3. Схемы замещения и параметры трансформаторов и автотрансформаторов

1. Типы трансформаторов

На подстанциях электроэнергетических систем применяются двух- и трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы (рис. 3.1). Трансформаторы выполняются трехфазными или однофазными. В последнем случае три однофазных трансформатора на подстанциях составляют одну трехфазную группу. Однофазные трансформаторы, предназначенные для трехфазных электрических систем, применяются при большой мощности трансформаторов (трехфазная номинальная мощность не менее 400 МВА), т. е. при наибольшем, восьмом, габарите, когда они по размерам становятся негабаритным грузом для перевозки по железной дороге. Включение однофазных автотрансформаторов в трехфазную группу может быть условно изображено на рис. 3.2.

Внимательно рассмотрите маркировку трансформаторов, показанную в [5, рис. 6.3]. Познакомьтесь с понятием «габарит трансформатора», а также со схемами и группами соединений трансформаторов по табл. 6.6 и 6.7 [5].

2. Параметры и схема замещения двухобмоточного трансформатора

Все параметры двухобмоточного трансформатора (схема замещения показана на рис. 3.3) определяются приведенными к высшему напряжению [5]. В каталоге двухобмоточного трансформатора указываются:— номинальная мощность трансформатора, кВА; , - номинальные напряжения обмоток, кВ; — напряжение короткого замыкания в процентах от номинального высшего напряжения;— потери короткого замыкания, кВт; — ток холостого хода в процентах от номинального тока обмотки высшего напряжения; — потери холостого хода, кВт.

Активное и индуктивное сопротивления трансформатора обусловлены соответственно нагревом обмоток и наличием поля рассеяния и определяются для одной фазы из опыта короткого замыкания (рис. 3.4). При проведении опыта к.з. вторичная обмотка замыкается накоротко, а к первичной подводится такое напряжение, чтобы по ней протекал номинальный ток . При этом замеряются потери активной мощности в трех фазах трансформатораи напряжение, подводимое к первичной обмотке.

Потери активной мощности (трехфазные) можно выразить через ток фазы I и активное сопротивление фазы трансформатора :

, (3.1)

отсюда

. (3.2)

Выражение через каталожные параметры трансформатора, Ом:

, (3.3)

где — номинальное линейное (обычно высшее) напряжение обмотки, к которой приводится сопротивление; — номинальная трехфазная мощность трансформатора.

Напряжение короткого замыкания , кВ, складывается из падения напряжения на активном и реактивном сопротивлениях при протекании номинального тока (см. рис. 3.4).

;

здесь, как и в последующих формулах, рассматривается линейное (междуфазное) напряжение.

У современных крупных трансформаторов (МВА) активное сопротивление существенно меньше реактивного:

,

поэтому можно считать, что , тогда

, (3.4)

и по каталожным данным, Ом:

. (3.5)

Активная н индуктивная проводимости трансформатора обусловлены соответственно нагревом стали за счет вихревых токов и потерями на намагничивание и определяются из опыта холостого хода (рис. 3.5). При проведении опыта холостого хода вторичная обмотка разомкнута, а к первичной подводится номинальное напряжение, замеряются ток холостого хода в первичной обмотке и потери активной мощности.

Потери активной мощности можно выразить через активную проводимость:

, (3.6)

отсюда, См:

.

Все параметры (3.6) входят в каталожные.

Ток холостого хода состоит из тока в проводимостях и:

.

Учитывая, что у современных трансформаторов , можно принять допущение, тогда

,

.

Выражение через каталожные данные:

,

тогда, См:

. (3.7)

Зачастую при расчетах пренебрегают изменением напряжения на шинах трансформатора и используют схему замещения с постоянными потерями в шунте трансформатора, эти потери принимаются равными потерям холостого хода. Схема замещения имеет вид, показанный на рис. 3.6. Здесь

;

—напряжение на выводах низшего напряжения трансформатора, приведенное к стороне высшего напряжения, .

Для того, чтобы при использовании, как уже введенных, так и последующих формул при расчетах параметров электрических систем не возникало путаницы в единицах измерения, рекомендуется выражать электрические величины в следующих единицах:

мощности, потери мощности — МВА, МВт, МВАр;

напряжения, потери напряжения — кВ;

токи — кА;

сопротивления — Ом.

Тогда ни в одной из формул не возникает необходимости использовать переводные коэффициенты.

Так как результаты опытов к.з. и х.х. однофазных трансформаторов относятся к одной фазе, то эквивалентные сопротивления и проводимости трехфазных групп подсчитываются на основе номинальных и паспортных данных однофазных трансформаторов по следующим формулам:

(3.8)

где — линейное номинальное напряжение.

Используя аналогию со схемой замещения ВЛ, получить формулы определения эквивалентных сопротивлений и проводимостей схемы замещения подстанции, состоящей из n параллельно соединенных одинаковых двухобмоточных трансформаторов.