21

тельных токов в цепи обмоток параллельно включенных трансформаторов. Это влияет на распределение нагрузки между трансформаторами. В итоге одни трансформаторы оказываются недогруженными (их нагрузка становится намного меньше номинальной), а другие – перегруженными. Так как перегрузка трансформаторов недопустима, приходится уменьшать общую нагрузку трансформаторов, что ведет к недоиспользованию трансформаторов и снижает их экономические показатели. Но при значительных отклонениях от указанных условий включение на параллельную работу оказывается недопустимым, так как ведет к возникновению аварийной ситуации. Общая нагрузка параллельно работающих трансформаторов при точном соблюдении всех условий параллельной работы распределяется между ними пропорционально номинальным мощностям этих трансформаторов.

Помимо соблюдения указанных условий необходимо перед включением трансформаторов на параллельную работу проверить порядок чередования фаз, который должен быть одинаковым у всех трансформаторов.

Соблюдение всех перечисленных условий проверяется фазировкой трансформаторов, сущность которой состоит в том, что одну пару противоположно расположенных зажимов на рубильнике, например среднюю (рисунок 44, б), соединяют проводом и с помощью вольтметра V0 (нулевой вольтметр) измеряют напряжение между оставшимися несоединенными парами зажимов рубильника. Если вторичные напряжения трансформаторов равны, их группы соединения одинаковы и порядок следования фаз у них один и тот же, то показания вольтметра V0 равны нулю. В этом случае трансформаторы можно подключать на параллельную работу. Если вольтметр V0 покажет некоторое напряжение, то необходимо выяснить, какое из условий параллельной работы нарушено. Необходимо устранить это нарушение и вновь провести фазировку трансформаторов. Следует отметить, что при нарушении порядка следования фаз вольтметр V0 покажет двойное линейное напряжение. Это необходимо учитывать при подборе вольтметра, предел измерения которого должен быть не менее двойного линейного напряжения на вторичной стороне трансформаторов.

Общая нагрузка всех включенных на параллельную работу трансформаторов S не должна превышать суммарной номинальной мощности этих трансформаторов.

7 Регулирование напряжения трансформаторов

Обмотки ВН понижающих трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями, с помощью которых можно получить коэффициент трансформации, несколько отличающийся от номинального, соответствующего номинальному вторичному напряжению при номинальном первичном. Необходимость в этом объясняется тем, что напряжения в разных точках линии электропередачи, куда могут быть включены понижающие трансформаторы, отличаются друг от друга и, как правило, от номинально-

22

го первичного напряжения. Кроме того, напряжение в любом месте линии может изменяться из-за колебаний нагрузки. Но так как напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора во всех случаях должно быть равно номинальному или незначительно (в пределах допустимого) отличаться от него, то потребность изменения коэффициента трансформации в процессе эксплуатации трансформатора становится необходимой. Регулировочные ответвления делают в каждой фазе либо вблизи нулевой точки, либо посередине обмотки. В первом случае на каждой фазе делают по три ответвления (рисунок 45, а), при этом среднее ответвление соответствует номинальному коэффициенту трансформации, а два других – коэффициен-

там трансформации, отличающимся от номинального на ±5 %. Во втором случае обмотку разделяют на две части и делают шесть ответвлений (рисунок 45, б). Это дает возможность кроме номинального коэффициента трансформации получить еще четыре дополнительных значения, отли-

чающихся от номинального на ±2,5 и ±5 %.

а) б)

Рисунок 45 – Схемы обмоток трехфазных трансформаторов с регулировочными ответвлениями

Переключать ответвления обмоток можно при отключенном от сети

трансформаторе (переключение без возбуждения (ПБВ)). Для ПБВ

применяют переключатели ответвлений (рисунок 46). На каждую фазу устанавливают по одному переключателю, при этом вал, вращающий контактные кольца переключателей по всем фазам одновременно, связан посредством штанги с рукояткой 6 на крышке бака трансформатора (см. рисунок 9).

23

Рисунок 46 – Переключатель ответвлений ПБВ

Регулирование под нагрузкой (РПН) производится без отключе-

ния трансформатора. Принцип РПН основан на изменении коэффициента трансформации посредством регулировочных ответвлений. Однако переключение с одного ответвления на другое осуществляют без разрыва цепи рабочего тока. С этой целью обмотку каждой фазы снабжают специальным

переключающим устройством, состоящим из реактора Р, двух контакторов с контактами К1 и К2 и переключателя с двумя подвижными контактами П1 и П2 (рисунок 47, а).

Рисунок 47 – Последовательность переключения контактов под нагрузкой

В рабочем положении два подвижных контактора переключателя находятся на одном ответвлении, контакты К1 и К2 замкнуты и рабочий ток направлен параллельно по двум половинам обмотки реактора. Если возникла необходимость переключения с одного ответвления на другое, на-

24

пример с Х1 на Х3, то разомкнутся контакты контактора К1 (положение 1 на рисунке 47, б), подвижный контакт П1 переключателя обесточенной ветви переводится на другое ответвление и контакты контактора К1 вновь замыкаются (положение 2 на рисунке 47, б). В этом положении часть об-

мотки между ответвлениями Х1 и Х3 оказывается замкнутой. Однако ток в цепи переключающего устройства не достигает большого значения, так как он ограничивается сопротивлением реактора Р. В таком же порядке осуществляется перевод подвижного контакта К2 с ответвления Х1 на от-

ветвление Х3 (положения 3 и 4 на рисунке 47, б), после чего процесс переключения заканчивается. Аппаратура РПН располагается в общем баке с трансформатором, а ее переключение автоматизируется или осуществляется дистанционно (со щита управления). Трансформаторы с РПН обычно рассчитаны для регулирования напряжения в пределах 6–10 %.

8 Автотрансформаторы

Рисунок 48 – Однофазный (а) и трехфазный (б) автотрансформаторы

В автотрансформаторе (рисунок 48) между первичной и вторичной цепями помимо магнитной связи существует еще и электрическая связь. Объясняется это тем, что в автотрансформаторе имеется всего лишь одна обмотка (на каждую фазу), часть витков которой принадлежит как первичной, так и вторичной цепям. Расчетная мощность автотрансформатора составляет лишь часть проходной мощности, передаваемой из первичной цепи во вторичную. Другая часть этой мощности передается из первичной во вторичную цепь без участия магнитного поля за счет электрической связи между цепями автотрансформатора:

Sпр= U2I2= U2(I1+I12) = U2I1+U2I12 = Sэ = Sрасч,

25

где SЭ – мощность, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во вторичную за счет электрической связи между этими цепями,

SЭ = U2·I1;

SРАСЧ – расчетная мощность в автотрансформаторе, SРАСЧ =

= U2·I12.

Таким образом, расчетная мощность составляет лишь часть всей мощности, передаваемой из первичной цепи автотрансформатора во вторичную. Это дает возможность для изготовления автотрансформатора использовать магнитопровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности. При этом за счет уменьшенного сечения сердечника средняя длина витка обмотки также становится меньше, а следовательно, сокращается расход меди на выполнение обмотки автотрансформатора. Одновременно уменьшаются магнитные и электрические потери, а КПД автотрансформатора по сравнению с двухобмоточным трансформатором равной мощности повышается.

Автотрансформаторы по сравнению с трансформаторами обладают следующими преимуществами:

− меньше расход активных материалов (медь и электротехническая сталь);

−более высокий КПД;

−меньше размеры;

−меньше стоимость.

Указанные преимущества автотрансформаторов тем значительнее, чем больше мощность SЭ, передаваемая за счет электрической связи между обмотками, а следовательно, чем меньше расчетная часть SРАСЧ проходной мощности автотрансформатора.

Мощность SЭ, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во вторичную за счет электрической связи между этими цепями, определяется выражением

Sэ = U2I1 = U2I2kA = Sпр/kA,

т. е. значение этой мощности обратно пропорционально коэффициенту трансформации автотрансформатора КА.

Применение автотрансформатора дает заметные преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших зна-

чениях коэффициента трансформации КА ≤ 2. Например, при КА = 1 вся мощность автотрансформатора передается во вторичную цепь за счет электрической связи между цепями (SЭ/SПР = 1).

При больших значениях коэффициента трансформации перечисленные достоинства автотрансформаторов уступают его недостаткам. Из них наиболее существенными являются:

27

Задача 2. Используя приведенные в таблице 4 значения параметров трехфазных масляных трансформаторов серии ТМ (в обозначении марки в

числителе указана номинальная мощность трансформатора SНОМ, в знаменателе – высшее напряжение), определить для каждого варианта значения параметров, величины которых не указаны в этой таблице. Обмотки соединены по схемам Y/Y. Частота тока в сети f = 50 Гц.

Таблица 4 Параметры трехфазных масляных трансформаторов серии ТМ

Решение

Вариант с трансформатором ТМ-1000/35. Напряжение на выводах обмотки НН

U2 НОМ = U1 НОМ/k = 35/5,56 = 6,3 кВ.

Число витков в фазной обмотке НН

w2 = w1/k = 1600/5,56 = 288 витков.

Максимальное значение основного магнитного потока

Φmax = U2 НОМ/( 3·4,44·f·w2) = 6 300/( 3·4,44·50·288) = 0,057 Вб.

Площадь поперечного сечения стержня магнитопровода

QСТ = Φmax/(Вmax·Кс) = 0,057/(1,5·0,95) = 0,04 м2.

28

Задача 3. Однофазный двухобмоточный трансформатор номинальной мощностью SНОМ и номинальным током во вторичной цепи I2 НОМ при номинальном вторичном напряжении U2 НОМ имеет коэффициент трансформации k при числе витков в обмотках w1 и w2. Максимальное значение магнитной индукции в стержне Вmax, а площадь поперечного сечения этого стержня QСТ; ЭДС одного витка EВИТ, частота переменного тока в сети

f = 50 Гц. Значения перечисленных параметров приведены в таблице 5. Требуется определить не указанные в этой таблице значения параметров.

Таблица 5 Параметры однофазных двухобмоточных трансформаторов

Решение

Вариант X.

Максимальное значение основного магнитного потока

Φmax = EВИТ/(4,44·f·w) = 5/(4,44·50·1) = 0,0225 Вб.

Площадь поперечного сечения стержня магнитопровода

QСТ = Φmax/(Вmax·Кс) = 0,0225/(1,5·0,95) = 0,0158 м2.

Число витков вторичной обмотки

w2 = U2 НОМ/(4,44·f·Φmax) = 400/(4,44·50·0,0225) = 80 витков.

Число витков первичной обмотки

w1 = w2·k = 80·15 = 1 200 витков.

Полная номинальная мощность трансформатора

SНОМ = U2 НОМ·I2 НОМ =400·172 = 68,8 кВ·A.

29

Задача 4. Однофазный трансформатор включен в сеть с частотой тока f = 50 Гц. Номинальное вторичное напряжение U2 НОМ, коэффициент трансформации k указан в таблице 6. Определить число витков в обмотках w1 и w2, если в стержне магнитопровода трансформатора сечением QСТ максимальное значение магнитной индукции Вmax. Коэффициент заполнения стержня сталью Кс = 0,95.

Таблица 6 Параметры однофазных двухобмоточных трансформаторов

Решение

Вариант X.

Максимальное значение основного магнитного потока

Φmax = Вmax·QСТ·Кс = 1,3·0,049·0,95 = 0,06 Вб.

Число витков во вторичной обмотке трансформатора

w2 = U2 НОМ/(4,44·f·Φmax) = 230/(4,44·50·0,06) = 17 витков.

Количество витков в первичной обмотке

w1 = w2·k = 17·15 = 255 витков.

Задача 5. В таблице 7 приведены некоторые параметры трехфазных масляных трансформаторов: номинальная мощность SНОМ; номинальные первичное U1 НОМ и вторичное U2 НОМ напряжения; номинальный ток первичной стороны I1 НОМ; напряжение короткого замыкания UК и его активная uКА и реактивная uКР составляющие; ток холостого хода I0; мощности холостого хода Р0 и короткого замыкания РК; коэффициенты мощности холостого хода cosφ0 и короткого замыкания cosφК; сопротивление короткого замыкания ZK и его активная rK и реактивная xK составляющие; номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки ∆UНОМ при коэффициенте мощности нагрузки трансформатора cosφ2 = 0,8 (характер

нагрузки – индуктивный). Соединение обмоток трансформатора Y/Y. Требуется определить параметры трансформатора, значения которых в таблице не указаны.