обмотки), схема и группа соединения обмоток, напряжение на номинальной ступени напряжения и напряжения ответвлений регулируемой обмотки, номинальный ток, напряжение короткого замыкания (напряжение на первичной обмотки при коротком замыкании вторичной, при котором во вторичной обмотке протекает номинальный ток) в процентах, способ охлаждения трансформатора, полная масса трансформатора, масла и активной части в тоннах.

Обмотки фаз трехфазных трансформаторов могут соединяться либо в звезду, либо в треугольник. При соединении обмотки в звезду концы фазных обмоток соединяются в одной точке, называемой нейтралью. Нейтраль может быть глухозаземленной, заземляться через сопротивление или быть изолированной от земли. При соединении обмотки в треугольник конец фазной обмотки соединяется с началом фазной обмотки другой фазы, в результате чего образуется замкнутый треугольник. Совокупность соединений в звезду и треугольник обмоток разного уровня напряжения образуют множество разнообразных групп соединения, которые широко применяются для решения различных технических задач.

Так в сетях 0,4 кВ обмотки низшего напряжения трансформатора соединяются в звезду, ее центр (нейтраль) глухо заземляется. Кроме того, в сети сооружают нейтральный провод, который многократно заземляется по трассе. Это необходимо для обеспечения электробезопасности, поскольку в таких сетях (например, в сетях собственных нужд станции) имеется большое число электроприемников и велика опасность попадания человека под напряжение при повреждении изоляции.

Обмотки высшего напряжения силовых автотрансформаторов всегда соединяются по схеме звезда с заземленной нейтралью (иногда нейтраль автотрансформаторов заземляется через малое индуктивное сопротивление, выбираемое из соображений устойчивости или ограничения токов несимметричных коротких замыканий). Соответственно и обмотки среднего напряжения также оказываются соединенными в звезду.

Обмотки низшего напряжения автотрансформаторов всегда соединяются по схеме "треугольник" для компенсации напряжения третьей и кратной ей гармоник.

4.2.Режимы работы нейтралей трансформаторов

Всовременных энергосистемах сети 110 кВ и выше эксплуатируются с эффективным заземлением нейтрали обмоток силовых трансформаторов (сеть с эффективным заземлением нейтрали – это сеть, в которой заземлена большая часть нейтралей силовых трансформаторов). Сети напряжением 35, 10 и 6 кВ (а это напряжение системы собственных нужд станций) работают с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через дугогасящую катушку. Каждый вид заземления имеет свои недостатки и преимущества.

Всетях с изолированной нейтралью замыкание одной фазы на землю не приводит к протеканию через точку замыкания больших токов, если емкость остальных фаз на землю невелика (ток замыкания на землю определяется в этом случае емкостной проводимостью неповрежденных фаз на землю). Если

же емкость велика, ее компенсируют включением в нейтраль трансформатора реактивного сопротивления (дугогасящей катушки).

При однофазном замыкании на землю на неповрежденных фазах напряжение повышается до линейного, а при замыкании через дугу возможно появление перенапряжений, распространяющихся на всю электрически связанную сеть. При этом если где-то находятся участки с ослабленной изоляцией, возможно развитие повреждения и переход его пожар. На нейтрали в таких случаях также возникает напряжение примерно равное половине линейного. Чтобы при замыканиях на землю не происходило повреждения обмоток трансформаторов таких сетей, изоляцию их нейтралей выполняют на тот же класс напряжения, что и изоляцию линейных вводов. При этом не требуется никаких средств защиты нейтрали, кроме ограничителей перенапряжений (ОПН), включаемых параллельно дугогасящей катушке.

В сетях с эффективным заземлением нейтрали однофазное замыкание на землю приводит к короткому замыканию. Поврежденный участок сети отключается действием автоматики. Но при наличии большого числа трансформаторов с заземлением нейтрали в сети много, ток однофазного короткого замыкания в месте повреждения в этом случае может оказаться очень большим. Поэтому в таких сетях заземляют не все нейтрали для снижения уровня токов однофазного короткого замыкания (на участках, где нейтрали трансформаторов не заземлены, ток однофазного короткого замыкания вообще не протекает). Число заземленных нейтралей на каждом участке сети устанавливается расчетами, для чего разработаны эффективные программные комплексы. При выборе точек заземления нейтралей руководствуются требованиями релейной защиты и обеспечением защиты изоляции разземленных нейтралей от перенапряжений.

Дело в том, что в трансформаторах напряжением 110 кВ нейтраль выполняют с пониженным уровнем изоляции (в нормальных режимах на нейтрали потенциал равен нулю), соответствующем стандартному классу напряжения 35 кВ (переключающие устройства, включенные со стороны нейтрали, также выполняются с классом изоляции 35 кВ). Трансформаторы 220 кВ имеют также пониженный на класс уровень изоляции нейтралей. Во всех случаях это дает большой экономически эффект.

Изоляция класса 35 кВ разземленной нейтрали нуждается в защите от повышенных напряжений. Кроме того, при неполнофазных отключениях (или включениях) ненагруженных трансформаторов с изолированной нейтралью переходный процесс сопровождается кратковременными перенапряжениями. Для защиты от них в нейтраль включается ограничитель перенапряжений.

Разземление нейтрали автотрансформаторов не практикуется.

4.3. Регулирование коэффициента трансформации трансформатора

Если трансформатор работает на холостом ходу, отношение фазовых напряжений обмоток высшего и низшего напряжений (коэффициент трансформации трансформатора) равно отношению числа витков соответствующих обмоток.

На холостом ходу трансформатор потребляет из сети мощность, которая расходуется на намагничивание сердечника трансформатора. Активная мощность, соответствующая намагничиваю трансформатора, называется потерями холостого хода, которые зависят от подведенного к трансформатору напряжения (квадратично). Ток намагничивания называют током холостого хода, для мощных трансформаторов он составляет доли процента от номинального тока.

При нагрузке трансформатора в нем возникают потери напряжения, кроме того потери напряжения возникают и в сети. В связи с этим возникает необходимость повышения напряжения в тех точках сети, от которых питаются потребители. Для этого в трансформаторах и автотрансформаторах имеются устройства, с помощью которых производится изменение их коэффициентов трансформации. Изменение коэффициента трансформации осуществляется путем изменения числа витков обмотки высшего напряжения, для этого в обмотках высшего напряжения предусматриваются:

–регулировочная обмотка с ответвлениями;

–избиратель, осуществляющий выбор ответвлений;

–контакторы, осуществляющие переключения (которые сопровождаются возникновением дуги);

–токоограничивающие элементы (резисторы).

Такая совокупность элементов называется устройством для регулирования напряжения под нагрузкой, они присоединяются к специальному переключающему устройству и снабжаются автоматическим регулятором коэффициента трансформации АРКТ.

Такие переключающие устройства допускают переключение ответвлений в процессе работы трансформатора, их называют устройствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

Число ответвлений в устройствах РПН довольно велико, например, для трансформаторов с номинальным напряжением обмотки высшего напряжения на 115 кВ, предусматриваются диапазоны регулирования 16% от Uном при9 ступенях регулирования по 1,78% каждая.

Для трансформаторов малых мощностей устройства переключения ответвлений под напряжением не предусматривается. Переключения выполняются вручную на отключенном трансформаторе. Такие устройства регулирования коэффициентов трансформации называют устройствами переключений без возбуждения (ПБВ). Число ответвлений, предусмотренных для изменению коэффициента трансформации, в таких трансформаторов невелико (5 ответвлений).

Блочные трансформаторы, предназначенные для подключения синхронных генераторов, также выполняют с устройством ПБВ, поскольку напряжение на таких трансформаторах регулируется генератором.

Несколько иначе выполняется РПН в автотрансформаторах. При изменении числа витков обмоток вблизи нейтрали автотрансформатора, изменяются коэффициенты трансформации как между обмотками высшего и низшего напряжений, так и между обмотками высшего и среднего напряжений. Это очень неудобно, поэтому ставят регулировочную обмотку на среднем напряжении и даже в линии.

При передаче мощности через трансформатор напряжение на вторичной обмотке снижается по сравнению с напряжением при работе на холостом ходу из-за падения напряжения в обмотках (это падение напряжения определяется напряжением короткого замыкания) и происходит потеря мощности.

Потери мощности состоят из двух компонент: потерь мощности, которые существуют и на холостом ходу (они обусловлены потерями на намагничивание сердечника трансформатора), и потерь мощности, которые зависят от нагрузки трансформатора (они пропорциональны квадратам токов, протекающим в обмотках трансформатора). Эти параметры характеризуют экономичность работы трансформатора.

Для снижения потерь холостого хода магнитопровод трансформатора изготавливается из стали более высокого качества (тоньше листы стали, повышенное сопротивление стали, высокое качество сборки магнитопровода), а сам магнитопровод выполняется более совершенной конструкции (минимизация потоков рассеяния, замкнутых контуров и проводящих массивов на пути магнитного потока).

Полная мощность трансформатора определяется по формуле:

S3UВНIВН 3UНН IНН .

Втрехобмоточных трансформаторах номинальной называют мощность

наиболее мощной обмотки.

В автотрансформаторах номинальной мощностью называется полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную сеть. Эта мощность называется еще проходной: она состоит из электриче-

ской мощности Sэ 3UСНIВН и трансформаторной мощности

Sэ 3 UВН UСН IВН .

Трансформаторная мощность в номинальном режиме трансформатора

называется типовой мощностью. Отношение типовой мощности к полной номинальной называется коэффициентом выгодности:

где kВН-СН коэффициент трансформации между обмотками высшего и среднего напряжения.

Основными элементами конструкции трансформатора являются магнитопровод и обмотки.

Магнитопровод с размещенными на нем обмотками составляют активную часть трансформатора, которая помещается в заполняемом специальным трансформаторным маслом баке.

Соединение обмоток между собой и с вводами и выводами из бака производится с помощью отводов. На стенке бака укрепляются устройства охлаждения радиаторы и охладители.

В трансформаторах применяются системы поверхностного охлаждения, охлаждающей средой являются масло или воздух.