Условия включения трансформаторов на параллельную работу. Условия включения трансформаторов на параллельную работу

1.4. Включение трансформаторов на параллельную работу

Параллельная работа трансформаторов, т.е. включение их на одни сборные шины ВН и НН, а также СН, возможна:

а) при равенстве их первичных и их вторичных напряжений;

б) при равенстве напряжений короткого замыкания;

в) тождественности групп соединения обмоток.

На этих же условиях возможна параллельная работа и автотрансформаторов, а также трансформаторов с автотрансформаторами.

У трансформаторов, имеющих разные номинальные напряжения или разные коэффициенты трансформации, напряжения на зажимах вторичных обмоток неодинаковы. При включении таких трансформаторов на параллельную работу в замкнутых контурах первичных и вторичных обмоток возникнут уравнительные токи, обусловленные разностью вторичных напряжений.

Уравнительный ток равен:

Iу1 = ΔU  Zк1 + Zк2 ,

где ΔU = U1 – U2 – разность вторичных напряжений трансформаторов; Zк1 и Zк2 –сопротивления первого и второго трансформаторов, определяемые по формуле

Zk = uк% Uном  100 Iном ,

где uк%- напряжение КЗ трансформатора.

Пример. Два трансформатора с разными значениями вторичных напряжений включаются на параллельную работу. Трансформаторы имеют следующие параметры: S1 = S2 = 10 000 кВА; U1 = 6600 В; U2 = 6300 В; uк1 = uк2 = 8%; группы соединения обмоток У/Д-11. Определить уравнительный ток после включения на параллельную работу.

Решение. Номинальные токи трансформаторов

I1 = 10  106   3  6600 = 875,8 А;

I2 = 10  106   3  6300 = 917,5 А.

Сопротивления трансформаторов

Zк1 = 8  6600  100 875,8 = 0,603 Ом;

Zк2 = 8  6300  100 917,5 = 0,55 Ом;

Разность вторичных напряжений

ΔU = 6600 – 6300 = 300 В.

Уравнительный ток

Iу1 = 300  0,603 + 0,55 = 260 А.

Напряжения короткого замыкания uкявляется постоянной для каждого трансформаторавеличиной, зависящей исключительно от его конструкции. При работе трансформатора под нагрузкой необходимо равенство их uк.Это объясняется тем, что нагрузка между трансформаторами распределяется прямо пропорционально напряжениям короткого замыкания. В общем случае неравенство uк приводит к недогрузке одного трансформатора и перегрузке другого. Если два трансформатора номинальной мощности S1 и S2 имеют различные напряжения короткого замыкания uк1 и uк2 соответственно, то распределение общей нагрузки S между ними определяется по формуле

гдеS’ и S” – реальные нагрузки первого и второго трансформаторов; u’к - некоторое эквивалентное напряжение короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов.

Пример. На параллельную работу включаются два трансформатора мощностью S1 = S2 = 10 000 кВА, имеющих напряжения короткого замыкания uк1 = 8%, uк2 = 6,5%. Суммарная мощность нагрузки потребителей S = 20 000 кВА. Определить, как распределится нагрузка между трансформаторами.

Решение. Эквивалентное напряжение короткого замыкания

Нагрузки трансформаторов

Таким образом, при включении в параллельную работу трансформаторов с различными напряжениями короткого замыканиятрансформатор с меньшим uк примет на себя большую нагрузку. Некоторое перераспределение (выравнивание) нагрузки в данном случае можно получить путем изменения коэффициента трансформации, т.е. повышением вторичного напряжения недогруженного трансформатора. Но пользоваться этим способом в эксплуатации не следует, так как при этом возрастают потери от уравнительного тока.

Наилучшее использование установленной мощности трансформаторов возможно только при равенстве напряжений короткого замыкания. Однако в эксплуатации допускается включение на параллельную работу трансформаторов с отклонениями uк на основном ответвлении не более чем на 10%. Такое допущение связано с технологией изготовления трансформаторов, т.е. с отступлениями в размерах обмоток, влияющих на uк.

Не рекомендуется включение на параллельную работу трансформаторов с отношением номинальных мощностей более 1:3. Это вызвано тем, что даже при небольших перегрузах трансформаторы меньшей мощности будут больше загружаться в процентном соотношении и особенно в том случае, если они имеют меньшие uк. Поэтому при отношении мощностей трансформаторов более 1: 3 целесообразно при возрастании нагрузок совсем отключить трансформатор меньшей мощности, чтобы не подвергать его недопустимой перегрузке.

Параллельная работа трансформаторов, принадлежащих к разным группам соединений обмоток, невозможна по той причине, что между вторичными обмотками одноименных фаз соединяемых трансформаторов появляется разность напряжений, обусловленная углом сдвига между векторами вторичных напряжений (рис. 1.8). Уравнительный ток при сдвиге векторов на угол  определяется по формуле

где uк1 и uк2 – напряжения короткого замыкания первого и второго трансформаторов; I1 и I2 – номинальные токи первого и второго трансформаторов соответственно.

Пример. Подсчитаем значение уравнительного тока, предположив, что на параллельную работу оказались включенными два трансформатора с одинаковыми номинальными токами (I1 = I2 = I) и одинаковыми напряжениями короткого замыкания (uк1 = uк2 = uк), но при наличии сдвига векторов линейных напряжений вторичных обмоток на угол 60 (например, группы соединений У/Д-11 и У/Д-1). В этом случае уравнительный ток равен:

Например, приuк = 6,5% уравнительный ток достигает почти восьмикратного значения номинального, что равносильно короткому замыканию.

Группы соединения обмоток в ряде случаев могут быть изменены путем перемаркировки выводов и соответствующего присоединения к ним шин. В других случаях необходимо вскрытие трансформатора для изменения группы соединения его обмоток.

studfiles.net

4.7. Включение трансформаторов на параллельную работу

Условия параллельной работы трансформаторов:

а. группы соединений обмоток трансформаторов должны быть одинаковы;

б. равенство коэффициентов трансформации и одинаковые положения переключа

телей отпаек;

в. равенство напряжений короткого замыкания;

г. должна быть выполнена фазировка трансформаторов, то есть проверка совпадения фаз вторичных напряжений у двух трансформаторов, включаемых на параллельную работу.

Рассмотрим параллельную работу двух трансформаторов в случае невыполнения одного из условий.

а. Разные группы соединения означают сдвиг фаз векторов вторичных напряжений и возникновение результирующего напряжения ΔU, под действием которого по трансформаторам потечет ток (в отсутствие нагрузки), значительно превышающий номинальный. Максимального значения, равного току КЗ, он достигнет при сдвиге фаз 180 градусов, например для трансформаторов с группами 6 и 12.

б. Неравенство коэффициентов трансформации или разные положения переключателей отпаек означают разность модулей двух векторов вторичных напряжений, совпадающих по фазе. Это приведет также к появлению результирующего напряжения ΔU в контуре вторичных обмоток и к протеканию тока по трансформаторам на холостом ходу.

в. Неравенство напряжений короткого замыкания Uк означает неравенство внутренних сопротивлений трансформаторов. На холостом ходу ток будет отсутствовать, но нагрузка будет распределяться между трансформаторами обратно пропорционально их сопротивлениям. В результате трансформатор с меньшим Uк будет перегружен.

г. Выполнение фазировки трансформаторов.

Как правило фазировка выполняется на низшем напряжении трансформаторов. На обмотках напряжением до 1000 В фазировка проводится вольтметром на соответствующее напряжение. Для получения замкнутого электрического контура фазируемые обмотки следует предварительно соединить между собой. У обмоток с заземленной нейтралью такое соединение осуществляется через землю. У обмоток с изолированной нейтралью перед фазировкой соединяют любые два вывода фазируемых обмоток. При фазировке трансформаторов с заземленными нейтралями (рис.4.8. а) измеряют напряжение между выводом а2 и тремя выводами а, в, с, затем между выводом в2 и этими же тремя выводами, и наконец между с2 и всё теми же тремя выводами.

Рис.4.7. Схемы фазировки трансформаторов для включения их на параллельную работу

При фазировке трансформаторов без нейтралей (рис.4.8. б) последовательно ставят перемычку сначала между выводами а2 – а и измеряют напряжение между выводами b2 – b и c2 – c, затем ставят перемычку между выводами b2 – b и замеряют напряжение между выводами а2 – а и с2 – с, и наконец ставят перемычку между выводами с2 – с и замеряют напряжение между выводами а2 – а и b2 – b.

Для параллельной работы трансформаторов соединяются те выводы между которыми нет напряжения.

4.8. Виды повреждений трансформаторов

Причины повреждений заключаются в неудовлетворительных условиях эксплуатации, некачественном ремонте или монтаже трансформаторов. Немалую роль играют дефекты отдельных элементов конструкции трансформаторов, применение изоляционных материалов недостаточно высокого качества. Типичными являются повреждения изоляции и магнитопроводов (около 53%), переключающих устройств (около 12%), и вводов (примерно 18%).

Повреждение изоляции трансформаторов

Главная изоляция часто повреждается из-за нарушения ее электрической прочности при увлажнении, а также при наличии мелких изъянов. К интенсивному тепловому износу витковой изоляции приводит набухание дополнительной изоляции катушек и связанное с этим прекращение циркуляции масла из-за частичного или полного перекрытия масляных каналов. Механические повреждения витковой изоляции нередко происходят при коротких замыканиях во внешней электрической сети, когда из-за недостаточной электродинамической стойкости обмоток трансформатора происходит их смещение.

Повреждения магнитопроводов трансформаторов

Магнитопроводы повреждаются из-за перегрева вследствие разрушения лаковой пленки между листами и спекания листов стали, при нарушении изоляции стягивающих шпилек, при возникновении короткозамкнутых контуров, когда отдельные элементы магнитопровода оказываются замкнутыми между собой и на бак.

Повреждения переключающих устройств трансформаторов

Повреждение переключающих устройств ПБВ происходит при нарушении контакта между подвижными контактными кольцами и неподвижными токоведущими стержнями. Ухудшение контакта происходит при снижении контактного давления и образовании оксидной пленки на контактных поверхностях.

Переключающие устройства РПН являются достаточно сложными устройствами, требующими тщательной наладки, проверки и проведения специальных испытаний. Причинами повреждения РПН являются нарушения в работе контакторов и переключателей, подгары контактов контакторных устройств, заклинивания механизмов контакторов, снижение механической прочности деталей.

studfiles.net

Включение трансформаторов на параллельную работу

Параллельная работа трансформаторов, т. е. включение их на одни сборные шины ВН и НН, а также СН, возможна: а) при равенстве их первичных и их вторичных напряжений; б) при равенстве напряжений короткого замыкания; в) тождественности групп соединения обмоток. На этих же условиях возможна параллельная работа и автотрансформаторов, а также трансформаторов с автотрансформаторами.

Уравнительный ток равен:

где U=U1-U2 - разность вторичных напряжений трансформаторов; ZK1 и ZK2 - сопротивления первого и второго трансформаторов, определяемые по формуле

где uк% - напряжение КЗ трансформатора.

Пример. Два трансформатора с разными значениями вторичных напряжений включаются на параллельную работу. Трансформаторы имеют следующие параметры: S1=S2=10000 кВ·А; U1=6600 В; U2=6300 В; uk1=uк2=8%; группы соединения обмоток /-11. Определить уравнительный ток после включения на параллельную работу.

Решение. Номинальные токи трансформаторов

Сопротивления трансформаторов

Разность вторичных напряжений

Уравнительный ток

Из примера видно, что при неравенстве вторичных напряжений трансформаторы будут загружаться уравнительным током даже в режиме холостого хода. При работе под нагрузкой уравнительный ток налoжится на ток нагрузки. Уравнительный ток, загружая обмотки трансформаторов, увеличивает потери энергии в них и снижает суммарную мощность подстанции. Поэтому разность вторичных напряжений при включении трансформаторов на параллельную работу должна быть минимальной. Отклонения по коэффициенту трансформации допускаются в пределах ±0,5% номинального значения. Напряжение короткого замыкания ик является постоянной для каждого трансформатора величиной, зависящей исключительно от его конструкции. При работе трансформатора под нагрузкой необходимо равенство их ик. Это объясняется тем, что нагрузка между трансформаторами распределяется прямо пропорционально их мощностям и обратно пропорционально напряжениям короткого замыкания. В общем случае неравенство ик приводит к недогрузке одного трансформатора и перегрузке другого. Если два трансформатора номинальной мощности S1 и S2имеют различные напряжения короткого замыкания uк1 и uк2 соответственно, то распределение общей нагрузки S между ними определяется по формуле

где S' и S" - реальные нагрузки первого и второго трансформаторов; u'к - некоторое эквивалентное напряжение короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов.

Пример. На параллельную работу включаются два трансформатора мощностью S1=S2=10000 кВ·А, имеющих напряжения короткого замыкания uк1=8%, uк2=6,5%. Суммарная мощность нагрузки потребителей S=20000 кВ·А. Определить, как распределится нагрузка между трансформаторами.

Решение. Эквивалентное напряжение короткого замыкания

Нагрузки трансформаторов

Таким образом, при включении на параллельную работу трансформаторов с различными напряжениями короткого замыкания трансформатор с меньшим ukпримет на себя бόльшую нагрузку. Некоторое перераспределение (выравнивание) нагрузки в данном случае можно получить путем изменения коэффициента трансформации, т. е. повышением вторичного напряжения недогруженного трансформатора. Но пользоваться этим способом в эксплуатации не следует, так как при этом возрастают потери от уравнительного тока.

Наилучшее использование установленной мощности трансформаторов возможно только при равенстве напряжений короткого замыкания. Однако в эксплуатации допускается включение на параллельную работу трансформаторов с отклонениями ик на основном ответвлении не более чем на ± 10%. Такое допущение связано с технологией изготовления трансформаторов, т. е. с отступлениями в размерах обмоток, влияющих на ик.

Рис. 1. 8. Разность напряжений ДU при сдвиге векторов вторичных напряжений U1 и U2 по фазе на угол 

Не рекомендуется включение на параллельную работу трансформаторов с отношением номинальных мощностей более 1:3. Это вызвано тем, что даже при небольших перегрузках трансформаторы меньшей мощности будут больше загружаться в процентном отношении и, особенно в том случае, если они имеют меньшие ик. Поэтому при отношении мощностей трансформаторов более 1: 3 целесообразно при возрастании нагрузок совсем отключить трансформатор меньшей мощности, чтобы не подвергать его недопустимой перегрузке.

Параллельная работа трансформаторов, принадлежащих к разным группам соединений обмоток, невозможна по той причине, что между вторичными обмотками одноименных фаз соединяемых трансформаторов появляется разность напряжений, обусловленная углом сдвига 5 между векторами вторичных напряжений (рис. 1.8). Уравнительный ток при сдвиге векторов на угол 5 определяется по формуле

где uк1 и uК2 - напряжения короткого замыкания первого и второго трансформаторов; I1 и I2 - номинальные токи первого и второго трансформаторов соответственно.

Пример. Подсчитаем значение уравнительного тока, предположив, что на параллельную работу оказались включенными два трансформатора с одинаковыми номинальными токами (I1=I2=I) и одинаковыми напряжениями короткого замыкания (uk1=ик2=ик), но при наличии сдвига векторов линейных напряжений вторичных обмоток на угол 60° (например, группы соединений Y/-11 и Y/-1). В этом случае уравнительный ток равен:

Например, при ик=6,5% уравнительный ток достигает почти восьмикратного значения номинального, что равносильно короткому замыканию.

1.5

studfiles.net

23. Параллельная работа однофазных трансформаторов. Условия включения на параллельную работу. Укажите допустимые отклонения коэффициентов трансформации.

Параллельной работой двух или нескольких трансформаторов называется работа при параллельном соединении их обмоток как на первичной, так и на вторичной сторонах. При параллельном соединении одноименные клеммы обмоток трансформаторов присоединяют к одному и тому же проводу сети. Параллельная работа трансформаторов вместо одного трансформатора суммарной мощности нужна по следующим соображениям 1. Для обеспечения бесперебойного энергоснабжения потребителей в случае аварии в каком-либо трансформаторе или отключения его для ремонта;

2. Обеспечение работы трансформаторов с высокими эксплутационными показателями (КПД и cosφ2) варьируя количество работающих трансформаторов, чтобы каждый из них был нагружен оптимально. Для того, чтобы нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределялась пропорционально их номинальным мощностям, нужно выполнить следующих три условия:

1. Первичные и вторичные напряжения трансформаторов должны быть соответственно равны, т.е. трансформаторы должны иметь равные коэффициенты трансформации (k1= k2= k3=… ). 2. Трансформаторы должны иметь одну и ту же группу соединения обмоток.

3. Номинальные напряжения короткого замыкания трансформаторов должны быть равными (Uk1= Uk2= Uk3=…)

При несоблюдении первого условия, даже в режиме холостого хода, между параллельно включенными

трансформаторами возникает уравнительный ток Iур обусловленный разностью вторичных ЭДС трансформаторов ΔU (рис. 1.22)

где - сопротивления короткого замыкания

трансформаторов.

При подключении нагрузки уравнительный ток накладывается на нагрузочный. У трансформатора с более высокой вторичной ЭДС (у понижающих трансформаторов - трансформатор с меньшим коэффициентом трансформации) уравнительный ток суммируется с током нагрузки. Трансформатор равной мощности, но с большим коэффициентом 1 трансформации, окажется недогруженным, так как уравнительный ток направлен встречно нагрузочному.

Длительная перегрузка трансформаторов недопустима, поэтому приходится при разных коэффициентах трансформации снижать общую нагрузку. При значительной разнице коэффициентов трансформации нормальная работа трансформаторов будет практически невозможной. Поэтому ГОСТ допускает включение на параллельную работу трансформаторов с различными коэффициентами трансформации, если их разница не превышает ± 0,5% среднего геометрического значения

24. Почему не допускается параллельная работа трансформаторов с разными группами соединений обмоток?

При несоблюдении этого условия вторичные линейные напряжения трансформаторов окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга. В цепи трансформаторов появится разностное напряжение ΔU, под действием которого возникнет значительный уравнительный ток. Например, рассмотрим включение на параллельную работу двух трансформаторов с равными коэффициентами трансформации, один из которых имеет нулевую (У/У-0),а другой - одиннадцатую (Y 1 Д - 11) группы соединения обмоток. Во-первых, линейное напряжение U21 первого трансформатора будет больше линейного напряжения U22 второго трансформатора в раз. Во-вторых, векторы этих напряжений окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга на угол 30°

так как тоПоявление такого разностного напряжения ΔU приведет к возникновению во вторичной цепи трансформаторов уравнительного тока, в 15-20 раз превышающего номинальный ток нагрузки, т.е. возникает

аварийная ситуация. Наибольшее значение ΔU появится при включении

studfiles.net

1.4. Включение трансформаторов на параллельную работу

Параллельная работа трансформаторов, т.е. включение их на одни сборные шины ВН и НН, а также СН, возможна:

а) при равенстве их первичных и их вторичных напряжений;

б) при равенстве напряжений короткого замыкания;

в) тождественности групп соединения обмоток.

Уравнительный ток равен:

Iу1 = ΔU  Zк1 + Zк2 ,

Zk = uк% Uном  100 Iном ,

где uк%- напряжение КЗ трансформатора.

Решение. Номинальные токи трансформаторов

I1 = 10  106   3  6600 = 875,8 А;

I2 = 10  106   3  6300 = 917,5 А.

Сопротивления трансформаторов

Zк1 = 8  6600  100 875,8 = 0,603 Ом;

Zк2 = 8  6300  100 917,5 = 0,55 Ом;

Разность вторичных напряжений

ΔU = 6600 – 6300 = 300 В.

Уравнительный ток

Iу1 = 300  0,603 + 0,55 = 260 А.

Решение. Эквивалентное напряжение короткого замыкания

Нагрузки трансформаторов

studfiles.net

Условия включения трансформаторов на параллельную работу

Под параллельной работой нескольких трансформаторов понимается такая работа, когда их вторичные обмотки подключены к общей нагрузке, а первичные обмотки получают питание от одной сети (рис. 6.1). Параллельная работа находит широкое применение в электрических системах.

Рис. 6.1. Схемы параллельной работы однофазных (а) и трёхфазных (б) трансформаторов.

Параллельное включение трансформаторов используется:

1) при сильных сезонных и суточных колебаниях нагрузки. В этом случае в зависимости от общей нагрузки можно оставлять в работе столько трансформаторов, чтобы каждый из них имел нагрузку, близкую к номинальной, а суммарные потери в них были бы минимальными;

2) для обеспечения резервирования в электроснабжении при аварии или ремонте трансформатора;

3) если передаваемая мощность превышает мощностьна которую можно выполнить трансформатор.

При параллельной работе трансформатора следует стремиться к тому, чтобы каждый из них был нагружентоками, пропорциональными их номинальным мощности. В этом случае максимальная мощность, забираемая от всех включенных трансформаторов, может быть получена равной сумме их номинальных мощностей.

Для выполнения этого условия необходимо, чтобы трансформаторы, включаемые на параллельную работу:

– имели равные первичные и равные вторичные номинальные напряжения, а следовательно, и одинаковые коэффициенты трансформации;

– одинаковые группы соединений обмоток;

– одинаковые напряжения короткого замыкания.

Первые два условия необходимо соблюдать, чтобы избежать уравнительных токов в контуре из обмоток параллельно работающих трансформаторов, так как эти токи могут иметь опасное значение.

Нарушение третьего условия приведёт к непропорциональному распределению общей мощности нагрузки, подключённой к их вторичной обмотке. При увеличении общей нагрузки первым достигнет номинальной мощности тот трансформатор, у которого uк минимальное. Дальнейшее увеличение общей нагрузки приведёт к перегрузке данного трансформатора. При этом остальные параллельно включённые трансформаторы останутся недогруженными. При равных uк все параллельно включённые трансформаторы достигают номинальной мощности одновременно.

При отличии напряжений короткого замыкания распределение мощностей при параллельной работе двух трансформаторов определяется формулой

где uк1, uк2 напряжения короткого замыкания трансформаторов; S1*= S1/Sном1, S2*= S2/Sном2– мощности нагрузки трансформаторов в относительных единицах; S1, S2– мощности трансформаторов при нагрузке; Sном1= mU1номI1ном, Sном2= mU1номI2ном– номинальные мощности трансформаторов; I1номI2ном– номинальные токи трансформаторов; U1ном– номинальное напряжение.

Отсюда следует что относительная нагрузка трансформаторов обратно пропорциональна их напряжениям короткого замыкания. Тот трансформатор, который имеет меньшее напряжение короткого замыкания будет иметь большую относительную нагрузку, чем трансформатор с большим значением uк. При равенстве uк1= uк2трансформаторы будут нагружаться равномерно, пропорционально их номинальным мощностям.

Мощность, которой будет нагружен каждый из трансформаторов, можно выразить через общую мощность нагрузки S = S1+ S2:

При параллельной работе трансформаторов с разными значениями uк установленная мощность полностью не используется. При загрузке трансформатора с меньшим значением ик номинальной мощностью остальные работают с недогрузкой и поэтому общая забираемая мощность будет меньше суммы их номинальных мощностей.

Согласно ГОСТ при включении трансформаторов на параллельную работу допускается различие в напряжениях короткого замыкания не более чем на ±10% среднего значения.

АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

Автотрансформатором называется трансформатор, у которого имеется электрическая связь между обмотками(рис. 8.1), вследствие этого мощность из первичной сети во вторичную передается не только электромагнитным, но и электрическим путем. Обмотка НН в автотрансформаторе является частью обмотки ВН.

Рис. 8.1. Схема однофазного понижающего автотрансформатора

Рис. 8.2. Видоизменённая схема автотрансформатора

Основные соотношения для трансформатора сохраняются и для трансформатора. Так, отношение напряжений

U1/ U2= UВН/ UНН= w1/w2 = nт,

отношение токов

I1/ I2= IВН/ IНН= w2/w1 = 1/nт,

где w1 – полное число витков обмотки (между точками А и Х), w2 — витки участка обмотки между точками а и х.

Рабочий магнитный поток в автотрансформаторе создаётся совместным действием первичного и вторичного тока:

(8.1)

Если пренебречь вследствие малости током I12, то из (8.1) получим

, (8.2)

откуда следует, что токи I1 и I2 имеют противоположные направления. Поэтому в общей части обмотки (участок аХ) будет протекать ток ΔÍ, равный арифметической разности этих токов. Так как для понижающего автотрансформатора I2> I1, то

ΔI= I2 - I1 = I1 (nт - 1) = I2 (1-1/ nт). (8.3)

При nт < 2 ток ΔI будет меньше тока I1, что позволяет общую часть обмотки (участок аХ) выполнять из более тонких проводников.

Участки обмотки Аа и аХ связаны между собой, и мощность от одной части обмотки в другую передается электромагнитным путем. Эта мощность является расчетной для обмоток автотрансформатора и согласно рис. 8.2 будет равна:

для участка Аа

Sр1= I1 (U1 – U2) = I1U1 (1-1/ nт). (8.4)

для участка аХ

Sр2= ΔI U2 = I2U2 (1-1/ nт). (8.5)

Полная (проходная) мощность, забираемая автотрансформатором из сети, равна Sпр1=I1U1, а отдаваемая нагрузке Sпр2=I2U2. Пренебрегая потерями, можно принять Sр1= Sр2= Sр и Sпр1= Sпр2= Sпр.

Таким образом, в автотрансформаторе различают две мощности: расчетную Sр и проходную Sпр. Габариты и масса автотрансформатора определяются исходя из расчётной мощности Sр. Мощность Sпр больше, чем мощность Sр. Разность этих мощностей (Sпр - Sр) передается из первичной цепи во вторичную электрическим путем, через электрический контакт между этими цепями. За номинальную мощность автотрансформатора принимают полную мощность.

По сравнению с двухобмоточным трансформатором автотрансформатор при одной и той же номинальной мощности будет иметь меньшие габариты и массу. Связано это с тем, что в трансформаторах габариты и масса определяются номинальной мощностью, в то время как габариты и масса автотрансформатора зависят от расчетной мощности, которая является только частью его номинальной мощности.

Если сопоставить расчетные мощности автотрансформатора и трансформатора, то получим

Sр/ Sном= IномUном (1-1/ nт)/IномUном=1-1/ nт. (8.6)

Согласно (8.6) различие в расчетных мощностях, а следовательно, и в габаритах автотрансформатора и трансформатора будет тем сильнее, чем ближе будет к единице коэффициент трансформации nт. Поэтому автотрансформаторы обычно строят с nт ≤2,5.

Снижение габаритов и массы автотрансформатора происходит как за счет обмоточного провода, так и за счёт стали. Расход обмоточного провода уменьшается вследствие объединения обмотки НН с обмоткой ВН, а также из-за уменьшения сечения проводников общей части обмотки (участок аХ). С уменьшением затрат провода уменьшается пространство, необходимое для размещения обмотки в окне магнитной системы, что позволяет уменьшить или высоту стержней, или длину ярм, а следовательно, сократить расход стали на изготовление автотрансформатора.

Снижение массы активных материалов приводит к уменьшению электрических и магнитных потерь. Поэтому при одинаковой номинальной мощности КПД автотрансформатора всегда выше, чем трансформатора.

Недостатком автотрансформатора является то, что у него вторичная цепь оказывается электрически соединенной с первичной цепью, поэтому изоляция обмоток автотрансформатора должна выбираться исходя из напряжения UВН. Другим недостатком автотрансформатора является то, что по сравнению с трансформатором имеет больший ток короткого замыкания. Происходит это потому, что ток короткого замыкания в автотрансформаторе ограничивается сопротивлением не всей обмотки, а только ее частью Аа.В трансформаторах ток короткого замыкания ограничивается сопротивлением Zк, равным сумме сопротивленийдвух обмоток. Кроме того, поскольку при коротком замыкании часть обмотки аХ оказывается замкнутой накоротко, то все первичное напряжение будет приложено к части Аа, вследствие чего резко увеличится поток и насыщение сердечника. При этом произойдет увеличение намагничивающего тока до значения, в несколько раз превышающего номинальное значение тока обмотки. Это еще больше увеличит ток при коротком замыкании.

Двухобмоточный трансформатор может иметь только группу соединения 0.

Автотрансформаторы применяются как для понижения, так и для повышения напряжения.

Схема включения трехфазного автотрансформатора дана на рис. 8.3. Обмотки трехфазного автотрансформатора соединяют чаще всего по схеме звезда—звезда с нулевым проводом.

Рис. 8.3. Схема трёхфазного понижающего автотрансформатора

Автотрансформаторы мощностью до 1 кВА широко используются в автоматике и бытовой технике. Более мощные автотрансформаторы используются для понижения напряжения при пуске мощных двигателей переменного тока. Силовые автотрансформаторы большой мощности находят применение для соединения высоковольтных сетей с близкими напряжениями. Мощность таких автотрансформаторов достигает нескольких сотен мегавольт-ампер.

§ 2.2. Параллельная работа трансформаторов

Рис. 2.7. Включение трансформаторов на параллельную работу

Применение нескольких параллельно включенных трансформаторов вместо одного трансформатора суммарной мощности необходимо для обеспечения бесперебойного энергоснабжения в случае аварии в каком-либо трансформаторе или отключения его для ремонта. Это также целесообразно при работе трансформаторной подстанции с переменным графиком нагрузки, например когда мощность нагрузки значительно меняется в различные часы суток. В этом случае при уменьшении мощности нагрузки можно отключить один или несколько трансформаторов для того, чтобы нагрузка трансформаторов, оставшихся включенными, была близка к номинальной. В итоге эксплуатационные показатели работы трансформаторов (КПД и сosφ2) будут достаточно высокими.

Для того чтобы нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределялась пропорционально их номинальным мощностям, допускается параллельная работа двухобмоточных трансформаторов при следующих условиях:

1. При одинаковом первичном напряжении вторичные напряжения должны быть равны. Другими словами, трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации: kI = kII= kIII=… При несоблюдении этого условия, даже в режиме х.х., между параллельно включенными трансформаторами возникает уравнительный ток, обусловленный разностью вторичных напряжений трансформаторов (рис. 2.8, а):

где ZkI и ZkII — внутренние сопротивления трансформаторов.

Рис. 2.8. Появление напряжения ∆U при несоблюдении условий включения трансформаторов на параллельную работу

При нагрузке трансформаторов уравнительный ток накладывается на нагрузочный. При этом трансформатор с более высоким вторичным напряжением х.х. (с меньшим коэффициентом трансформации) оказывается перегруженным, а трансформатор равной мощности, но с большим коэффициентом трансформации — недогруженным. Так как перегрузка трансформаторов недопустима, то приходится снижать общую нагрузку. При значительной разнице коэффициентов трансформации нормальная работа трансформаторов становится практически невозможной. Однако ГОСТ допускает включение на параллельную работу трансформаторов с различными коэффициентами трансформации, если разница коэффициентов трансформации не превышает ±0,5% их среднего значения:

где — среднее геометрическое значение коэффициентов трансформации.

2. Трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединения. При несоблюдении этого условия вторичные линейные напряжения трансформаторов окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга и в цепи трансформаторов появится разностное напряжение ∆U, под действием которого возникнет значительный уравнительный ток. Так, если включить на параллельную работу два трансформатора с одинаковыми коэффициентами трансформации, но один из них принадлежит к нулевой (Y/Y—0), а другой — к одиннадцатой (Y/A—11) группам соединения, то линейное напряжение U2I первого трансформатора, будет больше линейного напряжения U2II второго трансформатора в раз (U2I / U2II = ). Кроме того, векторы этих напряжений окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга на угол 30° (рис. 28, б). В этих условиях во вторичной цепи трансформаторов появится разностное напряжение ∆U. Для определения величины ∆U воспользуемся построениями рис. 28, б: отрезок ОА равен U2II/2 или, учитывая, что U2II = U2I /, получим ОА = 0,5U2I. Следовательно, треугольник, образованный векторами напряжений U2I, U2II и ∆U — равнобедренный, а поэтому разностное напряжение ∆U = U2II. Появление такого разностного напряжения привело бы к возникновению во вторичной цепи трансформаторов уравнительного тока, в 15—20 раз превышающего номинальный ток нагрузки, т. е, возникла бы аварийная ситуация. Величина ∆U становится еще большей, если трансформаторы принадлежат нулевой и шестой группам соединения (∆U = 2U2), так как в этом случае векторы линейных вторичных напряжений окажутся в противофазе (см. рис. 2.3, б).

3. Трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения к. з.: . Соблюдение этого условия необходимо для того, чтобы общая нагрузка распределялась между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям.

С некоторым приближением, пренебрегая токами х.х., можно параллельно включенные трансформаторы заменить их сопротивлениями к.з. zkI и zkII и тогда от схемы, показанной на рис. 2.9, а, можно перейти к эквивалентной схеме (рис. 2.9, б). Известно, что токи в параллельных ветвях распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям:

Умножим обе части равенства (2.7) на IIIномUном/(I1номUном), левую часть — на Uном/Uном, а правую часть — на 100/100, получим

Затем преобразуем полученное равенство, имея в виду следующее: I1UHOМ = S1, и I11 Uном = S11 — фактическая нагрузка первого и второго трансформаторов соответственно, В-А; I1HOМ UHOМ= S1HOМ и I11HOМ UHOМ =S11HOМноминальные мощности этих трансформаторов, В-A; (I1HOМZkl/UHOМ)100=u1k и (I11HOМZkl1/UHOМ)100=u11k — напряжения к.з. трансформаторов, %. В результате получим

(S1/S1HOМ)( S11/S11HOМ) (2.8)

или

S’1/ S’11=uk11/uk1 (2.9)

где S’1=S1/S1HOМ, S’11=S11/S11HOМ — соответственно относительные мощности (нагрузки) первого и второго трансформаторов.

рис. 2.9. К понятию о распределении нагрузки при параллельной работе трансформаторов.

Из соотношения (2.9) следует, что относительные мощности (нагрузки) параллельно работающих трансформаторов обратно пропорциональны их напряжениям к.з. Другими словами, при неравенстве напряжений к.з. параллельно работающих трансформаторов больше нагружается трансформатор с меньшим напряжением к.з. В итоге это ведет к перегрузке одного трансформатора (с меньшим uк) и недогрузке другого (с большим uк). Чтобы не допустить перегрузки трансформатора, необходимо снизить общую нагрузку. Таким образом, неравенство напряжений к.з. не допускает полного использования по мощности параллельно работающих трансформаторов.

Учитывая, что практически не всегда можно подобрать трансформаторы с одинаковыми напряжениями к.з., ГОСТ допускает включение трансформаторов на параллельную работу при разнице напряжений к.з. не более чем 10% от их среднего арифметического значения. Разница в напряжениях к.з. трансформаторов тем больше, чем больше эти трансформаторы отличаются друг от друга по мощности. Поэтому ГОСТ рекомендует, чтобы отношение номинальных мощностей трансформаторов, включенных параллельно, было не более чем 3:1.

Помимо соблюдения указанных трех условий необходимо перед включением трансформаторов на параллельную работу проверить порядок чередования фаз, который должен быть одинаковым у всех трансформаторов.

Соблюдение всех перечисленных условий проверяется фазировкой трансформаторов, сущность которой состоит в том, что одну пару, противоположно расположенных зажимов на рубильнике (см. рис. 2.7, б), соединяют проводом и вольтметром V0 (нулевой вольтметр) измеряют напряжение между оставшимися несоединенными парами зажимов рубильника. Если вторичные напряжения трансформаторов равны, их группы соединения одинаковы и порядок следования фаз у них один и тот же, то показания вольтметра V0 равны нулю. В этом случае трансформаторы можно подключать на параллельную работу. Если вольтметр VQ покажет некоторое напряжение, то необходимо выяснить, какое из условий параллельной работы нарушено. Необходимо устранить это нарушение и вновь провести фазировку трансформаторов. Следует отметить, что при нарушении порядка следования фаз вольтметр V0 покажет двойное линейное напряжение. Это необходимо учитывать при подборе вольтметра, предел измерения которого должен быть не менее двойного линейного напряжения на вторичной стороне трансформаторов.

Общая нагрузка всех включенных на параллельную работу трансформаторов S не должна превышать суммарной номинальной мощности этих трансформаторов: S≤∑SHOМX .

Распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами определяется следующим образом:

где Sx — нагрузка одного из параллельно работающих трансформаторов, кВА; S—общая нагрузка всей параллельной группы, кВА; S —напряжение к.з. данного трансформатора, %; SHOM.X — номинальная мощность данного трансформатора, кВА. В выражении (2.10)

Пример 2.1. Три трехфазных трансформатора с одинаковыми группами соединения включены параллельно (см. рис. 2.7, a) на общую нагрузку 5000 кВ А Трансформаторы имеют следующие данные Sном1 = 1000 кВ-А, иk1 = 6,5%, Sном11=1800 кВ-А, иk11= 6,65%, SномIII ==2200 кВ-А, иk11I==6,3%. Определить нагрузку каждого трансформатора

Р е ш е н и е. По (2.11) определим

∑(Sном.х/иkх)=1000/6,5+1800/6,65+2200/6,3=775.

По (2.10) определим нагрузку каждого трансформатора:

S1 = 5000·1000/(6,5·775) = 995 кВ-А;

S11 =5000·1800/(6,65·775)=1755 кВ-А;

S111=5000·2200/(6,3·775) = 2250 кВ-А,

т. е. третий трансформатор оказался перегруженным на [(2250 - 2200)/2200]100 = 2,3%.

Для устранения этой перегрузки следует снизить внешнюю нагрузку трансформаторов на 2,3%, т. е. уменьшить ее до S'=S-2,3S/100=5000-2,3 5000/100=4885 кВ·А.

В этом случае суммарная мощность трансформаторов будет использована лишь на 97,7%.

Контрольные вопросы

1. Что такое группа соединения и как она обозначается?

2. Какие группы соединения предусмотрены ГОСТом?

3. Как из основной группы соединения можно получить производную?

4. Как изменится отношение линейных напряжений трансформатора, если нулевую группу соединения изменить на 11-ю?

5. Какие условия необходимо соблюдать при включении трансформаторов на параллельную работу?

6. Что такое фазировка трансформатора и как она выполняется?

studfiles.net

Условия включения трансформаторов на параллельную работу. Условия включения трансформаторов на параллельную работу

1.4. Включение трансформаторов на параллельную работу

4.7. Включение трансформаторов на параллельную работу

4.8. Виды повреждений трансформаторов

Включение трансформаторов на параллельную работу

23. Параллельная работа однофазных трансформаторов. Условия включения на параллельную работу. Укажите допустимые отклонения коэффициентов трансформации.

24. Почему не допускается параллельная работа трансформаторов с разными группами соединений обмоток?

1.4. Включение трансформаторов на параллельную работу

Условия включения трансформаторов на параллельную работу

Похожие статьи:

§ 2.2. Параллельная работа трансформаторов