Параметры и режимы работы трансформаторов и автотрансформаторов

 

Наиболее широкое распространение получили масляные трансформаторы. Основным преимуществом масляных трансформаторов по сравнению с сухими является защищенность их обмоток от внешних воздействий, что повышает надежность работы трансформаторов и упрощает эксплуатационный надзор за ними. Кроме того, по сравнению с сухими масляные трансформаторы имеют сравнительно малое реактивное сопротивление.

Основными параметрами номинального режима работы трансформаторов являются напряжения, токи, частота, которые указываются на заводском щитке, а также номинальная мощность трансформатора (в кВА или МВА).

Трансформаторы рассчитаны на работу при следующих номинальных условиях окружающей среды:

естественно изменяющаяся температура охлаждающего воздуха не более +40 °C и не менее −45 °C при масляно-воздушном охлаждении;

температура охлаждающей воды у входа в охладитель не более +25 °C при масляно-водяном охлаждении;

среднесуточная температура воздуха не более +30 °C.

Таблица 2.1

 

 

Окончание табл. 2.1

 

 

Номинальный ток трансформатора (линейный ток) каждой обмотки 1 _л определяется по ее номинальной мощности S _ном (кВА) и номинальному напряжению U _ном (кВ):

 

Обмотки трансформатора могут быть соединены в звезду, при котором фазный ток равен линейному (I _ф = I _л), или в треугольник, при котором фазный ток в √3 раз меньше линейного (I _ф = I _л / √3).

Для трансформаторов, имеющих обмотки с ответвлениями, номинальным током и напряжением являются соответствующие значения для ответвления, включенного в сеть.

Трехобмоточные трансформаторы допускают в номинальном режиме любое сочетание нагрузок по обмоткам, если токи в них не превышают номинальных фазных токов.

Конструктивно автотрансформатор отличается от трансформатора тем, что две его обмотки электрически соединяются между собой, обеспечивая тем самым передачу мощности от одной обмотки к другой не только электромагнитным, но и электрическим путем. Из-за наличия электрической связи между обмотками токораспределение в автотрансформаторе отличается от токораспределения в трансформаторе. Во вторичной цепи ток нагрузки складывается из тока, обусловленного электрической связью обмоток высшего и среднего напряжений и тока I _o, обусловленного магнитной связью этих же обмоток.

Номинальная мощность автотрансформатора (S _ном) представляет собой мощность на выводах его обмоток высшего (ВН) или среднего (СН) напряжения, имеющих между собой автотрансформаторную связь, и равна:

 

Типовая мощность автотрансформатора (S _тип) представляет собой ту часть номинальной мощности, которая передается электромагнитным путем, и она в α раз меньше номинальной мощности, то есть

 

где α — коэффициент выгодности автотрансформатора, равный

 

где К _ВН-СН — коэффициент трансформации.

Из приведенных формул (2.3 и 2.4) видно, что с увеличением коэффициента а, то есть сближением друг к другу значений U _CН и U _ВН, типовая мощность становится ближе к номинальной, и наоборот, а именно: чем меньше коэффициент а, тем меньшую долю номинальной составляет типовая мощность. Поэтому нельзя (экономически нецелесообразно) загружать последовательную и общую обмотки автотрансформатора в номинальном режиме работы более чем на типовую мощность S _тип.

Основным назначением обмотки низшего напряжения (НН) является создание цепи с малым сопротивлением для прохождения токов третьих гармоник с целью избежания искажения синусоидального напряжения. Помимо этого обмотка НН используется для питания нагрузки, а также для подключения компенсирующих устройств и последовательно-регулировочных трансформаторов. Ее мощность выбирается из расчета не более типовой мощности (S _НН ≤ S _тип). В противном случае размеры автотрансформатора определялись бы мощностью этой обмотки.

Обязательное заземление нейтралей автотрансформаторов вызывает чрезмерное увеличение токов КЗ в сетях, что приводит к необходимости принятия мер по их ограничению.

Кроме того, наличие электрической связи между обмотками и сетями СН и ВН может привести к переходу перенапряжений, возникающих в сетях одного напряжения, на выводы обмоток другого напряжения. Возникновение перенапряжений усугубляется при отключении автотрансформатора с одной стороны. Для устранения воздействия перенапряжений на изоляцию автотрансформатора со стороны СН и ВН применяются разрядники, которые напрямую (без разъединителей) присоединяют к шинам, отходящим от вводов.

Автотрансформаторы могут работать в одном из следующих режимов: автотрансформаторный, трансформаторный и комбинированный (трансформаторно-автотрансформаторный).

Перераспределение нагрузок между обмотками СН и НН производится оперативным персоналом согласно местным инструкциям с использованием соответствующих таблиц и графиков.

Соотношение мощностей зависит от нагрузки и определяется из следующей формулы:

 

где S ₂ и S ₃ — относительные мощности по обмоткам СН и НН, выраженные в долях номинальной мощности автотрансформатора, то есть S ₂ = S _СН / S _ном и S ₃ = S _НН / S _ном;

φ₂ и φ₃ — углы сдвига фаз токов обмоток СН и НН от напряжения обмотки ВН.

На ПС 220 кВ и выше, на которых не предусматривается нагрузка на напряжение 6—10 кВ, рекомендуется применение автотрансформаторов 220 кВ мощностью 63 или 125 МВА с третичным напряжением 0,4 кВ для питания собственных нужд ПС.