6 Трансформаторы и Автотрансформаторы

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электроэнергии одного напряжения на другое. На пути к потребителю электроэнергия многократно трансформируется, поэтому в энергосистеме установленная мощность трансформаторов в 4-5 раз больше установленной мощности генераторов.

Номинальные параметры трансформаторов: мощность S_ном; напряжение U_ном; ток I_ном; напряжение короткого замыкания U_кз; ток холостого хода I_хх; потери холостого хода P_хх; потери короткого замыкания P_кз.

Номинальной мощностью трансформатора называется значение полной мощности с которой может длительно может работать трансформатор при номинальных условиях охлаждения, частоте и напряжении.

В таблице 1.3 приведена шкала номинальных мощностей (кВА) трансформаторов до 6300 кВА включительно.

Таблица 1.3

Шкала номинальных мощностей трансформаторов

10	16	25	40	63
100	160	250	400	630
1000	1600	2500	4000	6300

Напряжение короткого замыкания U_кз – это напряжение при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней протекает ток равный номинальному. U_кз характеризует полное сопротивление трансформатора. В справочных данных оно обычно указывается в % от номинального напряжения. U_кз – используется при расчетах токов короткого замыкания.

Потери холостого хода P_хх – это активные потери мощности в стали на перемагничивание и на вихревые токи. В современных трансформаторах с холоднокатанной сталью марки Э330А потери меньше.

Потери короткого замыкания P_кз. – обусловлены потерями активной мощности в обмотках трансформатора при протекании токов нагрузки и добавочными потерями вызванными магнитными полями рассеяния.

Значения P_хх, P_кз используются при расчетах связанных с определением экономичных режимов трансформаторов.

Типы трансформаторов: однофазные и трехфазные.

Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы. Однофазные трансформаторы применяются при большой мощности и высоких напряжениях (500, 750 кВ), когда возникают затруднения по условиям транспортировки. Технико-экономические показатели трехфазных трансформаторов лучше чем у однофазных. Расход активных материалов у них на 20-25 % меньше чем у группы однофазных трансформаторов такой же мощности.

По количеству обмоток различают двухобмоточные и трехобмоточные. В трехобмоточных трансформаторах мощность обмотки низкого или среднего напряжения может быть меньше номинальной (например 67 %). Сумма нагрузок обмоток низкого и высокого напряжения при этом не должна превышать номинальной.

Трансформаторы с расщепленной обмоткой являются разновидностью трехобмоточных трансформаторов. Обмотка низкого напряжения может выполняться из двух или более изолированных ветвей. Мощность каждой из расщепленных обмоток определяется выражением:

,

где n – количество расщепленных ветвей.

Рис. 1.17. Схема замещения трансформатора с расщепленной обмоткой

Конструктивные особенности и характеристики трансформаторов с расщепленной обмоткой.

Достоинством трансформаторов с расщепленной обмоткой является большое сопротивление ветвей, что позволяет уменьшить токи короткого замыкания в РУ низкого напряжения подстанций.

В справочниках для трансформаторов с расщепленной обмоткой U_кз обычно задано между обмоткой высокого напряжения и параллельно соединенными обмотками низкого напряжения (). ЗначенияU_кз находятся при этом в диапазоне 10-12 % и для отдельных обмоток могут быть определены по выражениям:

;

,

где K_р – коэффициент расщепления, принимается равным – для трехфазных трансформаторов;– для группы из трех однофазных трансформаторов.

При расчете токов короткого замыкания на стороне низкого напряжения трансформатора (при раздельной работе обмоток низкого напряжения) можно принимать: _.

В случае если для трансформатора с расщепленной обмоткой значение U_к.т, приведенное в справочнике, превышает 20 %, то применять коэффициент 2 не следует, т.к. справочные данные приведены для раздельной работы обмоток низкого напряжения трансформатора.

Автотрансформаторы

Автотрансформатор представляет собой многообмоточный трансформатор у которого две обмотки связаны электрически.

Рис. 1.18. Схема однофазного трехобмоточного автотрансформатора

Полная мощность передаваемая из первичной стороны автотрансформатора в во вторичную называется проходной. Проходная мощность в номинальном режиме называется номинальной S_ном.

Мощность передаваемая электромагнитным полем называется трансформаторной: . Трансформаторная мощность в номинальном режиме называется типовойS_тип.

Мощность передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет электрической связи называется электрической: .

Размеры автотрансформатора определяются в основном магнитопроводом, а, следовательно, типовой мощностью.

Коэффициент типовой мощности:

.

Номинальная мощность обмотки низкого напряжения (электрически не связанной) автотрансформатора всегда меньше (или равна) типовой мощности S_тип.