5. Режим параллельной работы двух трансформаторов.

Рассчитать максимально допустимую мощность нагрузки и вторичные токи двух параллельно включённых трансформаторов одинаковой мощности при cos  = 0.8 для случаев:

5.1. У трансформаторов различаются напряжения короткого замыкания:

а) на 20%,

б) на 10%;

5.2. У трансформаторов различаются коэффициенты трансформации:

а) один трансформатор включён на ответвление первичной обмотки +5%, а другой - на ответвление, соответствующее номинальному напряжению;

б) один трансформатор включён на ответвление первичной обмотки +2,5%, а другой - на ответвление, соответствующее номинальному напряжению.

5.3. Построить в стандартном масштабе векторную диаграмму вторичных токов трансформаторов для случая максимально допустимой нагрузки и сделать выводы о качестве параллельной работы.

6. Несимметричные режимы работы трёхфазного трансформатора. 6.1. Определить фазные токи и напряжения первичной обмотки (здесь ВН), фазные и линейные напряжения вторичной обмотки при заданных преподавателем величинах приведённых токов обмотки НН по Приложению 4.

6.2. Построить векторные диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие расчёты. Указать причины искажения симметрии вторичных фазных и линейных напряжений и смещения нулевой точки диаграммы напряжений.

6.3. Рассчитать модули токов трёх-, двух- и однофазного короткого замыкания трансформатора.

7. Переходные режимы работы трёхфазного трансформатора.

7.1. Вычислить наибольшее относительное значение тока холостого хода п1и включении трансформатора и его кратность по отношению к амплитуде номинального тока.

7.2. Вычислить амплитуду установившегося тока симметричного трёхфазного короткого замыкания и ударный коэффициент, а также время нагрева обмоток до 250⁰С.

Трудоёмкость и график выполнения разделов курсовой работы

1. Условное обозначение, элементы конструкции и номинальные величины трансформаторов (10%) – 1-я неделя.

2. Параметры и характеристики трансформатора в режиме холостого хода при питании со стороны обмотки ВН (5%) – 2-я неделя.

3. Параметры и характеристики трансформатора в режиме короткого замыкания, приведённые к обмотке ВН. Схема замещения (10%)– 3-я неделя.

4. Режим симметричной нагрузки трёхфазного двухобмоточного трансформатора (20%) – 6-я неделя.

5. Режим параллельной работы двух трансформаторов (15%) – 8-я неделя.

6. Несимметричные режимы работы трёхфазного двухобмоточного трансформатора (15%) – 10-я неделя.

7. Переходные процессы в трансформаторе (10%) – 11-неделя

8. Оформление расчётно-пояснительной записки (15%) – 13-я неделя.

9. Защита курсовой работы – 14-я и 15-я недели.

Методические указания к выполнению задания

1. Условное обозначение, элементы конструкции и номинальные величины трансформаторов.

Трансформатор имеет буквенно-цифровое обозначение следующей структуры [3] :

________ _______ / ________ _________

1 2 3 4

1 – буквенная часть обозначения, содержащая элементы в следующем порядке:

А – автотрансформатор;

О или Т – однофазный или трёхфазный трансформатор;

Р – расщеплённая обмотка НН;

условное обозначение вида охлаждения (одна-три буквы – см. ниже);

З – с естественным масляным охлаждением;

Л – с литой изоляцией;

Т– трёхобмоточный трансформатор (у двухобмоточных трансформаторов не указывают);

Н – трансформатор с РПН;

С – для собственных нужд электростанций.

2 – номинальная мощность трансформатора, кВА.

3 – класс напряжения обмотки ВН, кВ.

4 – климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150.

Условное буквенное обозначение вида охлаждения:

С – естественное воздушное при открытом исполнении;

СЗ – естественное воздушное при защищённом исполнении;

СГ – естественное воздушное при герметичном исполнении;

СД – воздушное с принудительной циркуляцией воздуха;

М – естественная циркуляция воздуха и масла;

Д – принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла;

МЦ – естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла;

НМЦ – естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла;

ДЦ – принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла;

НДЦ – принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла;

Ц – принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла;

НЦ – принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла.

Пример: ТМН-2500/110-У1 – трансформатор трёхфазный масляный с охлаждением при естественной циркуляции воздуха и масла, двухобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 2500 кВА, класса напряжения 110 кВ, исполнения У (для работы в умеренном климате), категории размещения 1 (для эксплуатации на открытом воздухе) по ГОСТ 15150.

Среди конструкций сердечников трансформаторов наибольшее распространение имеет плоская стержневая шихтованная несимметричная магнитная система со ступенчатым поперечным сечением стержней и усиленными ярмами прямоугольного или ступенчатого сечения (рис. 1). С другими типами сердечников магнитопроводов и обмоток следует ознакомиться по литературным источникам [ 1, 2, 4, 5] и кратко описать их.

Рис.1. Эскиз трёхстержневого трёхфазного двухобмоточного трансформатора

с концентрическими обмотками

Схема соединения фазных обмоток (звезда, треугольник) и группа (нулевая или одиннадцатая) указаны в варианте данных трансформатора. Фазные обмотки изображают в виде трёх завитков. Начала фазных обмоток высшего напряжения (ВН) обозначают буквами A, B, C , концы – буквами Х, Y, Z ; начала фазных обмоток низшего напряжения (НН) обозначают буквами а, b, c, концы – буквами x, y, z ; нулевые выводы – буквами О и о соответственно. Одноимённые фазные обмотки ВН и НН при изображении схемы располагают на одной линии. Расположение маркировки выводов и необходимые перемычки зависят от группы трансформатора. Группа определяется углом сдвига фаз одноимённых линейных ЭДС обмоток ВН и НН. Угол отсчитывается от вектора ВН к вектору НН по часовой стрелке. Одной группе соответствует угол 30^о. Следовательно, нулевой группе соответствует угол 0^о, а одиннадцатой – угол 330^о. При построении векторной диаграммы ЭДС обмоток обычно считают, что вектор фазной ЭДС направлен от конца фазы к началу. Вектора фазных ЭДС обмоток ВН и НН, расположенных на одном общем стержне магнитопровода, могут быть направлены на векторной диаграмме в одну и ту же сторону (при одинаковом расположении начал и концов фазных обмоток) или в противоположные стороны (при разном расположении начал и концов фазных обмоток).

Изображения схем обмоток трансформаторов и векторные диаграммы ЭДС для различных групп приведены в нескольких источниках [1-5].

Номинальный линейный ток в симметричной трёхфазной системе, А: (1)

где: S_Н – номинальная мощность, кВА,

U_ЛН – линейное номинальное напряжение обмотки, В.

В качестве номинального напряжения для обмоток трансформатора, позволяющих регулирование, принимается напряжение на основном ответвлении.

Номинальные значения фазных напряжений и токов обмоток рассчитываются с учётом схем их соединения:

при соединении в звезду:

; (2)

при соединении в треугольник:

(3) Коэффициентом трансформации трансформатора называется отношение электродвижущих сил фазных обмоток высшего и низшего напряжения, равное (за исключением схемы соединения зигзаг) отношению чисел их витков.

Для трёхфазных трансформаторов различают два коэффициента трансформации – фазных напряжений и линейных напряжений, физический смысл и величина которых следует из формул:

(4)

где w₁ , w₂ – числа витков обмоток,

^. (5)

В формулах (4) и (5) и в дальнейшем будем для краткости цифрой 1 обозначать относящееся к обмотке высшего напряжения, цифрой 2 – к обмотке низшего напряжения.

Коэффициенты трансформации фазных и линейных напряжений равны при одинаковых схемах обмоток ВН и НН и различаются в 3 раз – при разных схемах.