4.2.8 Автотрансформаторы, особенности конструкции и режимы работы

В установках 110 кВ и выше широкое применение находят автотрансформаторы (AT) большой мощности. Объясняется это рядом преимуществ, которые они имеют по сравнению с трансформаторами.

Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки 0В и 0С (рис.4.18). Часть обмотки, заключенная между выводами В и С, называется последовательной, а между С и 0 — общей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток I_В, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток I₀. Ток нагрузки вторичной обмотки I_С складывается из тока I_В, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока I₀, созданного магнитной связью этих обмоток: , откуда .

Рис. 4.18. Схема однофазного автотрансформатора

Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную, называется проходной.

Если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток автотранс­форматора, можно записать следующее выражение:

Преобразуя правую часть выражения, получаем

где — трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную; — электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации.

Эта мощность не нагружает общую обмотку, потому что ток из последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку 0С.

В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора S=S_H0M, а трансформаторная мощность —типовой мощностью Sт=Sтип.

Размеры магнитопровода, а следовательно, его масса определяются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:

где n_BC=U_B/U_C — коэффициент трансформации; — коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.

Из последней формулы следует, что чем ближе к , тем меньше и меньшую долю номинальной составляет типовая мощность. Это означает, что размеры автотрансформатора, его масса, расход активных материалов уменьшаются по сравнению с трансформатором одинаковой номинальной мощности.

Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов при сочетании напряжений 220/110; 330/150; 500/220; 750/330.

Из схемы (рис. 4.18) видно, что мощность последовательной обмотки

Мощность общей обмотки

Таким образом, еще раз можно подчеркнуть, что обмотки и магнитопровод автотрансформатора рассчитываются на типовую мощность, которую иногда называют расчетной мощностью. Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на нельзя. Этот вывод особенно важен при рассмотрении комбинированных режимов работы автотрансформатора. Такие режимы возникают, если имеется третья обмотка, связанная с автотрансформаторными обмотками только магнитным путём.

Третья обмотка автотрансформатора (обмотка НН) используется для питания нагрузки, для присоединения источников активной или реактивной мощности (генераторов и синхронных компенсаторов), а в некоторых случаях служит лишь для компенсации токов третьих гармоник. Мощность обмотки НН S_HH не может быть больше , так как иначе размеры автотрансформатора будут определяться мощностью этой обмотки. Номинальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных автотрансформатора.

К особенностям конструкции автотрансформаторов следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали, общей для обмоток ВН и СН. Объясняется это следующим. Если в системе с эффективно заземлённой нейт­ралью включить понижающий автотрансформатор с незаземленной нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение вместо , напряжение выводов обмотки СН возрастет примерно до U_в, резко увеличится напряжение, приложенное к обмоткам неповрежденных фаз. Аналогичная картина наблюдается в случае присоединения повышающего автотрансформатора с незаземлённой нейтралью к системе с эффективно заземлённой нейтралью.

Такие перенапряжения недопустимы, поэтому нейтрали всех ав­тотрансформаторов глухо заземляются. В этом случае заземления на линии со стороны ВН или СН не вызывают опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ.

Таким образом, можно отметить следующие преимущества автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами той же мощности:

• меньший расход меди, стали, изоляционных материалов;

• меньшая масса, а, следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;

• меньшие потери и больший КПД; более лёгкие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов:

• необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ;

• сложность регулирования напряжения;

• опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.

Трансформаторы для ТП 10(6)/О,4 кВ имеют следующий ряд номинальных мощностей: 1.00, 160, 240, 400, 630, 1000, 1600 и 2500 КВА.

Мощностью, большей чем 2500 кВА, эти трансформаторы не изготавливаются по технико-экономическим соображениям и из-за слишком большой величины токов коротких замыканий на низкой стороне.

Типы силовых трансформаторов для ТП 10(6)/0,4 кВ:

ТМ - масляные открытые для наружной установки(63-2500 кВА), ТМЗ - масляные закрытого типа для комплектных трансформаторных подстанций (КТП) мощностью •630, 1000, 1600 и 2500 кВА;

ТНЗ - с негорючим заполнителем (совтолом). Представляют опас­ность для экологии и поэтому сняты с производства и встречаются только на старых подстанциях; ТС - сухие открытые небольшой мощности (10-160 кВА) для наруж­ной установки; ТСЗ - сухие закрытые для КТП внутренней установки, мощностью 100-1600 кВА; ТСЗЛ - сухие закрытые с литой изоляцией для КТП (630-2500 кВА).

Выбор трансформаторов для конкретной ТП производится с учетом большого числа факторов, главными из которых являются:

1) необходимая мощность ТП;

2) условия установки (на открытом воздухе, в помещении, на верхних этажах здания и другие);

3) условия охлаждения.

Наиболее массовые трансформаторы - масляные. Основная особен­ность, ограничивающая их применение в производственных зданиях, наличие масла, что обусловливает их пожароопасность. Имеются многочисленные нормы и правила, регламентирующее с этой точки зрения применение указанных типов трансформаторов (п. 2.67-2.70 справоч­ника Ш).

В административных зданиях, кинотеатрах, клубах и других поме­щениях, где имеется большое скопление людей, рекомендуется не ус­танавливать трансформаторы, а если устанавливать, так только су­хие. Основным недостатком сухих является то, что они хуже чем мас­ляные переносят перенапряжения в сети.

ЛЕКЦИЯ 5.