ЭСиС материалы к курсовому проекту / Лекции / ПиРЭЭ_лекция_9_2008

Лекция №9

Раздел 5 Определение потерь мощности электро­энергии

Схемы замещения трансформаторов

Н а ПС применяют двух, трехобмоточные трансформаторы, а также АТ.

1) Двухобмоточный трансформатор условно обозначается так:

Первичная обмотка со вторичной имеет только магнитную связь.

Имеет две обмотки и связывает сети двух напряжений.

2 ) Трехобмоточный трансформатор связывает сети 3-х напряжений, и обозначается:

3) Двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой НН. U_нн1=U_нн2: U_нн1^_U_нн2 – 6,10кВ обозначается:

Трансформаторы выполняются либо трехфазными, либо однофазными (три однофазных трансформатора на ПС составляют одну трехфазную трансформаторную группу).

Двухобмоточный трансформатор

Влияние трансформаторов на режим работы системы учитывается с помощью схемы замещения (Г-образной). Такая схема замещения (Г-образная) для одной фазы двухобмоточного трансформатора показана на рис.1,

где r_Т=r₁+r^I₂ – сумма активного сопротивления первичной обмотки и приведенного к ней (к первичной) активного сопротивления вторичной обмотки;

х_Т=х₁+х^I₂ – сумма индуктивного сопротивления рассеяния первичной обмотки и приведенного к ней (к первичной) индуктивного сопротивления вторичной обмотки.

r_Т и х_Т называют активным и индуктивным сопротивлениями трансформатора.

Проводимости g_Т и в_Т, определяют активную и реактивную слагающие намагничивающего тока трансформатора I_.

Активная составляющая этого тока обусловлена потерями мощности в стали трансформатора, а реактивная определяет магнитный поток взаимоиндукции обмоток трансформатора.

В схему включен идеальный трансформатор, не имеющий сопротивлений и магнитных потоков рассеяния. Соотношение напряжений на его зажимах постоянно и определяется коэффициентом трансформации реального трансформатора в режиме холостого хода.

Обычно идеальный трансформатор в схемах замещения опускается, и расчеты выполняются к приведенным величинам вторичного напряжения U^I₂ и тока I^I₂ (см. рис.2 упрощенная схема замещения).

П ри U220кВ ветви намагничивания учитываются в виде дополнительной нагрузки потери мощности в стали трансформатора или потери холостого хода.

где Р_хх+jQ_хх – потери мощности в стали или потери х.х.

Опыт холостого хода

Проводимости ветви намагничивания определяются результатами опыта х.х. В этом опыте размыкается вторичная обмотка, а к первичной подводится номинальное напряжение. Ток в продольной части схемы замещения равен нулю, а к поперечной приложено Uном. Трансформатор потребляет в этом режиме только мощность, равную потерям холостого хода.

Как следует из схемы замещения, ток и мощность, потребляемая трансформатором в этом режиме, определяется параметрами цепи намагничивания

_ххU²_номg_Т

Q_xxU²_номв_Т, откуда

g_Т=; в_Т=.

Намагничивающая мощность Q_хх обычно принимается равной полной мощности х.х. трансформатора S_хх в виду малости потерь активной мощности _хх в сравнении с Q_хх.

 Q_ххS_ххI_ или I_xx

Мощность S_хх в относительных единицах равна току холостого хода в процентах, который указывается в каталожных данных.

I_=

Проводимости g_Т и в_Т схемы замещения трансформатора определяются по результатам опыта х.х., в котором при разомкнутой вторичной обмотке к первичной обмотке трансформатора подводиться номинальное напряжение.

Для каждого трансформатора известны следующие параметры (каталожные данные) к ним относятся:

Потери к.з. Р_к.з., [кВт];

Потери х.х. Р_хх, [кВт];

Напряжение короткого замыкания U_к, %;

Ток холостого хода I_xx=I_, %.

Они позволяют определить все сопротивления и проводимости схемы замещения и вычислить потери активной и реактивной мощности в нем (стр.64 Идельчик).

Опыт короткого замыкания

Активное и индуктивное сопротивление одной фазы трансформатора может быть экспериментально определены из опыта короткого замыкания (к.з.). Этот опыт состоит в том, что вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко, а к первичной подводится такое напряжение, при котором токи в обеих обмотках трансформатора имеют номинальное значение. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания (U_к).

Активная мощность, потребляемая трансформатором в опыте к.з., целиком расходуется на нагрев его обмоток. Потери в стали при этом ничтожны из-за малости приложенного напряжения (U_кU_ном). Поэтому можно считать, что в опыте к.з.:

_кз=3I²_номr_Т=; S=UI; I=;

откуда

Напряжение короткого замыкания (U_к) складывается из двух составляющих: Первая составляющая – падение напряжения в активном и вторая составляющая – в индуктивном сопротивлениях от тока, протекающего в режиме к.з. В крупных трансформаторах r_Тx_Т.

Пренебрегая падением напряжения в активном сопротивлении можно считать:

U_к%U_r%=; U_ф=;

откуда х_Т=;

х_Т=

х_Т – в Ом, при U_ном – кВ, S_ном – МВА.

Передача мощности через трансформаторы сопровождается потерями мощности в активном и реактивном сопротивлениях его обмоток, а также с потерями связанными с намагничиванием стали.

Потери, возникающие в обмотках, зависят от протекающего по ним тока; потери, идущие на намагничивание, определяются приложенным напряжением и в первом приближении может быть приняты неизменными и равными потерям х.х.

Суммарные потери мощности в трансформаторе:

Р_Т=3I²₂r_Т+Р_хх=

Q_Т=3I²₂x_Т+Q_xx=

Q_xx – выразить через каталожные данные.

Когда напряжение U₂ неизвестно, принимают U₂=U_ном, к которому приведены сопротивления r_Т и х_Т.

При работе “n” одинаковых трансформаторов их эквивалентное сопротивление уменьшается  в “n” раз, тогда как потери на намагничивание увеличиваются  в “n” раз.

При этом: Р_Т

Q_Т

Потери мощности могут быть найдены по каталожным параметрам трансформаторов без предварительного вычисления сопротивлений r_Т и х_Т.

Поскольку потери к.з. _кз определяются при номинальном токе трансформатора.

_кз=3I²_номr_Т,

а при любом другом токе потери активной мощности в обмотках:(потери в меди)

_м=3I²₂r_Т,

то справедлива зависимость:

Тогда при одном трансформаторе из (*) при известной реальной загрузке трансформаторов получим: _м=_кз

При работе “n” одинаковых трансформаторов: _Т=

Подставив выражение для реактивного сопротивления (5) в (7) получим:

Q_Т=:(12)

Задания для самостоятельной работы:

1. Расчет потерь в двухобмоточных трансформаторах.

2. Анализ каталожных данных двухобмоточных трансформаторов из справочных материалов и данных заводов-изготовителей.