1. Общие сведения

Графическое изображение двухобмоточного трансформатора, используемое в схемах электрических сетей, показано на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Графическое изображение двухобмоточного трансформатора

Первичным напряжением считается напряжение со стороны питания трансформатора, вторичным – напряжение со стороны нагрузки . Соответственно и обмотки трансформатора называются первичной и вторичной. Стрелка, перечеркивающая обозначение трансформатора, показывает, что трансформатор имеет устройство регулирования напряжения под нагрузкой.

На рисунке 1.2,а представлены схемы замещения двухобмоточного трансформатора. Продольными параметрами схемы являются активное и реактивное сопротивления и обмоток трансформатора. Поперечными параметрами схемы являются активная и реактивная проводимости и , которые определяют соответственно активную и реактивную составляющие тока холостого хода трансформатора .

Поскольку трансформатор связывает сети разных напряжений, все его параметры приводятся к одному напряжению. Без специальной оговорки будем считать, что все параметры трансформатора приведены к напряжению первичной обмотки. На подстанциях электрических сетей первичной обмоткой является, как правило, обмотка высшего напряжения, а вторичной - обмотка низшего напряжения /1/.

Наряду с Г-образной схемой замещения используется упрощенная схема замещения, представленная на рисунке 1.2,б, в которой поперечная ветвь представлена в виде потерь мощности .

Рисунок 1.2 Схемы замещения:

а – Г– образная схема замещения; б – упрощенная схема замещения

В справочной литературе приводятся следующие каталожные (паспортные) данные двухобмоточных трансформаторов:

• номинальная мощность трансформатора, кВ А;

• номинальные напряжения обмоток высшего и низшего напряжения трансформатора, В;

• потери активной мощности при холостом ходе, кВт;

• ток холостого хода, %;

• напряжение короткого замыкания, %;

• потери активной мощности при коротком замыкании трансформатора, кВт.

Последние четыре параметра определяются из опыта холостого хода и опыта короткого замыкания. Схемы этих опытов показаны на рисунке 1.3

Рисунок 1.3 Схемы опытов: а – холостого хода; б – короткого замыкания

В опыте холостого хода на первичную обмотку трансформатора подается номинальное напряжение , а вторичная обмотка разомкнута (холостой ход). Амперметром измеряется ток холостого хода , а ваттметром – потери активной мощности при холостом ходе . Ток холостого хода выражается в процентах от номинального тока трансформатора.

В опыте короткого замыкания вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко, а к первичной подается такое напряжение , чтобы через эту обмотку протекал номинальный ток . Величины напряжения и тока измеряются вольтметром и амперметром соответственно. Ваттметром измеряются потери активной мощности .

Потери активной мощности в обмотках трансформатора при его номинальной загрузке равны величине , измеренной в опыте короткого замыкания

. (1.1)

Из формулы 1.1 следует, что активное сопротивление трансформатора, Ом, зависит

. (1.2)

Реактивное сопротивление трансформатора, Ом, определяется по формуле

. (1.3)

В формуле 1.3 введение числового коэффициента 10 позволяет получить реактивное сопротивление трансформатора в Ом при подстановке напряжения в кВ, а мощности в кВ А.

Активная проводимость трансформатора , См, определяется через потери активной мощности при холостом ходе

. (1.4)

Реактивная проводимость трансформатора , См, определяется соответственно через потери реактивной мощности при холостом ходе

. (1.5)

Величина потерь реактивной мощности , Вар, является расчетным параметром и определяется следующим образом

. (1.6)

Передача мощности через трансформатор сопровождается потерями активной и реактивной мощности в его сердечнике и обмотках. Потери активной мощности в сердечнике расходуются на перемагничивание стали сердечника и на нагрев этого сердечника вихревыми токами. Потери реактивной мощности в сердечнике расходуются на создание в нем магнитного потока. Потери в сердечнике не зависят от нагрузки, а зависят от напряжения сети , к которому подключен трансформатор.

Это напряжение, как правило, заранее не известно и принимается приблизительно равным номинальному напряжению сети , а потери в сердечнике трансформатора - приблизительно равными потерям холостого хода и .

Потери активной мощности в обмотках трансформатора расходуются на нагрев обмоток и имеют квадратичную зависимость от нагрузки трансформатора. Потери реактивной мощности в обмотках трансформатора обусловлены потоком рассеивания и также имеют квадратичную зависимость от нагрузки трансформатора.

Суммарные потери активной мощности, Вт, и реактивной мощности, Вар, в трансформаторе при его мощности, равной S, В А, определяются выражениями

; (1.7)

, (1.8)

где , соответственно потери активной мощности в сердечнике и обмотках, Вт;

, соответственно потери реактивной мощности в сердечнике и обмотках, Вар.

Потери электроэнергии в трансформаторах складываются из потерь в обмотках, зависящие от нагрузки, и потерь в сердечнике принимаемых условно-постоянными

, (1.9)

где потери на нагрев обмоток, кВт ч;

потери в сердечнике, кВт ч.

Потери электроэнергии на нагрев обмоток на каждой ступени графика нагрузки определяются по формуле

, (1.10)

где потери в меди при i-й нагрузке, кВт;

время работы трансформатора при i-й нагрузке, ч.

Потери в сердечнике

, (1.11)

где число трансформаторов, шт;

время включения трансформатора, ч.