7семестр / ЭСС_ (Барбашов)ЭЗ-31(12.06.14) / ТЛ-2_н

ляющих: падения напряжения в активном (uк', %) и индуктивном (ик'', %) сопротивлениях от тока, протекающего в режиме короткого замыкания:

Полученные выражения для определения Rт и Xт действительны как для трехфазных, так и для однофазных трансформаторов, включенных в трехфазную группу. В последнем случае в эти выражения надо подстав- лять номинальную мощность группы трансформаторов.

Проводимости ветви намагничивания определяются результатом опыта холостого хода (рис. 2.12, в, г). В этом опыте размыкается вторичная обмотка, а к первичной подводится номинальное напряжение. Ток в про- дольной части схемы замещения равен нулю, а к поперечной приложено напряжение Uн.в. Трансформатор потребляет в этом режиме только мощ- ность, равную потерям холостого хода, т. е. ∆Sх = ∆Px + j∆Qx.

Проводимости трансформатора, См, определяются следующими вы-

Потери активной мощности в стали определяются в основном напряжением и приближенно предполагаются не зависящими от тока и мощности нагрузки (Iн и Sн), т.е. величина ∆Px постоянна и равна каталож- ному значению.

Ток намагничивания в трансформаторе имеет очень малую активную составляющую:

153

Отметим, что ∆Px намного меньше, чем ∆Qx, и полная мощность трансформатора в режиме холостого хода приближенно равна намагничи-

Если на ПС с суммарной нагрузкой Sн работают параллельно nт оди- наковых трансформаторов, то их эквивалентные сопротивления в nт раз меньше и равны Rт / nт, Xт / nт, а проводимости в п раз больше и равны nт · Gт, nт · Вт. Тогда получим следующие выражения для потерь мощности:

2.3.2. Трансформаторы с расщепленными обмотками

Исходя из устройства трансформатора с расщепленными обмотками (рис. 2.13, а, б), схема его замещения имеет вид трехлучевой звезды (рис. 2.13, в), где Rн1, Rн2, Xн1, Xн2 – активные и индуктивные сопротивления расщепленных обмоток НН, приведенные к напряжению обмотки ВН.

154

Индуктивное сопротивление обмотки ВН Хв = 0, т.е. можно считать Хт целиком сосредоточенным в обмотках НН, включенных параллельно.

Приведенные соотношения действительны для групп однофазных трансформаторов, расщепленные обмотки которых можно рассматривать как обмотки отдельных трансформаторов. Коэффициент расщепления (от- ношение сопротивлений короткого замыкания между расщепленными об- мотками к сопротивлению короткого замыкания между обмоткой ВН и па- раллельно соединенными расщепленными обмотками) для однофазных трансформаторов равен 4. В то же время в трехфазных трансформаторах степень магнитной связи между расщепленными обмотками отличается от однофазных и зависит от расположения обмоток на стержне. При распо- ложении расщепленных обмоток одна над другой коэффициент расщепле- ния равен 3,5 и сопротивления обмоток трехфазных трансформаторов со- ставляют:

Основной смысл применения трансформаторов с расщепленными обмотками заключается в возможности получения повышенных значений индуктивных сопротивлений на стороне НН (см. формулы (2.68) и (2.69)). За счет этого мощность короткого замыкания на шинах НН снижается по- чти вдвое, что позволяет во многих случаях обойтись без токоограничива- ющих реакторов.

Проводимости трансформаторов с расщепленными обмотками опре- деляют по формулам (2.54).

2.3.3. Трехобмоточные трансформаторы

При необходимости иметь на ПС три номинальных напряжения − высшее Uв, среднее Uс и низшее Uн – применяют трехобмоточные транс- форматоры (рис 2.14, а), все три обмотки которых имеют магнитную связь

(рис 2.14, б).

Схема замещения трехобмоточного трансформатора представляет со- бой трехлучевую звезду (рис 2.15, а, б), где Rв, Xв, Rс, Xс, Rн, Xн − соответ- ственно активные и индуктивные сопротивления обмоток высшего, средне-

156

го и низшего напряжений, приведенные к напряжению высшей стороны Uн.в трансформатора, а Gт и Bт − активная и реактивная проводимости.

Рисунок 2.14 − Обозначение (а), схема расположения обмоток фазы (б) трехобмоточного трансформатора

Примечание. В приведенных схемах замещения отсутствуют транс- формации ( идеальный трансформатор).

Сопротивления и проводимости трехобмоточных трансформаторов, а также потери мощности в них определяют по их паспортным (каталож- ным), данным:

Sн.т − номинальная мощность трансформатора, МВА;Uн.в, Uн.с, Uн.н – соответственно номинальные напряжения обмоток высшего, среднего, низшего напряжения, кВ;

Рк − потери короткого замыкания (потери в меди); для обмоток высшего и среднего напряжения, т.е. Рк = Рк.в− с, кВт;

Рх − потери холостого хода (потери в стали), кВт.

uк.в− с, uк.в− н, uк.c− н, − напряжения короткого замыкания, % от Uн.в; Iх − ток холостого хода, % от Iном.

157

Для схемы замещения трехобмоточного трансформатора нужно определять сопротивления каждой обмотки в отдельности. Активные и реактивные сопротивления обмоток трехобмоточных трансформаторов находят по данным опытов короткого замыкания, каждый из которых проводят при замыкании одной из обмоток и отсутствии нагрузки на другой. Приводимые в паспортных данных по парам обмоток значения потерь короткого замыкания Рк.в− с и напряжений короткого замыкания

относятся к одному из трех возможных опытов корот- кого замыкания. Например, значения Рк.в− с и uк.в− с определяются при замыкании накоротко обмотки СН при разомкнутой обмотке НН и под- ведении к высшей стороне такого напряжения uк.в− с, чтобы ток в обмот- ках ВН и СН был равен номинальному. Схема такого опыта короткого замыкания приведена на рис 2.16.

158

Рисунок 2.16 − Схема опыта короткого замыкания обмотки СН при разомкнутой обмотке НН

Так как все современные трехобмоточные трансформаторы выпуска- ются с соотношением мощностей обмоток 100 / 100 / 100 %, т. е. Sв = Sс = = Sн = Sн.т, активное сопротивление лучей схемы замещения, приведенные к выс- шей стороне, примерно одинаковы Rв ≈ Rс ≈ Rн. Тогда для расчетов активных сопротивлений лучей схемы замещения достаточно знания потерь короткого замыкания только для одной пары обмоток, причем в паспортных данных даются максимальные потери ( Рк.в− с). Так, если весь ток (мощность) проте- кает по обмоткам высшего и среднего напряжения при ненагруженной низ- шей обмотке (рис. 2.17, а), суммарные потери в обмотках равны:

Тот же результат получается при протекании всего тока (мощности) по обмоткам высшего и низшего напряжения при ненагруженной средней обмотке.

Из выражений (2.70) и (2.71) видно, что ∆Ρк' >∆Ρк". При любом другом распределении токов (мощностей) между обмотками среднего и низшего напряжения потери будут меньше, чем ∆Ρк',т. е. ∆Ρк' =∆Ρк.в− с = ∆Ρк.нб.

159

Описанное выше проведение опытов короткого замыкания позволяет при расчете сопротивлений лучей схемы замещения рассматривать эту схему как два последовательно соединенных луча (обмотки высше- го− среднего, высшего− низшего и среднего− низшего напряжений). Тогда, согласно выражению (2.48) и условию Rв ≈ Rс ≈ Rн, получаются активные сопротивления лучей схемы замещения трехобмоточных трансформаторов

Для трехобмоточных трансформаторов напряжения КЗ в каталожных данных приводятся для каждой пары обмоток в процентах от номинального.

Например, при определении значений напряжения КЗ uк.в− с между обмотками высшего и среднего напряжений, средняя закорачивается, к высшей подключается вольтметр, а низшая остается разомкнутой. Вольт- метр показывает напряжение КЗ между двумя первыми обмотками uк.в− с (рис. 2.18, а), если по ним протекает ток Iном. Аналогично получаются ве-

личины uк.в− н (рис. 2.18, б) и uк.с− н (рис 2.18, в).

Согласно эквивалентной схеме замещения лучей трехобмоточного трансформатора при одной из обмоток, остающейся не включенной, мож- но записать:

для трехобмоточных трансформаторов

160

Решив совместно уравнения (2.73), можно найти напряжение КЗ для каждого луча:

Примечание. Так как трехобмоточные трансформаторы имеют зна- чительную номинальную мощность ик'<< uк''и можно принять ик''≈ uк.

Индуктивное сопротивление одного из лучей схемы замещения трехобмоточного трансформатора (обычно Хс), соответствующее обмотке, расположенной между двумя его другими обмотками, из-за взаимного влияния соседних обмоток близко к нулю, и в практических расчетах им пренебрегают.

Проводимости трехобмоточных трансформаторов, как и для двухоб- моточных, определяются по формулам (2.54).

Потери мощности в трехобмоточных трансформаторах определяются по

2.3.4. Автотрансформаторы

Автотрансформатором называется трехобмоточный трансформатор, у которого обмотка среднего напряжения является частью обмотки высше- го. Условное обозначение автотрансформаторов в схемах электрических сетей приведено на рис. 2.19, а, схема соединения обмоток – на рис 2.19, б.

161

Обмотка высшего напряжения автотрансформатора состоит из двух частей: последовательной обмотки (П) между ВН и СН, по которой проте- кает только ток высшего напряжения Iв, и общей обмотки (О) между СН и 0, по которой в противоположных направлениях протекают токи высшего и среднего напряжений, т.е. их разность Iо = Ic – Iв.

Обмотки последовательная (П) и общая (О) непосредственно электриче- ски соединены друг с другом и, кроме того, имеют магнитную связь. Обмотка низшего напряжения имеет магнитную связь с остальными обмотками. Мощ- ность обмотки НН составляет только 20− 50 % мощности каждой из обмоток ВН и СН. Обмотка НН всегда соединена в треугольник для компенсации токов гармоник кратных трем.

Автотрансформаторы имеют следующие преимущества: меньшую стоимость, габариты, массу и потери мощности. Недостатком автотранс- форматоров является наличие электрической связи между сторонами выс- шего и среднего напряжений. Например, если автотрансформатор заземлен

Рисунок 2.19 – Условное обозначение (а) и схема соединения обмоток (б) автотрансформатора

Автотрансформатор можно получить из трансформатора с от- дельно работающими обмотками, последовательной и общей, соедине- нием этих обмоток электрически. При этом габариты, все процессы в обмотках и в стали автотрансформатора и трансформатора будут одина- ковы (рис. 2.20, а, б). В то же время легко доказать, что мощность, пере-

162