ГЛАВА 3. ПАРАМЕТРЫ И СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ


3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Передачу электроэнергии на большие расстояния в основном осуществляют на повышенном (35—750 кВ) напряжении. Распределение электроэнергии выпол­няют сетями 6—35(110) кВ. Электропотребителей подключают к сетям более низких напряжений (0,22—10 кВ). Для соответствующих преобразований (транс­формаций) напряжений, а также связи электрических сетей различных классов напряжений и распределения электроэнергии используют силовые трансформато­ры и автотрансформаторы однофазного и трехфазного исполнений.

На подстанциях электрических сетей и электростанциях преимущественно применяют трехфазные двух- и трехобмоточные трансформаторы и автотранс­форматоры. При большой мощности используют однофазные трансформаторы, соединенные в трехфазные группы.

Условные обозначения понижающих и повышающих трансформаторов и авто­трансформаторов в схемах электрических систем электроснабжения показаны на рис. 3.1.

 

 


Рис. 3.1. Условные обозначения трансформаторов и автотрансформаторов на схемах: а, б — двухобмоточные нерегулируемые; в — регулируемый; г — трехобмоточный регулируемый; д — автотрансформатор; е и ж — регулируемый и нерегулируемый двухобмоточные трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения.

Стрелки обозначают электрическую нагрузку S1 и S2 на шинах (выводах) высшего U1 и низшего напряжения U2 двухобмоточных трансформаторов (рис. 3.1, а, б, в). В случае трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов стрелки обозначают электрические нагрузки S1, S2 и S3 на шинах высшего U1, среднего U2 и низшего U3 напряжений (рис. 3.1, г, д). Другая стрелка символизи­рует наличие регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). Отсутствие тако­вой означает, что трансформатор снабжен устройством изменения (улучшения) напряжения ПБВ (переключатель без возбуждения). Изменение напряжения осуществляется при отключении трансформатора от сети.

Принципиальные схемы двух- и трехобмоточных трансформаторов пред­ставлены на рис. 3.2 и 3.3.

 

 


Рис. 3.2. Схемы соединений обмоток трансформаторов: звезда-звезда (а), звезда-треугольник (б) и соответствующие векторные диаграммы напряжений

Обмотки высшего напряжения (ВН) 6—35 кВ двухобмоточных трансформато­ров соединены в звезду (с изолированной или выведенной нулевой точкой), а обмот­ки низшего напряжения (НН) 0,4/0,23 кВ и 0,69/0,4 кВ соединены в звезду с выведен­ной нулевой точкой, т. е. группа соединений Y/Yo—0 (рис. 3.2, а). При более высоком напряжении обмоток (ВН 110, 150, 220 кВ) обмотку НН (6—10 кВ) соединяют в тре-угольник, что соответствует группе соединений ΥН/Δ—11 (рис. 3.2, б).

 

 

 


Рис. 3.3. Схемы соединений обмоток трехобмоточного трансформатора звезда с нулем — звезда-треугольник (а) и соответствующие векторные диаграммы напряжений (б)


Рис. 3.4. Схемы соединения обмоток автотрансформатора (а)

и соответствующие векторные диаграммы напряжений (б)

 

 

В трехобмоточных трансформаторах (ВН 110, 150, 220 кВ) обмотки ВН и СН соединены соответственно в звезду с выведенной и изолированной нулевой точкой. Обмотку НН при напряжении 6, 10, 20 кВ соединяют в треугольник что соответствует группе соединений YН / Y/Δ - 0/0/11 (рис. 3.3).

В автотрансформаторах (ВН 150, 220, 330, 500, 750 кВ) общие обмотки со­единены в звезду с обязательным глухим заземлением нейтрали (рис 3.4)

Выбор схемы соединения обмоток трансформирующих устройств опреде­ляется режимом нейтрали соединяемых сетей. Соединение в звезду облегчает ра­боту изоляции обмоток, находящихся под воздействием фазного напряжения со­единение в треугольник необходимо для обеспечения качественных показателей напряжения в результате подавления третьей гармоники фазного напряжения.

Электропромышленность выпускает большое число типоразмеров силовых трехфазных 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 — трехфазный, 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 дутьем, т. е. с обдуванием бака при помощи вентилятора; Ц — принудительная циркуляция масла через водяной охладитель; ДЦ — принудительная циркуляция масла с дутьем. Буква Р после числа фаз в обозначении указывает, что обмотка низшего напряжения представ­лена двумя (тремя) обмотками (расщеплена). Наличие второй буквы Т означает, что трансформатор трехобмоточный, двухобмоточный специального обозначения не имеет. Следующие буквы указывают: Н — регулирование напряжения под на­грузкой (РПН), отсутствие-наличие переключения без возбуждения (ПБВ); Г — грозоуцорный. А — автотрансформатор (в начале условного обозначения). За бу­квенными обозначениями идут номинальная мощность трансформатора (кВ-А) 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 трехфазных силовых трансформаторов и авто­трансформаторов (действующие государственные стандарты 1967—1974 гг.) высоко­вольтных сетей построена так, чтобы существовали значения мощности, кратные деся­ти: 20, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600 кВ*А и т. д. Некоторое исключение составляют мощности 32000,80000, 125000, 200000,500000 кВ*А.

Нормативный срок службы отечественных трансформаторов составляет 50 лет, поэтому в сетях энергосистем промышленных и сельскохозяйственных предприятии могут также эксплуатироваться трансформаторы, выпущенные до 1967 г. и обновленные вследствие капитального ремонта. Их шкала номинальных мощ­ностей: 5, 10, 20, 30, 50, 100, 180, 320, 560, 750, 1000, 1800, 3200, 5600,..., 31500,

40500, кВ*А. и т. д.

Примеры обозначения типов трансформаторов:

ТМ-250/10-трехфазный двухобмоточный с естественным масляным ох­лаждением, изменение напряжения с помощью устройства ПБВ, номинальная мощность 250 кВ*А, класс напряжения обмотки ВН 10 кВ.

ТДТН-25000/110 - трехфазный трехобмоточный понижающий трансфор­матор, масляное охлаждение с дутьем, с устройством РПН, номинальная мощ­ность 25000 кВ*А, класс напряжения обмотки ВН 110 кВ.

ОЦ-533000/500 - однофазный двухобмоточный повышающий трансформа­тор, охлаждение масляное с принудительной циркуляцией масла, мощностью 533000 кВ А, включается в сеть напряжением 500 кВ (номинальное фазное на­пряжение трансформатора 525/л/З).

АТДЦТН-250000/500/110-85-автотрансформатор трехфазный трехобмо­точный, охлаждение масляное с дутьем 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 — трехфазный трехобмоточный трансформа­тор, основной режим которого является повышающим (А), с трансформациями НН—ВН и НН—СН, конструкция 1960 г.

Силовые трансформаторы и автотрансформаторы характеризуются сле­дующими каталожными (паспортными) данными: S,,0M — номинальная мощность трансформатора, кВ*А; UH0M—номинальные междуфазовые (линейные) напряже­ния присоединяемых сетей; ΔРК— потери активной мощности короткого замыка­ния, кВт; ΔРХ — потери активной мощности холостого хода, кВт; UK — относи­тельное значение напряжения короткого замыкания, %; IХ — относительное зна­чение тока холостого хода, %.

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 ΔKт в виде ±nxΔKт. Например, для РПН: ±6x1,5%,±8x1,5% ±10x1,5%, ± 9x1,78%, ±12x1%; для ПБВ: ±2x2,5%.

Номинальный коэффициент трансформации — отношение номинальных напряжении 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 = UВН = 115 кВ, U2 = UHH = 11 кВ и РПН с параметрами ±10x1,5 % число витков изменяется на стороне ВН от WНМ до WНБ, при этом КТ изменяется от КНМ до КНБ.

 

 

Коэффициент трансформации в общем случае определяется комплексным числом:

(3.1)

 

где m — номер группы соединений обмоток трансформатора, определяющий сдвиг по фазе низкого напряжения в режиме холостого хода.

Для трехобмоточных трансформаторов, кроме вышеприведенных параметров, указывают процентное соотношение номинальных мощностей обмоток ВН, СН и НН. Например, современные трансформаторы имеют одинаковые по мощности обмотки, т. е.100/100/100 %, а трансформаторы, изготовленные до 1967 года, характеризуются тремя видами соотношений: 100/100/66,7 %, 100/66,7/100 %, 100/66,7/66,7%. Авто­трансформаторы преимущественно имеют соотношение мощностей 100/100/50 %.

На основе указанных каталожных данных определяют все расчетные парамет­ры схем замещения трансформирующих устройств: сопротивления, проводимости, коэффициенты трансформации. Указанные параметры влияют на потери мощности и электроэнергии, на отклонения напряжения у электропотребителей и поэтому должны учитываться при расчетах и анализе режимов работы электрических сетей.

 

3.2. ДВУХОБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

При расчетах режимов трехфазных электрических сетей с равномерной за­грузкой фаз трансформаторы в расчетных 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. 3.5). Наличие магнитной связи между обмотками затрудняет исследование режимов работы трансформатора и электри­ческой сети в целом. Поэтому в расчетах удобно эту связь заменить на электриче­скую. В этом случае анализ режимов упрощается и сводится к расчетам 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 Фσ1 и Фσ2 эквивалентно действию индуктивных сопротивлений об­моток Х1 и Х2, по которым текут токи, I1 и I2. В соответствии с этим можно пред­ставить трансформатор в виде схемы рис. 2.5, 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.

 

 


Рис.3.5. Схема замещения двухобмоточных трансформаторов:

а- схема замещения отдельных обмоток; б- схема замещения обмоток приведенного трансформатора; в - Т-образная схема замещения

 

Если выполнить приведение вторичной обмотки к первичной с учетом трансформации k = W1/W2 (рис. 3.5, б)

 

 

то в результате будут уравновешены ЭДС Е1 и Е'2, что позволяет объеди­нить обмотки CD и cd в одну, называемую намагничивающей ветвью схемы за­мещения (рис. 3.5, в).

В итоге сформирована Т-образная схема, которая является наиболее точной схемой замещения двухобмоточного трансформатора (рис. 3.5, в).

Схема имеет продольные и поперечные элементы. Продольные элементы представлены активными и индуктивными сопротивлениями одной фазы первич­ной обмотки Ri и Х1 и вторичной обмотки R'2 и Х'2. Поперечная ветвь-ветвь намагничивания трансформатора, представлена в виде активной GT и индуктив­ной Вт проводимостей, определяющих активную Iа и реактивную Iμ слагающие намагничивающего тока IХ 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 расче­тов сетей, поскольку даже при питании всего одной нагрузки через двухобмоточный трансформатор схема состоит из двух контуров. Поэтому при расчетах режимов электрических сетей двухобмоточные трансформаторы с достаточной точностью за­мещают более простыми Г-образными схемами замещения (рис. 3.6) — прямой и обратной в зависимости от подключения ветви проводимостей (рис. 3.6, а, б).

В данной схеме ветвь намагничивания, в отличие от Т-образной схемы, обычно подключают с первичной стороны, т. е. с той, 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 .3.7).

Активное и реактивное сопротивления схемы равны сумме сопротивлений обеих обмоток трансформаторов, приведенных к одному напряжению. Если схема приведена к высшему напряжению, сопротивление обмоток (сквозное сопротив­ление) трансформаторов (рис. 3.7) определяется в виде


(3.2)

 

где Z 2 — полное сопротивление вторичной обмотки трансформатора, приведен­ное к первичному напряжению.


Рис. 3.6. Различные отображения Г-образных схем замещения двухобмоточного трансформатора: а — прямая схема; б — обратная схема


Рис. 3.7. Схема замещения электропередачи с прямой

и обратной Г-образными схемами замещения соответственно понижающего и повышающего трансформаторов

Если схема приведена к низшему напряжению, то

(3.3)

 

Эти суммарные сопротивления обмоток обычно называют сопротивлениями (активным и индуктивным) трансформатора.

Активная проводимость GT обусловлена потерями активной мощности в стали трансформатора на перемагничивание (гистерезис) и вихревые токи, реак­тивная проводимость Вт — намагничивающей сталь мощностью. Поскольку на­личие этих проводимостей связано с токами холостого хода IХ (в основном намаг­ничивающего тока), в приближенных расчетах в Г-образной схеме замещения проводимость (ветвь намагничивания) трансформатора заменяют неизменной на­грузкой

 


равной потерям мощности холостого хода трансформатора (рис. 3.8, а). Пер­вое слагаемое ΔРХ — потери активной мощности в стали трансформатора, пас­портная величина; второе — намагничивающая мощность трансформатора, при­нимаемая равной

(3.4)

 

где Ix — ток холостого хода трансформатора с номинальной мощностью SН0M.

Использование схемы замещения, где ветвь намагничивания заменена мощ­ностью потерь холостого хода, допустимо при напряжении до 220 кВ включи­тельно.

При расчетах режимов местных (распределительных) сетей 6—35 кВ влия­нием проводимостей трансформаторов пренебрегают и используют простейшую схему замещения, состоящую только из последовательно соединенных активного и индуктивного сопротивлений (рис. 3.8, б).

В технико-экономических расчетах, связанных с расчетом и анализом потерь электроэнергии в распределительных сетях, потери мощности холостого хода необ­ходимо учитывать, т. к. они соизмеримы с нагрузочными потерями [30, 31].

 


Рис. 3.8. Упрощенные схемы замещения двухобмоточных трансформаторов: а — с учетом и б — без учета поперечной ветви

В схемах замещения (рис. 3.6—3.8) включен 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:


(3.5)

 

Такие схемы применяют при расчете режимов электрических сетей с учетом 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 по результатам опыта короткого замыкания. Коротким замыканием назы­вается режим работы трансформатора, при котором первичная обмотка присоеди­нена к сети, а выводы вторичной обмотки соединены накоротко (напряжение U2 = 0). Короткое замыкание при номинальном первичном напряжении является ава­рийным режимом, при котором токи в обмотках превышают номинальные в 10— 15 раз, и опасно для трансформатора.

Опыт короткого замыкания проводится по схеме, представленной на рис. 3.9, а. Напряжение, подводимое к трансформатору, плавно повышается от нуля до значения, при котором токи в обеих обмотках трансформатора равны номиналь­ным. Это и есть напряжение короткого замыкания Uк, и обычно оно выражается в процентах номинального напряжения:


(3.7)

 

и составляет для силовых трансформаторов около 3—13%.

Ваттметр W показывает потери активной мощности ΔРК в обмотках и в ста­ли трансформатора. Потери в стали незначительны из-за малости приложенного напряжения UK, и в опыте короткого замыкания все потери активной мощно­сти практически целиком расходуются на нагрев его обмоток и могут быть при­равнены к номинальным потерям в обмотках трансформатора ΔРК ≈ ΔРН0М. Поэто­му можно принять с точностью, достаточной для инженерных расчетов, что в опыте короткого замыкания

(3.6)

 

Принимая потери мощности в киловаттах (кВт), напряжение в киловольтах (кВ), а номинальную мощность трансформатора в мегавольтамперах (МВ*А), по­лучим сопротивление, Ом,


(3.8)

 

Или, перейдя к потерям мощности в трех фазах ΔРК = ЗΔРкф, линейному на­пряжению UНОМ = √3UФНОМ и номинальной мощности трехфазного трансформато­ра SНОМ= 3SФНОМ определим активное сопротивление обмоток двухобмоточного трансформатора ,Ом в виде

(3.9)

 

Рис. 3.9. Принципиальные схемы опытов короткого замыкания (а) и холостого хода (б) двухобмоточного трансформатора (применительно к одной фазе)

Индуктивное сопротивление трансформатора Хт определяется напряжением короткого замыкания UK. Из (3.6) можно определить полное сопротивление трансформатора, Ом,

(3.10)

 

 

Реактивное сопротивление обмоток трансформатора

(3.12)

 

Для трансформаторов достаточно большой мощности (выше 1000 кВ*А) XT»RT, т. е. треугольник сопротивлений вырождается в прямую. Поэтому для мощных трансформаторов с достаточной точностью можно принять

(3.11)

 

 

Если напряжение короткого замыкания выразить в относительных едини-ттах пшшяв за базисные номинальные параметры трансформатора, получим


(3.13)

 

или, при домножении выражения (2.12) на множитель SНОМ/U2НОМ размерностью Ом-1 , имеем

 

(3.14)

 

Таким образом, напряжение короткого замыкания характеризует внутреннее сопротивление трансформатора, влияющее на падение напряжения и ток коротко­го замыкания.

В схеме замещения сопротивления RT и ХТ не зависят от КТ, хотя в действи­тельности такая зависимость имеется.

При переводе трансформатора на работу с основного ответвления на любое другое его сопротивление изменяется незначительно, и поэтому в ряде случаев его можно считать неизменным. Однако при значительном изменении КТ (а соот­ветственно и количества витков обмоток) сопротивление трансформаторов рас­считывают для реального положения переключателя.

Проводимости схемы замещения трансформатора определяют по результа­там опыта холостого хода.

Опыт холостого хода выполняют по схеме рис. 3.9, б. К первичной обмотке (при разомкнутой вторичной) подводится номинальное напряжение. Показания ваттметра W определяют суммарные потери активной мощности в первичной об­мотке и стальном магнитопроводе трансформатора. Так как ток холостого хода очень мал (составляет от 0,7 до 3,0 % номинального значения), потери мощности в активном сопротивлении первичной обмотки незначительны. Применяя Г-образную схему замещения, все потери холостого хода как бы переносят в стальной сердеч­ник, а потери в стали с небольшой погрешностью приравнивают к общим потерям холостого хода: ΔРСТ = ΔРх. Для одной фазы трансформатора

 

(3.15)

Отсюда, переходя к параметрам трехфазного трансформатора, получаем


(3.16)

 

Так как потери мощности холостого хода ΔРСТ измеряют в киловаттах, напря­жение UНОМ в киловольтах, формула (3.16) приобретает следующий вид(GT в Ом-1)

(3.17)

 

Активная составляющая тока холостого хода, отражающая потери в стальном магнитопроводе, меньше реактивной в 5—7 раз. Если ориентировочно принять реактивную составляющую равной всему току холостого тока: 1Ц = 1Х, то можно определить реактивную проводимость Вт ветви намагничивания из сле-тоюшего соотношения:

(3.18)

 

Откуда аналогично выражению (3.17) реактивная проводимость ветви на­магничивания трансформатора, См, определяют в виде

(3.19)

 

где Ix — ток холостого хода, %; SH0M — номинальная мощность трансформатора, кВА.

В расчетных выражениях сопротивлений и проводимостей номинальные напряжения принимают в соответствии с тем, к какому напряжению (высшему или низшему) необходимо привести параметры схемы замещения трансформато­ра. При расчете режимов электрических сетей за расчетное напряжение принима­ют номинальное напряжение той обмотки трансформатора, которая непосредст­венно присоединена к линии. Сопротивления RT, ХT , отнесенные к высшему на­пряжению, будут иметь значения в (UBH/UHН)2 раз большими, а проводимости Вт, GT в (UBH/UHH)2 раз меньшими, чем если бы схема замещения трансформатора была приведена к низшему напряжению.

Номинальные величины мощности SH0M, потерь мощности ΔРК, ΔРХ, напря­жений UH0M, UK, и тока IХ даны в паспорте трансформатора: для однофазного — фазными значениями, для трехфазного — суммарной мощностью трех фаз, меж­дуфазовыми напряжениями и фазным значением тока.

 

3.3. ТРЕХОБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

На понизительных подстанциях, питающих электрические сети 10 (6) и 35 кВ, устанавливают трехобмоточные трансформаторы с трансформациями 110— 220/35/6—10 кВ. Электрические сети напряжением 10 или 6 кВ предназначены для электроснабжения близлежащих потребителей (удаленность до 10—15 км). Сети 35 кВ могут питать нагрузки в радиусе до 40—60 км. Если нагрузки этих се­тей соизмеримы (т. е. отличие не более чем в 4—5 раз), может оказаться экономи­чески целесообразно применять трехобмоточный трансформатор с двумя вторич­ными обмотками (рис. З.10, а) вместо двухобмоточных 11О—220/6—10 и 11О— 220/35 кВ (рис. 3.10, б) для раздельного питания распределительных сетей.

В последние годы отечественные трехобмоточные трансформаторы изго­тавливают с обмотками ВН, СН и НН одинаковой мощности (100 %). Ранее вы­пускались такие трехобмоточные трансформаторы, у которых обмотки НН и СН могли иметь мощность в 1,5 раза меньшую, нежели мощность обмотки ВН (100/1,5 = 66,7%).

Схема замещения трехобмоточного трансформатора одной фазы представ­ляет трехлучевую звезду (рис. 3.11). Параметры этой схемы — активные RB, RC, RY, и индуктивные ХB, ХC, ХH, сопротивления обмоток ВН, СН, НН — приведены к напряжению первичной обмотки трансформатора. Ветвь намагничивания вклю­чена на первичных зажимах схемы замещения трансформатора. Ее параметры определяют так же, как и для двухобмоточных трансформаторов по формулам (3.17) и (3.19).

 

 


Рис. 3.10. Схемы подстанций с тремя номинальными напряжениями: а — трехобмоточный трансформатор; б — два двухобмоточных трансформатора


Рис. 3.11. Схемы замещения трехобмоточного трансформатора:

а — с учетом и 6 — без учета трансформации

 

В соответствии с этой схемой замещения для трехобмоточного трансформа­тора в отличие от двухобмоточного, нужно определить сопротивление каждой обмотки в отдельности по данным опытов короткого замыкания.

В этом опыте одна из обмоток подключена к источнику питания, вторая замкнута накоротко, третья разомкнута (рис. 3.12). Это позволяет при расчете со­противлений рассматривать схему замещения трехобмоточного трансформатора как два последовательно соединенных луча. В опытах короткого замыкания заме­ряют потери активной мощности ΔРКв-н, ΔРКв-с, ΔРКс-н и напряжения короткого замыкания UKв-с , UKв-н , Ukс-н на каждую пару обмоток (лучей схемы замеще­ния). Так, например, при замыкании накоротко обмотки СН и включении транс­форматора через обмотку ВН (рис. 3.12, а) можно замерить потери мощности ΔРКв-с и напряжения короткого замыкания UКв-н. Аналогично из опытов для двух других пар обмоток (рис. 3.12, б, в) определяют соответствующие потери мощности и напряжения короткого замыкания.

Результаты опытов короткого замыкания позволяют сформировать системы линейных уравнений следующего вида:

 


(3.20)

 

 

(3.21)

 

 

Решая уравнения (3.20) относительно ΔРКВ, ΔРКС, ΔРКН, получаем:

 


(3.22)

 

Аналогично из систем уравнений (3.21) найдем:

 

 


(3.23)

 

 

В общем случае активные и реактивные сопротивления обмоток трехоомоточных трансформаторов определяют по тем же формулам вида (3.9) и (3.12), что и для двухобмоточных трансформаторов.

Реактивное сопротивление Хс или Х„, соответствующее обмотке, располо­женной между двумя другими обмотками, благодаря их взаимному влиянию обычно имеет величину, близкую к нулю, либо небольшое отрицательное значе­ние и в практических расчетах принимается равным нулю.

Для определения величин uKB , uKC, uKH в каталогах на трехобмоточные трансформаторы всегда указаны три нормированных (приведенных к номиналь­ной мощности) значения напряжения короткого замыкания и одно (ДРК или ДРК ) или три значения потерь короткого замыкания (ДРК , ДРК , ДРВ ) в за­висимости от типа трансформатора. Если заданы потери короткого замыкания на одну пару обмоток, то активные сопротивления могут быть найдены в предполо­жении, что эти сопротивления, приведенные к одной ступени трансформации, об­ратно пропорциональны номинальным мощностям соответствующих обмоток.

 

 

Рис. 3.12. Схемы трех опытов короткого замыкания трехобмоточного трансформатора

Для трансформаторов с одинаковыми мощностями обмоток суммарные по­тери короткого замыкания на пару обмоток поровну распределяются между соот­ветствующими обмотками, т. е. в этом случае активные сопротивления лучей схемы замещения вычисляют по формуле

(3.24)

Если в трехобмоточном трансформаторе одна из обмоток имеет мощность меньше номинальной (соотношение S,H/SC1,/SH1, = =100/100/66,7 % или 100/66,7/100 %), то активные сопротивления лучей схемы замещения для обмоток с номи­нальной мощностью 100 % определяются аналогично предыдущему случаю:

R100=- (3.25)

Величину активного сопротивления луча схемы замещения соответствую­щей обмотки с меньшей мощностью (66,7 %), приведенную к номинальной мощ­ности трансформатора, находят, учитывая обратную пропорциональность сопро­тивлений и мощностей обмоток:

 

откуда (3,26)

Трансформации с высшего на среднее и низшее напряжения учитывают (рис. 3.11, а) соответствующими идеальными трансформаторами с параметрами


(3,27)

Расчет режимов электрических сетей, приведенных к одному номинальному напряжению, выполняют с учетом схемы замещения, представленной на рис. 3.11, б.

 

3.4. АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

 

Наряду с трансформаторами для связи сетей и их элементов с различающи­мися номинальными напряжениями широко применяют автотрансформаторы.

Автотрансформатор представляет собой многообмоточный трансформатор, у которого две обмотки связаны магнитно и электрически. Наиболее экономиче­ски целесообразно применять автотрансформаторы для связи сетей с глухозазем-ленными нейтралями напряжением 110 кВ и выше с соотношением номинальных напряжений до 3—4, например, 220 и 110 кВ, 500 и 220 кВ и др. В энергосистемах нашли применение трехобмоточные автотрансформаторы — трехфазные и одно­фазные, собираемые в трехфазные группы.

На рис. 3.13 изображена схема соединений обмоток трехобмоточного авто­трансформатора. Обмотка высшего напряжения (ВН) 1 состоит из двух обмоток — общей и последовательной. Обмотка среднего напряжения (СН) 2 является частью обмотки ВН и называется общей обмоткой, а остальная часть обмотки ВН — после­довательной обмоткой. Третья обмотка 3 представляет собой обмотку низшего на­пряжения (НН) и связана с другими обмотками только магнитно.

Рассмотрим условия работы понижающего трехобмоточного автотрансфор­матора (рис. 3.13). Автотрансформаторы могут работать в автотрансформаторных и комбинированных режимах. При работе в автотрансформаторном режиме мощность передастся из сети ВН в сеть СН или наоборот. Третичная обмотка НН при этом не нагружена. При работе в комбинированном режиме к обмотке НН авто­трансформатора присоединяется нагрузка или компенсирующие устройства. При этом мощность в последовательной и общей обмотках состоит из мощности, пе­редаваемой в автотрансформаторном режиме, и мощности, передаваемой через обмотку НН.

В отличие от трансформатора, где вся мощность с первичной обмотки ВН передается на вторичную обмотку СН магнитным поем, в автотрансформаторе часть мощности передается непосредственно — без трансформации, через элек­трическую (контактную) связь между последовательной и общей обмотками (электрическая мощность):

(3,28)

Рис. 3.13. Принципиальные схемы трехобмоточных автотрансформаторов: а — однофазного; б — трехфазной группы автотрансформаторов

а также с помощью пронизывающего их магнитного потока, т. е. магнитным пу­тем (трансформаторная мощность)

(3.29)

Сумма трансформаторной и электрической мощностей равна проходной мощности автотрансформатора:

(3.30)

Под номинальной мощностью автотрансформатора понимается предельная мощность, которая может быть передана через автотрансформатор по обмоткам ВН и СН, имеющим между собой автотрансформаторную связь. Для отечествен­ных автотрансформаторов мощности обмоток ВН и СН одинаковы и равны номи­нальной или проходной. Следовательно,

(3.31)

В общей обмотке протекает разность токов сетей ВН и СН. Поэтому эту об­мотку рассчитывают на ток, меньший номинального тока автотрансформатора, определяемого на стороне ВН, и она может иметь меньшую площадь сечения, чем обмотка того же напряжения двухобмоточного трансформатора. Меньшую пло­щадь имеет и магнитопровод автотрансформатора. В результате, чем ближе к единице коэффициент трансформации

тем меньше расход активных материалов (меди обмоток, стали магнитопровода и изоляционных материалов) и приблизительно — стоимость автотрансформатора. Поэтому понижающие автотрансформаторы оказываются дешевле трансформато­ров равной номинальной мощности, а применение автотрансформаторов взамен трансформаторов становится тем выгоднее, чем ближе друг к другу напряжения UВН и UCH.

Мощность общей части обмоток 2 автотрансформатора (рис. 3.13)


 


 

Для характеристики автотрансформаторов введено также понятие типовой мощности, на которую рассчитывается последовательная обмотка:


Типовая мощность отображает экономическую сторону конструкции автотрансформа­торов, т. е. расход активных материалов. Различие технико-экономических показателей транс­форматоров и автотрансформаторов зависит от соотношения между номинальной и типовой (расчетной



Дата добавления: 2021-02-19; просмотров: 843;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.079 сек.