3. Параметры и схемы замещения трехобмоточных трансформаторов

Трехобмоточные трансформаторы могут иметь три типа исполнения, различающиеся cooтношением номинальных мощностей обмоток (,,). Промышленностью выпускаются трехобмоточные трансформаторы со следующими соотношениями мощностей:

(//) (100% / 100% / 100%);

(//) (100% / 100% / 66,7%);

(//) (100% / 66,7% / 100%).

Выбор того или иного исполнения зависит от величины мощностей, которые протекают по обмоткам (рис. 3.7).

В каталоге трехобмоточного трансформатора указываются: , кВА; ,,, кВ;, кВт;,,, %;, кВт;, %. Здесь показаны результаты замеров напряжений короткого замыкания в трех опытах, проведенных для каждой пары обмоток. Зачастую потери короткого замыкания приводятся для того опыта, в котором они имеют максимальное значение. Этот опыт соответствует номинальным мощностям обеих обмоток, равным трансформатора.

Схема замещения трехобмоточного трансформатора приведена на рис. 3.8. Сопротивления обмоток среднего напряжения ,и низшего напряжения , приведены к стороне высшего напряжения через коэффициент трансформации:

. (3.9)

Потери холостого хода и намагничивающий реактивный ток даются в каталоге и представляются в схеме замещения проводимостями и так же, как и у двухобмоточного трансформатора. Шунт может быть приведен к напряжению любой из обмоток, однако обычно он приводится к ступени высшего напряжения. Проводимости и определяются по тем же формулам, что для двухобмоточного трансформатора.

Активные сопротивления обмоток находятся исходя из опыта короткого замыкания: к одной из обмоток подводится такое напряжение , чтобы в ней протекал номинальный ток, вторая обмотка замкнута накоротко, третья — разомкнута. Если номинальные мощности обмоток равны, то равны и их приведенные сопротивления. Тогда

. (3.10)

Если у одной из обмоток i номинальная мощность меньше, т. е. , то ее приведенное активное сопротивление соответственно больше: .

Индуктивные сопротивления определяются из трех опытов к.з. (В.С, В.Н, С.Н), для них даются ,,и затем решаются уравнения (для 100/100/100):

Из этих уравнений находим

(3.11)

после чего ,иопределяются так же, как для двухобмоточных трансформаторов:

. (3.12)

4. Схема замещения и параметры автотрансформатора. Особенности автотрансформатора

Схема замещения автотрансформатора не отличается от схемы замещения трехобмоточного трансформатора. Особенностью автотрансформатора является наличие электрической связи обмоток высшего и среднего напряжений.

Рассмотрим работу автотрансформатора при передаче мощности со стороны высшего напряжения на сторону среднего. Схема токораспределения при разомкнутой обмотке низшего напряжения показана на рис. 3.9. Для автотрансформатора при разомкнутой обмотке низшего напряжения передаваемые мощности обмоток высшего и среднего напряжений одинаковы и равны соответственно:

(3.13)

Эта мощность проходит от обмотки высшего к обмотке среднего напряжения и называется проходной при номинальных токах и напряжениях обмоток. В то же время это номинальная мощность обмоток , и автотрансформатора

(3.14)

При передаче у обычного трансформатора обмоткиВ и С должны быть рассчитаны на номинальные токи и напряжения, т. е. на номинальные мощности. У автотрансформатора эти обмотки значительно легче. Обмотка 1—2 (последовательная) имеет число витков, определяемое не напряжением , как у обычного трансформатора, а напряжением, и поэтому имеет уменьшенное число витков (при том же токе). Обмотка 0—1 (общая) имеет то же число витков, что и у трансформатора (соответствующее ), но ее сечение меньше и определяется не током , а током . В результате мощности обмоток меньше мощностей обмоток трансформатора и составляют:

— для последовательной обмотки

; (3.15)

— для общей обмотки

. (3.16)

Учитывая, что

,

получим и, т.е., где - типовая мощность трансформатора.

, (3.17)

где — коэффициент выгодности (). Чем меньше(чем ближе к ), тем выгоднее автотрансформатор. Вместоиногда пишут.

Третичная обмотка автотрансформатора иногда рассчитывается на типовую мощность:

, (3.18)

но часто может иметь меньшую мощность ,.

Напряжения опытов короткого замыкания в справочниках даются приведенными к номинальной мощности автотрансформатора. Поэтому индуктивные сопротивления определяются так же, как для трехобмоточных трансформаторов.

Если для автотрансформатора в паспортных данных приводится результат опыта короткого замыкания , то активные сопротивления подсчитываются так же, как для трехобмоточных трансформаторов. При этом . Если приводится результат опыта в. н, т. е. , то его необходимо сначала привести к номинальной мощности автотрансформатора, так как в опыте в.н через обмотки протекал номинальный ток, соответствующий параметрам обмотки низшего напряжения.

Приведение выполняется по формуле

.

Для некоторых автотрансформаторов в паспортных данных указываются потери короткого замыкания для всех опытов: ,,. Для нахождения сопротивлений обмоток необходимо сначала привести результаты опытов кпо формулам

; ,

а затем рассчитать потери короткого замыкания для каждой из обмоток по формулам, аналогичным (3.11):

(3.19)

Активные сопротивления обмоток в этом случае определяются по формуле

.

Обмотки фаз высшего и среднего напряжения автотрансформатора обычно соединяются в звезду с глухим заземлением нейтрали. Необходимость заземления нейтрали автотрансформатора обусловлена опасностью пробоя изоляции на стороне среднего напряжения при однофазном коротком замыкании на стороне высшего напряжения.

На рис. 3.10 показано, что при работе с изолированной нейтралью при однофазном коротком замыкании на стороне высшего напряжения вследствие электрической связи между обмотками высшего и среднего напряжения на здоровых фазах общей обмотки возникает напряжение больше линейного, что недопустимо для изоляции.

Поэтому автотрансформаторы применяют лишь в электрических сетях с глухо заземленной нейтралью, т. е. в сетях напряжением 110 кВ и выше, а сами автотрансформаторы изготовляют с высшим номинальным напряжением не менее 150 кВ и средним — не менее 110 кВ.

Обмотка низшего напряжения автотрансформатора соединяется треугольником для компенсации токов высших гармоник, возникающих из-за электрической связи между высшим и средним напряжением. По этой причине автотрансформаторы применяют для подстанций, имеющих шины не менее трех разных напряжений.

Для интересующихся можно рекомендовать книги, в которых хорошо изложены расчет и работа трансформаторов и автотрансформаторов: Залышкин М Д. Выбор трансформаторов в энергетических системах. М.: ГЭИ, 1960. 95 с.; Васютинский С. Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. М.: Энергия, 1970. 432 с.