Двухобмоточный трансформатор

Лекция № 5

 

Параметры схемы замещения трансформаторов

 

План.

 

1. Общие сведения.

2. Двухобмоточный трансформатор.

3. Трехобмоточный трансформатор.

4. Двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой низкого напряжения.

5. Автотрансформатор.

 

Общие сведения

 

На электростанциях и подстанциях устанавливаются трехфазные и однофаз-ные, двухобмоточные и трехобмоточные силовые трансформаторы и автотранс-форматоры, и силовые однофазные и трехфазные трансформаторы с расщеп-ленной обмоткой низшего напряжения.

В аббревиатуре трансформатора последовательно (слева направо) приво-дится следующая информация:

· вид устройства (А – автотрансформатор, без обозначения – трансфор-матор);

· количество фаз (О – однофазный, Т –трехфазный);

· наличие расщепленной обмотки низшего напряжения – Р;

· система охлаждения (М – естественная циркуляция масла и воздуха, Д – принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла, МЦ – естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла, ДЦ – принудительная циркуляция воздуха и масла и др);

· количество обмоток (без обозначения – двухобмоточный, Т – трехобмо-точный);

· наличие устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН);

· исполнение (З – защитное, Г – грозоупорное, У – усовершенствованное, Л – с литой изоляцией);

· специфическая область применения (С – для систем собственных нужд электростанций, Ж – для электрификации железных дорог);

· номинальная мощность в кВ∙А,

· класс напряжения обмоток (напряжения сети, к которой подключается трансформатор) в кВ.

 

Двухобмоточный трансформатор

 

На электрических схемах двухобмоточный трансформатор представляется следующим образом (рис. 5.1):

В обмотках указывается схемы соединения обмоток (звезда, звезда с нулем, треугольник) и режим работы нейтрали:

· звезда – с изолированной нейт- ралью;

· звезда с нулем – имеется соеди-нение нейтрали с землей.

В соответствии с принятой систе-мой обозначений аббревиатура транс-форматора ТДН-10000/110/10 расшиф-ровывается: трансформатор трехфазный, двухобмоточный с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла и системой регулирования напряжения под нагрузкой. Номинальная мощность – 10000 кВ∙А, класс напряжения обмотки высшего напряжения – 110 кВ, низшего напряжения – 10 кВ.

В практических расчетах двухобмоточный трансформатор чаще всего представляется Г-образной схемой замещения (рис. 5.2).

 

Активное и реактив-ное сопротивления трас-форматора (продольная ветвь) представляют собой сумму активных и реак-тивных сопротивлений об-мотки высшего напряже-ния и приведенной к ней обмотки низшего напря-жения:

 

 

 

Поперечная ветвь схемы замещения представлена активной G _т и реактивной В _т проводимостями. Проводимости обычно подключают со стороны первичной обмотки: для повышающих трансформаторов – со стороны обмотки низшего напряжения, для понижающих – со стороны обмотки высшего напряжения.

В такой схеме замещения отсутствует трансформация, то есть отсутствует идеальный трансформатор. Поэтому в расчетах вторичное напряжение оказывается приведенным к напряжению первичной обмотки.

Активная проводимость обусловлена потерями активной мощности в стали трансформатора на перемагничивание и вихревые токи, реактивная проводимость – намагничивающей мощностью. В расчетах режимов электрической сети проводимости заменяются нагрузкой, равной потерям холостого хода.

Параметры схемы замещения трансформатора определяются из двух опытов – холостого хода и короткого замыкания. В опытах определяют следующие величины, которые указывают в паспортных данных трансформатора:

· потери активной мощности в режиме холостого хода в кВт;

· потери активной мощности в режиме короткого замыкания в кВт;

· напряжение короткого замыкания U _к, в %;

· ток холостого хода I _х, в %.

Величины активного и реактивного сопротивлений находят из опыта короткого замыкания (рис. 5.3). Опыт выполняют следующим образом: обмотку низшего напряжения закорачивают, а на обмотку высшего напряжения подают такое напряжение (U _к), чтобы в обеих протекал номинальный ток.

Так как напряжение короткого замыкания намного меньше номинального напряжения трансформатора, то потери активной мощности в проводимости практически равны нулю. Таким образом, все потери активной мощности в режиме короткого замыкания идут на нагрев обмоток. Математически это можно записать:

 

(5.1)

 

Если в формуле (5.1) значение тока записать через мощность и номинальное напряжение обмотки высшего напряжения

 

,

 

то получим выражение для расчета активного сопротивления двухобмоточного трансформатора:

 

Напряжение короткого замыкания U _к складывается из падения напряжения на активном U _{к а} и реактивном U _{к р} сопротивлениях. Выразим их в процентах от номинального напряжения.

Падение напряжения в активном сопротивлении трансформатора:

 

Подставим в выражение значение R _т. Получим:

 

 

Таким образом, величина падения напряжения в активном сопротивлении, выраженная в процентах, пропорциональна потерям активной мощности в режиме короткого замыкания.

Выражение для падения напряжения в реактивном сопротивлении в процентах выглядит следующим образом

 

(5.2)

 

Из него можем найти величину реактивного сопротивления трансформатора:

 

 

Умножим и разделим полученное выражение на U _{в ном}:

 

 

В современных трансформаторах активное сопротивление гораздо больше реактивного. Поэтому в практических расчетах можно принять, что U _{к р} ≈ U _к. Тогда, формула для расчета индуктивного сопротивления трансформатора имеет вид:

 

 

Трансформаторы имеют устройства регулирования напряжения (РПН или ПБВ), которые позволяют менять коэффициенты трансформации. Поэтому величина U _к (следовательно, и величина индуктивного сопротивления) зависит от ответвления устройств РПН или ПБВ. В расчетах установившихся режимов этой зависимостью пренебрегают. Ее учитывают при расчете токов короткого замыкания при выборе устройств автоматики и релейной защиты.

Проводимости ветви намагничивания определяются из опыта холостого хода (рис. 5.4), который выполняется при номинальном напряжении. В этом режиме трансформатор потребляет мощность, равную потерям холостого хода:

 

.

 

Потери активной мощности пропорциональны активной проводимости трансфор

 

Отсюда может быть определена величина активной проводимости:

 

 

Потери реактивной мощности пропорциональны реактивной проводимости трансформатора:

 

 

Следовательно, величина реактивной проводимости трансформатора равна:

 

 

Величина потерь реактивной мощности пропорциональна току намагничивания

 

(5.3)

 

где U _{ном ф} – фазное номинальное напряжение трансформатора.

Величина тока холостого хода складывается из тока намагничивания I _μ и тока в стали I _стали:

 

I _х = I _μ + I _стали.

 

Так как величина тока в стали составляет около 10 % от тока намагничивания, то выражение (5.3) можно записать:

 

 

В паспортных данных величина тока холостого хода приводится в процентах от номинального тока. Поэтому мы можем записать:

 

 

С учетом полученного выражения, формула для расчета реактивной проводимости имеет вид: