11. Параллельная работа трансформаторов. Группы соединений обмоток. Наилучшие условия параллельной работы трансформаторов.

На практике на подстанциях два или несколько трансформаторов включаются на общие шины, т.е. работают параллельно. Это позволяет резервировать мощность для бесперебойного энергоснабжения потребителей на случай аварии или планового ремонта. Появляется возможность отключения части трансформаторов в периоды малого потребления энергии и перевода оставшихся в оптимальный режим работы, соответствующий области максимального КПД. Желательно, чтобы общая нагрузка распределялась между работающими трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям.

Вторичные ЭДС трансформаторов, включаемых на параллельную работу, должны совпадать по фазе. Это имеет место у трансформаторов, относящихся к одной и той же группе соединения обмоток.

Однофазные трансформаторы могут иметь только две группы соединения, обозначаемые цифрами 0 и 6. У группы 0 ЭДС е₁ и е₂ совпадают по фазе, а векторы этих ЭДС Е₁ и Е₂ на комплексной плоскости подобны стрелкам часов, показывающих время 0 часов 0 минут. У трансформаторов группы 6 ЭДС е₁ и е₂ находятся в противофазе — сдвинуты на 180 град., и векторы этих ЭДС E₁ и E₂ подобны стрелкам часов, показывающих время 6 часов 0 минут. Трёхфазные трансформаторы могут иметь 12 различных групп соединений от 0 до 11. Трансформаторы, включаемые на параллельную работу, должны иметь одинаковые вторичные ЭДС, т. е. равные по величине действующие значения и совпадающие по фазе. Последнее возможно лишь при одинаковом сдвиге фаз между первичными и вторичными линейными ЭДС у всех работающих параллельно трансформаторов. Этот сдвиг характеризуется понятием группы соединения. Всего у 3-х фазных трансформаторов может быть 12 групп. Сдвиг по фазе вторичных ЭДС у двух ТР, принадлежащих к соседним группам, равен 30 градусов, подобно сдвигу на 1 час часовой стрелки на циферблате. Группа соединения зависит от маркировки начала и конца, взаимных направлений намотки первичной и вторичной обмоток и схемы их соединения. В условиях производства все катушки маркируются одинаково. ЭДС двух катушек, намотанных в одну сторону и расположенных на одном стержне, будут совпадать по фазе, т. е. в любой момент времени иметь одно и то же направление — от конца к началу или от начала к концу. Рассмотрим трансформатор с соединением обмоток Y/Y, у которого на каждом стержне одинаковым образом — вверх началом, вниз концом при одинаковом направлении намотки — размещены первичная обмотка ВН и вторичная НН, относящиеся к одной и той же фазе. Звезда образована путём соединения концов обмоток XYZ и xyz.

Изменим маркировку на вторичной стороне путём круговой перестановки индексов. Вторичная обмотка фазы А будет расположена на среднем стержне, фазы В — на правом и фазы С — на левом. Образуется сдвиг по фазе 120° и соединение:

Круговая перестановка в направлении а —>Ь—>с—>а увеличивает номер группы на 4, а обратная перестановка уменьшает номер группы на 4.

То же самое получится при соединении Δ / Δ.

Нечётные группы возникают при разных схемах соединения обмоток на первичной и вторичной стороне: Y/Δ или Δ /Y . ГОСТ допускает только две группы (0 и 11), с выводом, при необходимости, нулевой точки звезды: Y/Y- 0, Y/ Δ-l 1, Δ /Y-l 1. Для образования групп Δ /Y -11 и Y/ Δ -l 1 соединение фаз в треугольник на первичной и вторичной стороне производится по-разному.

Одна и та же группа соединения — это безусловное требование к трансформаторам, включаемым на параллельную работу. Кроме безусловного, к ним предъявляются ещё два требования, которые могут выполняться с большим или меньшим допуском:

1) равенство коэффициентов трансформации

2) равенство напряжений короткого замыкания

Несоблюдение условия 1 приводит к неравенству полного тока вторичной обмотки и его величины, отдаваемой в нагрузку, а условия 2 — к относительно неодинаковой нагрузке трансформаторов.

П араллельная работа однофазных трансформаторов.

Уравнительные токи.

Вторая составляющая вторичного тока трансформатора обусловлена неравенством коэффициентов трансформации i-го и j-го трансформаторов. Она равна по модулю и находится в противофазе с аналогичной составляющей I_ypji j-го трансформатора, поэтому их сумма равна нулю: I_урj + I_урi = 0. На этом основании попарно равна нулю и полная сумма таких составляющих по всем N трансформаторам группы. Следовательно, подобные токи не проходят в нагрузку, а замыкаются по контурам: вторичная обмотка трансформатора i-сборные шины — вторичная обмотка трансформатора j-сборные шины. Эти токи называются уравнительными токами.

Если какие-либо из общего числа N трансформаторов группы имеют одинаковые коэффициенты трансформации, то уравнительного тока между ними не будет. Если все трансформаторы группы имеют одинаковые коэффициенты трансформации к, то уравнительные токи отсутствуют полностью.

Полный уравнительный ток i-го трансформатора в общем случае равен сумме его уравнительных составляющих, взаимодействующих со всеми остальными трансформаторами.

Наилучшие условия параллельной работы трансформаторов.

1. Все вторичные токи совпадают по фазе (все токи вторичных обмоток суммируются)

2. При увеличении нагрузки трансформаторы должны нагружаться пропорционально номинальной мощности

3. Если ток нагрузки равен нулю, то вторичные токи также равны нулю

Для выполнения этих условий необходимо:

1. Трансформаторы должны иметь обмотки одной и той же группы соединения

2. Трансформаторы должны обладать одинаковыми коэффициентами трансформации

3. Напряжения КЗ и их составляющие должны быть одинаковыми.

Идеальное условие работы трансформатора:

S_нI+ S_нII+…+ S_нn= S_max.