Двообмотковий трансформатор

На електричних схемах двообмотковий трансформатор представляється в такий спосіб (рис. 5.1):

В обмотках указується схеми з'єднання обмоток (зірка, зірка з нулем, трикутник) і режим роботи нейтрали:

• зірка - з ізольованої нейт- ралью;

• зірка з нулем - є соеди-нение нейтрали із землею.

Відповідно до прийнятого систе-мой позначень абревіатура трансу-форматора ТДН-10000/110/10 розшифровується: трансформатор трифазний, двообмотковий із примусовою циркуляцією повітря й природною циркуляцією масла й системою регулювання напруги під навантаженням. Номінальна потужність - 10000 кВ А, клас напруги обмотки вищої напруги - 110 кВ, нижчої напруги - 10 кВ.

У практичних розрахунках двообмотковий трансформатор найчастіше представляється Г-образною схемою заміщення (рис. 38).

Активний й реактивний опір трансформатора (поздовжня галузь) являють собою суму активних і реактивних опорів об-мотки вищого напруги й наведеної до неї обмотки нижчого напря-жения:

Поперечна галузь схеми заміщення представлена активної G_т і реактивної Вт проводимостями. Провідності звичайно підключають із боку первинної обмотки: для підвищувальних трансформаторів - з боку обмотки нижчої напруги, для понижуючих - з боку обмотки вищої напруги.

У такій схемі заміщення відсутня трансформація, тобто відсутній ідеальний трансформатор. Тому в розрахунках вторинна напруга виявляється наведеним до напруги первинної обмотки.

Активна провідність обумовлена втратами активної потужності в сталі трансформатора на перемагнічування й вихрові струми, реактивна провідність - потужністю, що намагнічує. У розрахунках режимів електричної мережі провідності заміняються навантаженням, рівної втратам холостого ходу.

Параметри схеми заміщення трансформатора визначаються із двох досвідів - холостого ходу й короткого замикання. У досвідах визначають наступні величини, які вказують у паспортних даних трансформатора:

• втрати активної потужності в режимі холостого ходу у кВт;

• втрати активної потужності в режимі короткого замикання у кВт;

• напруга короткого замикання U_к, в %;

• струм холостого ходу I_х, в %.

Величини активного й реактивного опорів знаходять із досвіду короткого замикання (рис. 39). Досвід виконують у такий спосіб: обмотку нижчої напруги закорачивают, а на обмотку вищої напруги подають таку напругу (U_к), щоб в обох протікав номінальний струм.

Т ому що напруга короткого замикання набагато менше номінальної напруги трансформатора, то втрати активної потужності в провідності практично дорівнюють нулю. Таким чином, всі втрати активної потужності в режимі короткого замикання йдуть на нагрівання обмоток. Математично це можна записати:

(129)

Якщо у формулі (129) значення струму записати через потужність і номінальну напругу обмотки вищої напруги

,

те одержимо вираження для розрахунку активного опору двухобмоткового трансформатора:

Напруга короткого замикання U_к складається зі спадання напруги на активному U_{к а} й реактивному U_{к р} опорах. Виразимо їх у відсотках від номінальної напруги.

Спадання напруги в активному опорі трансформатора:

Підставимо у вираження значення R_т. Одержимо:

Таким чином, величина спадання напруги в активному опорі, виражений у відсотках, пропорційна втратам активної потужності в режимі короткого замикання.

Вираження для спадання напруги в реактивному опорі у відсотках виглядає в такий спосіб

(130)

З нього можемо знайти величину реактивного опору трансформатора:

Помножимо й розділимо отримане вираження на U_{в ном}:

У сучасних трансформаторах активний опір набагато більше реактивного. Тому в практичних розрахунках можна прийняти, що U_{к р} ≈ U_к. Тоді, формула для розрахунку індуктивного опору трансформатора має вигляд:

Трансформатори мають пристрою регулювання напруги (РПН або ПБВ), які дозволяють міняти коефіцієнти трансформації. Тому величина U_к (отже, і величина індуктивного опору) залежить від відгалуження пристроїв РПН або ПБВ. У розрахунках сталих режимів цією залежністю зневажають. Її враховують при розрахунку струмів короткого замикання при виборі пристроїв автоматики й релейного захисту.

Провідності галузі намагнічування визначаються з досвіду холостого ходу (рис. 39), що виконується при номінальній напрузі. У цьому режимі трансформатор споживає потужність, рівну втратам холостого ходу:

.

Втрати активної потужності пропорційні активної провідності

Звідси може бути визначена величина активної провідності:

Втрати реактивної потужності пропорційні реактивної провідності трансформатора:

Отже, величина реактивної провідності трансформатора дорівнює:

Величина втрат реактивної потужності пропорційна току намагнічування

(131)

де U_{ном ф} – фазна номінальна напруга трансформатора.

Величина струму холостого ходу складається зі струму намагнічування I_μ і струму в сталі I_стали:

I_х = I_μ + I_стали.

Тому що величина струму в сталі становить близько 10 % від струму намагнічування, то вираження (5.3) можна записати:

У паспортних даних величина токи холостого ходу приводиться у відсотках від номінального струму. Тому ми можемо записати:

З урахуванням отриманого вираження, формула для розрахунку реактивної провідності має вигляд: