2. Определение потерь и кпд трансформатора

Потери активной мощности в трансформаторе подразделяются на электрические потери в обмотках и магнитные потери в магннто- проводе. Добавочные потери на вихревые токи в обмотках (см. § 12-3) включаются в электрические потерн. Кроме того, возникают потери на вихревые токи от полей рассеяния также в стенках бака и в кре¬пежных деталях. Так как эти потери пропорциональны квадрату тока, то они тоже относятся к электрическим потерям. Опытное значение активного сопротивления короткого замыкания гк учиты¬вает и эти добавочные потери.

Значение потерь определяется расчетным путем при проектиро¬вании трансформатора или опытным путем в готовом трансфор¬маторе.

Согласно ГОСТ 11677—75, магнитные потерн рш. определяются из опыта холостого хода (см. § 14-5).

Как было установлено в § 15-1, поток трансформатора при l/j = = const с изменением нагрузки несколько изменяется, в соответ¬ствии с чем изменяются также магнитные потери. Однако это изме¬нение относительно невелико, и поэтому при иг — Ula = const магнитные потери при всех нагрузках принимаются, согласно ГОСТ 11677—75, равными мощности холостого хода Р0 при этом напря¬жении.

Электрические потери рэл, включая добавочные, при номиналь¬ном токе принимаются равными мощности короткого замыкания Рк при этом же токе (см. § 14-5). Обычно в опыте короткого замыкания температура обмоток # отличается от 75° С, и поэтому мощность Рк приводится к 75° С, для чего опытное значение потерь множится при медных обмотках на коэффициент

Коэффициент полезного действия определяется отношением мощности , отдаваемой трансформатором в нагрузку, к мощности, потребляемой из сети:

.

Коэффициент полезного действия характеризует эффективность преобразования напряжения в трансформаторе. При практических расчетах  вычисляют по формуле

, (2.20)

где - полные потери в трансформаторе.

Формула (2.20) менее чувствительна к погрешностям в определении ии поэтому позволяет получить более точное значение. Полезная мощность вычисляется по формуле

, (2.21)

где - коэффициент нагрузки трансформатора.

Электрические потери в обмотках определяются из опыта короткого замыкания

, (2.22)

где - потери короткого замыкания при номинальном токе.

Потери в стали определяются из опыта холостого хода

. (2.23)

Они принимаются постоянными для всех рабочих режимов работы трансформатора, так как при ЭДСв рабочих режимах меняется незначительно.

Подставляя соотношения (2.21)(2.23) в формулу (2.20), получим

. (2.24)

Анализ этого выражения показывает, что  имеет максимальное значение при нагрузке, когда потери в обмотках равны потерям в стали,

.

Отсюда получаем оптимальное значение коэффициента нагрузки

.

В современных силовых трансформаторах отношение потерь , поэтому максимум имеет место при (рис.2.21).

Из кривой видно, чтотрансформатор имеет практически постоянный коэффициент полезного действия в широком диапазоне изменения нагрузки от 0,5 до 1,0. При малых нагрузках  трансформатора резкого снижается.

2. Параллельная работа трансформатора при неодинаковых коэффициентах трансформации

3. Параллельная работа трансформатора при неодинаковых напряжениях кз

На трансформаторных подстанциях обычно устанавливается несколько параллельно работающих трансформаторов. Это обусловлено следующими причинами:

• условиями обеспечения надежности электроснабжения путем резервирования;

• 

  необходимостью расширения подстанции;

• уменьшением потерь при малых нагрузках путем отключения части параллельно работающих трансформаторов.

Параллельное включение трехфазных трансформаторов осуществляется по схеме, приведенной на рис. 2.29.

При параллельной работе трансформаторов возникает проблема обеспечения равномерного распределения нагрузки между ними. Равномерность распределения нагрузки обеспечивается в том случае, если трансформаторы имеют

• одинаковые группы соединения обмоток;

• равные коэффициенты трансформации;

• равные напряжения короткого замыкания.

Если первые два условия соблюдены, то вторичные ЭДС параллельно включенных трансформаторов будут равны по величине и по фазе и поэтому будут уравновешивать друг друга. В противном случае уже на холостом ходу возникает уравнительный ток . Этот ток, складываясь с током нагрузки, вызывает неравномерное распределение нагрузки, а также дополнительные потери и нагрев трансформаторов. При большой разнице ЭДС токможет быть опасным для трансформаторов. Соблюдение третьего условия обеспечивает равномерное распределение токов между трансформаторами при нагрузке.

Анализ особенностей параллельной работы двух трансформаторов можно выполнить с помощью упрощенной схемы замещения (рис. 2.30). Трансформаторы в этой схеме представлены внутренними сопротивлениями и. В цепь второго трансформатора включен источник ЭДС, учитывающий несоблюдение первых двух условий параллельной работы трансформаторов,

.

Если , то ток нагрузкираспределяется между трансформаторами обратно пропорционально их внутренним сопротивлениям:

; .

Если , то в замкнутом контуре, образованном сопротивлениямии, потечет уравнительный ток

,

вызывая неравномерное распределение тока нагрузки между трансформаторами:

;

.

Ввиду малого внутреннего сопротивления трансформатора уровень тока может быть весьма значительным. Например, при включении на параллельную работу трансформаторов с группами соединений обмотокY/Y-0 и Y/-11 вторичные ЭДС будут сдвинуты по отношению друг к другу на 30 (рис. 2.31). Принимая модули приведенных значений ЭДС иодинаковыми и равными 1о.е., найдем из рис. 2.31 модуль ЭДС

При модуль уравнительного тока, вызванного этой ЭДС, превысит пятикратное значение

,

что недопустимо. Поэтому на параллельную работу включаются трансформаторы только с одинаковыми группами соединений обмоток.

Если трансформаторы имеют разные коэффициенты трансформации, то величина ЭДС может быть приближенно вычислена по выражению

.

Примем для определенности , тогда ЭДСбудет находиться в противофазе с напряжением. Примодуль уравнительного тока, вызванного этой ЭДС, составит

,

а его фаза будет определяться аргументами комплексных сопротивлений и. Появление уравнительного тока приведет к уменьшению нагрузки первого трансформатора и ее увеличению у второго (рис. 2.32). Для того, чтобы не вызвать серьезного нарушения параллельной работы трансформаторов, различие в коэффициентах трансформации не должно превышать 0,5%. При равенстве коэффициентов трансформации, и ток нагрузки будет распределяться обратно пропорционально сопротивлениям:

.

В общем случае эти токи не совпадают по фазе. Однако фазовый сдвиг незначителен и его можно не учитывать, тогда

. (2.26)

Выразим сопротивления короткого замыкания через их значения в относительных единицах:

;

.

Подставим эти выражения в формулу (2.26):

.

Так как напряжения параллельно работающих трансформаторов одинаковы, отношения токов можно заменить отношением мощностей:

.

Если , то трансформаторы будут нагружаться пропорционально их номинальным мощностям. Очевидно, что при этом условия параллельной работы являются наилучшими. Если жене равны, то сильнее будет нагружаться тот трансформатор, у которогоменьше. Допускается включать на параллельную работу трансформаторы, у которыхотличается от среднеарифметического не более чем на10%.