17. Особенности конструкции автотрансформаторов. Параметры и режимы работы автотрансформаторов

В установках 110 кВ и выше широкое применение находят автотрансформаторы (АТ) большой мощности. Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки CВ и ОС. Часть обмотки, заключенная между выводами В и С, называется последовательной, а между С и О – общей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток , который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке т ок  Ток нагрузки вторичной обмотки складывается из тока , проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока , созданного магнитной связью этих обмоток.

Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную, называется проходной.Если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток автотрансформатора, можно записать: или

где – трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную;

– электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации.

Эта мощность не нагружает общей обмотки, потому что ток из последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку ОС.

В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора, а трансформаторная мощность — типовой.

Размеры магнитопровода и его масса определяются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:

где – коэфф. трансформации,

K_т– коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.

Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на S_тип нельзя.

К особенностям конструкции автотрансформаторов следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали, общей для обмоток ВН и СН, т.к. если в системе с эффективно заземленной нейтралью включить понижающий автотрансформатор с незаземленной нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение , а не . напряжение выводов обмотки СН возрастет примерно до U_B, резко увеличится напряжение, приложенное к обмоткам неповрежденных фаз. Аналогичная картина наблюдается в случае повышающего автотрансформатора. Такие перенапряжения недопустимы, поэтому нейтрали всех автотрансформаторов глухо заземляются.

Преимущества автотрансформаторов в сравнении с силовыми трансформаторами:

1. меньший расход материалов 2. меньшие габариты 3. меньшие потери и больший КПД

4. более лёгкие условия охлаждения

Недостатки:

1. Необходимость глухого заземления нейтрали и возрастание токов КЗ

2. сложность регулирования напряжения 3. опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.

18. Регулирование напряжения трансформаторов и автотрансформаторов.

В электрических сетях предусматриваются способы регулирования напряжения, одним из которых является изменение коэффициента трансформации трансформаторов.

О бмотки трансформаторов снабжаются дополнительными ответвлениями, с помощью которых можно изменять коэффициент трансформации ( , ). Переключение ответвлений может происходить без возбуждения (ПБВ), т. е. после отключения всех обмоток от сети или под нагрузкой (РПН).

Устройство ПБВ позволяет регулировать напряжение в пределах ±5%, для чего трансформаторы небольшой мощности, кроме основного вывода, имеют два ответвления от обмотки высшего напряжения: +5% и -5%. Если трансформатор работал на основном выводе 0 и необходимо повысить напряжение на вторичной стороне, то, отключив трансформатор, производят переключение на ответвление -5%, уменьшая тем самым число витков .

У стройство ПБВ не позволяет регулировать напряжение в течение суток, так как это потребовало бы частого отключения трансформатора для производства переключений, что по условиям эксплуатации практически недопустимо. Обычно ПБВ используется только для сезонного регулирования напряжения.

Регулирование под нагрузкой (РПН) позволяет переключать ответвления обмотки трансформатора без разрыва цепи. Устройство РПН предусматривает регулирование напряжения в различныхпределах в зависимости от мощности и напряжения трансформатора (от ± 10 до 16 % ступенями приблизительно по 1,5 %).

Регулировочные ступени выполняются на стороне ВН, так как меньший по значению ток позволяет облегчить переключающее устройство. Для расширения диапазона регулирования без увеличения числа ответвлений применяют ступени грубой и тонкой регулировки. Наибольший коэффициент трансформации получается, если переключатель П находится в положении II, а избиратель И — на ответвлении 6. Наименьший коэффициент трансформации будет при положении переключателя I, а избирателя — на ответвлении 1. Переход с одного ответвления регулировочной обмотки на другое осуществляется так, чтобы не разрывать ток нагрузки и не замыкать накоротко витки этой обмотки. Это достигается в специальных переключающих у стройствах с тиристорными переключателями.

Для регулирования напряжения под нагрузкой на мощных трансформаторах и автотрансформаторах применяются также последовательные регулировочные трансформаторы.

Они состоят из последовательного трансформатора 2, который вводит добавочную ЭДС в основную обмотку автотрансформатора 1, и регулировочного автотрансформатора 3, который меняет эту ЭДС. С помощью таких трансформаторов можно изменять не только напряжение (продольное регулирование), но и его фазу (поперечное регулирование). Данная система дороже, чем РПН, поэтому её применениеограничено.

Одним из видов последовательных регулировочных трансформаторов являются линейные регуляторы, которые включаются последовательно в линию или в цепь трансформатора без РПН, обеспечивая регулирование напряжения в пределах ±(10—15)%.

Широкое применение линейные регуляторы находят на подстанциях с автотрансформаторами. На стороне СН регулирование напряжения обеспечивается встроенным в автотрансформатор РПН, а на стороне НН устанавливается регулировочный трансформатор, снабженный автоматическим регулированием напряжения.