3.5. Трансформаторы с расщепленными обмотками

На электростанциях и крупных подстанциях районных электрических сетей и систем электроснабжения промышленных предприятий устанавливают транс­форматоры или трехфазные группы с расщепленными на две (или более) обмотки низшего напряжения, что позволяет присоединять к одному трансформатору два и более генераторов или независимых нагрузок одного или разных классов на­пряжений. Условные обозначения таких трансформаторов приведены на рис. 3.1, е, ж. Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН являются разновидностью двухобмоточного трансформатора. В таком трансформаторе обмотка НН выпол­нена из двух или более обмоток, расположенных симметрично по отношению к обмотке ВН (рис. 3.16). Номинальные напряжения ветвей одинаковы, а мощности их составляют часть номинальной мощности трансформатора и в сумме равны мощности обмотки ВН. В этом состоит отличие трансформаторов с расщеплен­ными обмотками от трехобмоточных трансформаторов, у которых суммарная мощность обмоток СН и НН всегда больше мощности обмоток ВН.

На рис. 3.17, а представлена схема соединений обмоток для одной фазы трехфазного двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН на две ветви. Схема его замещения имеет вид трехлучевой звезды (рис 3.17, б), где R_НН1, R_НН2, Х_нн1|, X _нн2 — активные и индуктивные сопротивления расщепленных обмоток НН, приведенные к напряжению обмотки ВН.

Рис. 3.16. Устройство трехобмоточного трансформатора (а) и двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН (б)

С достаточной для практических расчетов точностью такой трансформатор можно рассматривать как два независимых трансформатора, питающихся от общей сети ВН. Мощность каждой обмотки НН равна половине мощности обмотки ВН, т. е. половине номинальной мощности трансформатора. Соответственно представлены соотношения для сопротивления

(3.45)

Рис. 3.17. Двухобмоточный трансформатор с расщепленными обмотками НН: а — соединение обмоток трансформатора; б — схема замещения

При параллельном соединении обмоток НН трансформатор с расщеплен­ными обмотками будет работать как обычный двухобмоточный. При этом сопро­тивления трансформатора между выводами обмотки ВН и общим выводом НН-1 и НН-2 будут равны сопротивлениям R_o6m и Х_о6щ) отнесенным к номинальной мощности трансформатора:

(3.46)

именуемыми общими, или сквозными, сопротивлениями трансформатора. С учетом (3.45) имеем:

(3.47)

Индуктивное сопротивление обмотки ВН принимают равным нулю, т. е. можно считать Х_о6щ целиком сосредоточенным в обмотках НН, включенных па­раллельно. Учитывая при этом, что Х_нн1| = Х_нн2, из (2.46) получим

(3.48)

Приведенные соотношения, строго говоря, действительны только для групп однофазных трансформаторов, расщепленные обмотки которых можно рассмат­ривать как обмотки отдельных трансформаторов. Коэффициент расщепления (от­ношение сопротивлений короткого замыкания между расщепленными обмотками к сопротивлению короткого замыкания между обмоткой ВН и параллельно со­единенными расщепленными обмотками) для однофазных трансформаторов ра­вен 4. В то же время в трехфазных трансформаторах степень магнитной связи ме­жду расщепленными обмотками отличается от однофазных и зависит от располо­жения обмоток на стержне магнитопровода. При расположении расщепленных обмоток одна над другой коэффициент расщепления равен 3,5 и индуктивные сопротивления обмоток трехфазных трансформаторов составляют:

(3.49)

Связь напряжений обмоток высшего и низшего напряжений учитывается идеальными трансформаторами с коэффициентами трансформации (рис. 3 17 6)

(3.50)

Проводимости трансформаторов с расщепленными обмотками определяют­ся так же, как и для двухобмоточных: по формулам (3.17) и (3.19).

Применение трансформаторов с расщепленными обмотками НН, обладаю­щими повышенными значениями индуктивных сопротивлений (см. (3.48) и (3.49)), способствует снижению мощности короткого замыкания на шинах НН почти вдвое, что позволяет во многих случаях обойтись без токоограничивающих реакторов.

В настоящее время трехфазные двухобмоточные трансформаторы с расще­пленными обмотками НН являются основным типом трансформаторов мощных приемных подстанций напряжением 110—220 кВ.

Вопросы для самопроверки

1. Каково назначение повышающих и понижающих трансформаторов? Для чего в электроэнергетических системах осуществляется трансформация электри­ческого напряжения?

2. Какие используют условные изображения двух-, трехобмоточных сило­вых трансформаторов и автотрансформаторов? Как при изображении указывают­ся схемы соединений обмоток?

3. Начертите схему одно- и трехфазного двухобмоточного трансформато­ров. Соедините обмотки фаз повышающего трансформатора по схеме треуголь­ник—звезда с нулем ( /Y-o) и понижающего трансформатора по схеме звезда-звезда с нулем (Y/Y-o). Электрические сети каких номинальных напряжений мо­гут связывать такие трансформаторы?

4. Как обозначаются типы силовых трансформаторов? Как расшифровыва­ются буквы в обозначениях типа трансформаторов и автотрансформаторов?

5. Какие способы охлаждения и регулирования напряжения применяют в трансформаторах?

6. Каков стандартный ряд номинальных мощностей трансформаторов?

7. Как по обозначениям различить понижающий и повышающий трансфор­маторы?

8. Поясните, возможно ли изменение фазы (сдвига) вторичного напряжения при трансформации?

9. Чем определяется возможность регулирования или изменения напряже­ния?

10. Что относится к паспортным (каталожным) данным двухобмоточных трансформаторов?

11. Какими схемами замещения моделируется двухобмоточный трансформатор? Как в них учитывается магнитная связь обмоток?

12. Как в схемах замещения двухобмоточных трансформаторов показывает­ся трансформация? В каком интервале она может изменяться в трансформаторах с ПБВ и РПН?

13. Каким образом в схемах замещения двухобмоточных трансформаторов учитываются сопротивления отдельных обмоток?

14. В каких случаях используются упрощенные схемы замещения транс­форматоров? В чем суть этих упрощений?

15. В чем заключается опыт короткого замыкания? Какие паспортные дан­ные определяются из этого опыта?

16. Нарисуйте принципиальную схему опыта холостого хода. Что опреде­ляют из этого опыта?

17. Чем представляется в схеме замещения поперечная ветвь? Что она учи­тывает?

18. Чем отличаются паспортные данные однофазных и трехфазных транс­форматоров?

19. Что такое идеальный трансформатор? Что он показывает на схеме заме­щения?

20. Как зависят сопротивления и проводимости трансформаторов от их но­минальной мощности?

21. Каковы соотношения между активными и реактивными сопротивления­ми и проводимостями для трансформаторов небольшой мощности и крупных трансформаторов?

22. Что характеризует относительное значение индуктивного (полного) со­противления трансформатора?

23. Зависит ли мощность холостого хода от номинального напряжения?

24. В каком случае двухобмоточные трансформаторы включаются по пря­мой и обратной схеме замещения?

25. В каких случаях целесообразно применение трехобмоточных трансфор­маторов?

26. Как различить в обозначениях двух- и трехобмоточные трансформато­ры?

27. Какие схемы соединений обмоток применяют для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов? Чем это объясняется?

28. В чем суть опытов короткого замыкания трехобмоточных трансформа­торов?

29. В чем особенность расчета сопротивлений для трехобмоточного транс­форматора по сравнению с двухобмоточным?

30. Какова взаимосвязь активных сопротивлений обмоток и их номинальных мощностей? Как она учитывается при расчете активных сопротивлений обмоток?

31. Как определить индуктивные сопротивления лучей схемы замещения? Соответствуют ли данные опытов короткого замыкания индуктивным сопротив­лениям трехобмоточного трансформатора?

32. Отличается ли определение проводимостей трехобмоточного трансфор­матора от двухобмоточного?

33. Какие трансформации учитываются в схеме замещения?

34. Начертите принципиальные схемы одно- и трехфазного автотрансфор­маторов. Как называются обмотки автотрансформатора?

35. В сетях каких напряжений применяют автотрансформаторы? Почему? Какие преимущества и недостатки имеют автотрансформаторы по сравнению с трехобмоточными трансформаторами?

36. На какие номинальные напряжения и мощности изготавливают в на­стоящее время автотрансформаторы?

37. При каких соотношениях напряжений применение автотрансформаторов становится наиболее выгодным? Почему? Что характеризует коэффициент вы­годности?

38. Что понимается под номинальной и типовой мощностями авто­трансформатора? Что они характеризуют?

39. В чем особенность опытов короткого замыкания автотрансформаторов? Как она учитывается при расчете параметров схемы замещения?

40. Как осуществляется приведение каталожных параметров автотрансфор­маторов к номинальной мощности?

41. Почему нейтрали автотрансформаторов должны быть всегда заземлены?