы существовали значения мощности, кратные десяти: 20, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600 кВА и т. д. Некоторое исключение составляют мощности 32000, 80000, 125000, 200000, 500000 кВА. Нормативный срок службы отечественных трансформаторов составляет 50 лет, поэтому в сетях энергосистем промышленных и сельскохозяйственных предприятий могут также эксплуатироваться трансформаторы, выпущенные до 1967 г. и обновлённые вследствие капитального ремонта. Шкала номинальных мощностей этих трансформаторов: 5, 10, 20, 30, 50, 100, 180, 320, 560, 750, 1000, 1800, 3200, 5600,..., 31500, 40500, кВА и т. д. Примеры обозначения типов трансформаторов. ТМ-250/10 - трёхфазный двухобмоточный с естественным масляным охлаждением, изменение напряжения с помощью устройства ПБВ, номинальная мощность 250 кВА, класс напряжения обмотки ВН 10 кВ. ТДТН-25000/110 - трёхфазный трёхобмоточный понижающий трансформатор, масляное охлаждение с дутьём, с устройством РПН, номинальная мощность 25000 кВА, класс напряжения обмотки ВН 110 кВ. ОЦ-533000/500 - однофазный двухобмоточный повышающий трансформатор, охлаждение масляное с принудительной циркуляцией масла, мощностью 533000 кВА, включается в сеть напряжением 500 кВ (номинальное фазное напряжение трансформатора 525/ √3, АТДЦТН-250000/500/110-85 - автотрансформатор трёхфазный трёхоб-моточный, охлаждение масляное с дутьём и циркуляцией, с РПН, номинальная мощность 250 МВА, понижающий, работающий по автотрансформаторной схеме между сетями 500 кВ и 110 кВ (трансформация ВН-СН, обмотка НН является вспомогательной), конструкция 1985 г. ТДЦТГА-120000/220/110-60 - трёхфазный трёхобмоточный трансформатор, основной режим которого является повышающим (А), с трансформациями НН-ВН и НН-СН, конструкция 1960 г. Возможность регулирования и изменения напряжения определяется параметрами РПН и ПБВ. Их характеристики задаются в виде максимального числа положительных и отрицательных по отношению к основному выводу обмотки ВН или СН регулировочных ответвлений с указанием шага коэффициента трансформации Лкт в виде ± n х Лкт. Например, для РПН: ± 6 х 1,5%, ± 8 х 1,5%, ± 10 х 1,5%, ± 9 х1,78%, ± 12 х 1%; для ПБВ: ± 2 х2,5%. Номинальный коэффициент трансформации - отношение номинальных напряжений обмоток трансформатора: . Изменение коэффициента трансформации достигается изменением числа отпаек (витков) на одной из обмоток. Для трансформаторов с регулированием напряжения, в частности РПН, коэффициент трансформации должен соответствовать реальному положению переключателя для его n-го ответвления: . Например, при U1 = ивн = 115 кВ, U2 = инн = 11 кВ и РПН с параметрами ±10х1,5 % число витков изменяется на стороне ВН от Wmin до Wmax, при этом кт изменяется от kmin до kmax.
Коэффициент трансформации в общем случае определяется комплексным числом: (7.7) где m - номер группы соединений обмоток трансформатора, определяющий сдвиг по фазе низкого напряжения в режиме холостого хода. Двухобмоточный трансформатор можно представить Т-образной схемой замещения (рис. 1,а), где rт и хт— соответственно активное и индуктивное сопротивления обмоток, gт — активная проводимость, обусловленная потерями активной мощности в стали трансформатора, bт — индуктивная проводимость, обусловленная намагничивающим током. Ток в проводимостях трансформатора очень мал (порядка нескольких процентов от его номинального тока), поэтому при расчетах электросетей районного значения обычно используют Г-образную схему замещения трансформатора, в которой проводимости приключают к зажимам первичной обмотки трансформатора (рис. 1, б) — к обмотке высшего напряжения для понижающих трансформаторов и к обмотке низшего напряжения для повышающих трансформаторов. Применение Г-образной схемы упрощает расчеты электросетей.
Рис. 1. Схемы замещения двухобмоточного трансформатора: а —Т-образная схема; б — Г-обрааная схема; в — упрощенная Г-образная схема для расчета районных сетей; г — упрощенная схема для расчета местных сетей и для приближенного расчета районных сетей. Расчет еще более упрощается, если проводимости трансформатора заменить постоянной нагрузкой (рис. 1, в), равной мощности холостого хода трансформатора: Здесь ΔРСТ— потери мощности в стали, равные потерям при холостом ходе трансформатора, a ΔQСТ — намагничивающая мощность трансформатора, равная: где Ix.x% - ток холостого хода трансформатора в процентах от его номинального тока; Sном.тр - номинальная мощность трансформатора. Для местных сетей n при приближенных расчетах районных сетей обычно учитывают только активное и индуктивное сопротивления трансформаторов (рис. 1,г).
Активное сопротивление обмоток двухобмоточного трансформатора определяют по известным потерям мощности в меди (в обмотках) трансформатора ΔРм квт при его номинальной нагрузке:
откуда . В практических расчетах потери мощности в меди (в обмотках) трансформатора при его номинальной нагрузке принимают равными потерям короткого замыкания при номинальном токе трансформатора, т. е. ΔРм ≈ ΔРк. Зная напряжение короткого замыкания ик% трансформатора, численно равное падению напряжения в его обмотках при номинальной нагрузке, выраженное в процентах от его номинального напряжения, т. е.
можно определить полное сопротивление обмоток трансформатора а затем и индуктивное сопротивление обмоток трансформатора . Для крупных трансформаторов, имеющих очень небольшое активное сопротивление, обычно определяют индуктивное сопротивление из следующего приближенного условия:
При пользовании расчетными формулами следует учитывать, что сопротивления обмоток трансформатора могут быть определены при номинальном напряжении как его первичной, так и вторичной обмотки. В практических расчетах удобнее определять rт и хт при номинальном напряжении той обмотки, для сети которой ведут расчет.
Рис. 2. Схемы трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора: а — схема трехобмоточного трансформатора; б — схема автотрансформатора; в — схема замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора. Если обмотка трансформатора имеет регулируемое число витков, то принимают Uт.ном для основного вывода обмотки. Трехобмоточные трансформаторы (рис. 2,а) и автотрансформаторы (рис. 2,б) характеризуются значениями потерь мощности ΔРм = ΔРк. и напряжениями короткого замыкания ик% для каждой пары обмоток: ΔРк. в-с, ΔРк. в-н, ΔРк. с-н и ик.в-с, ℅, ик.в-н, ℅, ик. с-н, ℅, приведенными к номинальной мощности трансформатора или автотрансформатора. Номинальная мощность последнего равна его проходной мощности. Схема замещения трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора изображена на рис. 2,в. Потери мощности и напряжения короткого замыкания, отнесенные к отдельным лучам, эквивалентной звезды схемы замещения, определяют по формулам:
и
Активное и индуктивное сопротивления лучей эквивалентной звезды схемы замещения определяют по формулам для двухобмоточных трансформаторов, подставляя в них значения потери мощности и напряжения короткого замыкания для соответствующего луча эквивалентной звезды схемы замещения.
Дата добавления: 2021-02-19; просмотров: 1125;