Устройство и принцип работы

Схема однофазного двухобмоточного трансформатора представлена ниже.

На схеме изображены основные части: ферромагнитный сердечник, две обмотки на сердечнике. Первая обмотка и все величины которые к ней относятся (i₁-ток, u₁-напряжение, n₁-число витков,Ф₁ – магнитный поток) называют первичными, вторую обмотку и соответствующие величины - вторичными.

Первичную обмотку включают в сеть с переменным напряжением, её намагничивающая сила i1n1 создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обеими обмотками и в них индуцирует ЭДС e₁= -n₁ dФ/dt, e₂= -n₂dФ/dt. При синусоидальном изменении магнитного потока Ф = Фm sinωt, ЭДС равно e = Em sin (ωt-π/2). Для того чтобы посчитать действующее значение ЭДС нужно воспользоваться формулой E=4.44 f n Фm, где f- циклическая частота, n – количество витков, Фm – амплитуда магнитного потока. Причем если вы хотите посчитать величину ЭДС в какой либо из обмоток, нужно вместо n подставить число витков в данной обмотке.

Из приведенных выше формул можно сделать вывод о том, что ЭДС отстает от магнитного потока на четверть периода и отношение ЭДС в обмотках трансформатора равно отношению чисел витков E1/E2=n1/n2.

Если вторая обмотка не находится под нагрузкой, значит трансформатор находится в режиме холостого хода. В этом случае i₂ = 0, а u₂=E₂, ток i₁ мал и мало падение напряжения в первичной обмотке, поэтому u₁≈E₁ и отношение ЭДС можно заменить отношением напряжений u₁/u₂ = n₁/n₂ = E₁/E₂ = k. Из этого можно сделать вывод, что вторичное напряжение может быть меньше или больше первичного, в зависимости от отношения чисел витков обмоток. Отношение первичного напряжения ко вторичному при холостом ходе трансформатора называется коэффициентом трансформации k.

Как только вторичная обмотка подключается к нагрузке, в цепи возникает ток i2, то есть совершается передача энергии от трансформатора, который получает ее из сети, к нагрузке. Передача энергии в самом трансформаторе происходит благодаря магнитному потоку Ф.

Обычно мощность на выходе и мощность на входе приблизительно равны, так как трансформаторы являются электрическими машинами с довольно высоким КПД, но если требуется произвести более точный расчет, то КПД находиться как отношение активной мощности на выходе к активной мощности на входе η = P₂/P₁.

Магнитопровод трансформатора представляет собой закрытый сердечник собранный из листов электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35мм. Перед сборкой листы с обеих сторон изолируют лаком.

По типу конструкции различают стержневой (Г-образный) и броневой (Ш-образный) магнитопроводы. Рассмотрим их структуру.

Стержневой трансформатор состоит из двух стержней, на которых находятся обмотки и ярма, которое соединяет стержни, собственно, поэтому он и получил свое название. Трансформаторы этого типа применяются значительно чаще, чем броневые трансформаторы.

Броневой трансформатор представляет собой ярмо внутри которого заключается стержень с обмоткой. Ярмо как бы защищает стержень, поэтому трансформатор называется броневым.

Обмотка

Конструкция обмоток, их изоляция и способы крепления на стержнях зависят от мощности трансформатора. Для их изготовления применяют медные провода круглого и прямоугольного сечения, изолированные хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. Обмотки должны быть прочными, эластичными, иметь малые потери энергии и быть простыми и недорогими в изготовлении.

 

Охлаждение

В обмотке и сердечнике трансформатора наблюдаются потери энергии, в результате которых выделяется тепло. В связи с этим трансформатору требуется охлаждение. Некоторые маломощные трансформаторы отдают свое тепло в окружающую среду, при этом температура установившегося режима не влияет на работу трансформатора. Такие трансформаторы называют “сухими”, т.е. с естественным воздушным охлаждением. Но при средних и больших мощностях, воздушное охлаждение не справляется, вместо него применяют жидкостное, а точнее масляное. В таких трансформаторах обмотка и магнитопровод помещены в бак с трансформаторным маслом, которое усиливает электрическую изоляцию обмоток от магнитопровода и одновременно служит для их охлаждения. Масло принимает теплоту от обмоток и магнитопровода и отдает ее стенкам бака, с которых тепло рассеивается в окружающую среду. При этом слои масла имеющие разницу в температуре циркулируют, что улучшает теплообмен. Трансформаторам с мощностью до 20-30 кВА хватает охлаждения бака с гладкими стенками, но при больших мощностях устанавливаются баки с гофрированными стенками. Также нужно учитывать что при нагреве масло имеет свойство увеличиваться в объеме, поэтому в высокомощных трансформаторах устанавливают резервные баки и выхлопные трубы (в случае если масло закипит, появятся пары которым нужен выход). В трансформаторах меньшей мощности ограничиваются тем, что масло не заливают до самой крышки.

20 Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим.

Режим холостого хода. При разомкнутой вторичной обмотке трансформатор работает в режиме холостого хода. Ток холостого хода i₀, проходящий по первичной обмотке, имеет две составляющие: активную i_0a и реактивную i_0р. При этом

Í = Í_0a + Í_0р

Реактивная составляющая называется намагничивающим током, этот ток создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Активная составляющая обеспечивает поступление в трансформатор электрической энергии, необходимой для компенсации потерь энергии в стали магнитопровода. Она невелика, поэтому ток холостого хода практически можно считать равным намагничивающему току: I₀≈ I_0р. При проектировании трансформаторов магнитное сопротивление магнитопровода стремятся сделать малым, чтобы ток холостого хода для мощных трансформаторов составлял 3—4%, а трансформаторов средней мощности — 8—10% номинального тока.

Э. д. с, индуцированные в первичной и вторичной обмотках, согласно закону электромагнитной индукции пропорциональны скорости изменения магнитного потока. Следовательно, они пропорциональны максимальному значению магнитного потока Фm и частоте его изменения. В каждом витке первичной и вторичной обмоток индуцируется э. д. с, действующее значение которой E_В = 4,44 fФ_т , где 4,44 = 2√2 — постоянная.

Соответственно:

E₁ = 4,44 fω₁Ф_т; E₂ = 4,44 fω₂Ф_т

При холостом ходе э. д. с. Е₁ практически равна питающему напряжению U₁, так как падение напряжения в первичной обмотке, создаваемое небольшим током холостого хода, мало. Если изменяется напряжение U₁, то будут меняться э. д. с. Е₁, магнитный поток Ф_т и ток холостого хода I₀. Зависимость э. д. с. Е₁ от тока холостого хода называется характеристикой холостого хода (рис. 221, а). При малых напряжениях U₁ и э. д. с. Е₁ магнитный поток трансформатора мал, и для его создания требуется небольшой ток холостого хода. В этом случае магнитная система трансформатора не насыщена и ток I₀ возрастает пропорционально U₁ (так же как и ток возбуждения в генераторе постоянного тока). При дальнейшем увеличении напряжения U₁ магнитная цепь трансформатора насыщается и ток I₀ начинает расти быстрее, чем э. д. с. Е₁. Значительное увеличение напряжения U₁ свыше номинального недопустимо, так как при этом резко увеличивается ток холостого хода.

21 режим кароткого замыкания

Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора, при котором накоротко замыкают зажимы вторичной обмотки, а к первичной подводят такое напряжение Uк, при котором ток в первичной обмотке не превышает номинального значения (Iк < I1ном). При этом выраженное в процентах напряжение Uк, при Iк = I1ном обозначают uK и называют напряжением короткого замыкания трансформатора. Это характеристика трансформатора, указываемая в паспорте.

Таким образом (%):

где U1ном — номинальное первичное напряжение.

Напряжение короткого замыкания зависит от высшего напряжения обмоток трансформатора. Так, например, при высшем напряжении 6—10 кВ uK = 5,5%, при 35 кВ uK = 6,5÷7,5%, при 110 кВ uK = 10,5% и т. д. Как видно, с повышением номинального высшего напряжения увеличивается напряжение короткого замыкания трансформатора.

При напряжении Uк составляющем 5—10% от номинального первичного напряжения, намагничивающий ток (ток холостого хода) уменьшается в 10—20 раз или еще более значительно. Поэтому в режиме короткого замыкания считают, что

Основной магнитный поток Ф также уменьшается в 10—20 раз, и потоки рассеяния обмоток становятся соизмеримыми с основным потоком.

Так как при коротком замыкании вторичной обмотки трансформатора напряжение на ее зажимах U2 = 0, уравнение э. д. с. для нее принимает вид

а уравнение напряжения для трансформатора записывается как

Этому уравнению соответствует схема замещения трансформатора, изображенная на рис. 1.

Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании соответствующая уравнению и схеме рис. 1, показана на рис. 2. Напряжение короткого замыкания имеет активную и реактивную составляющие. Угол φк между векторами этих напряжений и тока зависит от соотношения между активной и реактивной индуктивной составляющими сопротивления трансформатора.

Рис. 1. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Рис. 2. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

У трансформаторов с номинальной мощностью 5—50 кВА XK/RK = 1 ÷ 2; с номинальной мощностью 6300 кВА и более XK/RK = 10 и более. Поэтому считают, что у трансформаторов большой мощности UK = Uкр, а полное сопротивление ZК = Хк.

22 режим нагрузки

Нагрузочный режим. При подключении нагрузки Z_H к вторичной обмотке трансформатора (рис. 222) он начинает отдавать нагрузке некоторую мощность. Соответственно увеличивается и мощность, получаемая первичной обмоткой из питающей сети. Следовательно, при увеличении тока i₂ во вторичной обмотке возрастает и ток i₁ в первичной обмотке.

Магнитный поток трансформатора определяется значением питающего напряжения U₁ и практически не зависит от нагрузки. Поэтому результирующая м. д. с, создаваемая при нагрузке то-

Рис. 221. Характеристики силовых и выпрямительных трансформаторов: а — холостого хода; б— внешние (φ2> 0 — активно-индуктивная нагрузка, (φ2<0— активно-емкостная)

Рис. 222. Схема магнитных потоков в трансформаторе при нагрузке

ками i₁, и i₂, должна оставаться такой же, как и при холостом ходе:

F₁ + F₂ = _F0

где

F₁=I₁ ω ₁ — м. д. с. первичной обмотки при нагрузке;
F₂=I₂ ω ₂—м. д. с. вторичной обмотки при нагрузке;
F₀=I₀ ω ₀—м. д. с. первичной обмотки при холостом ходе.

Уравнение (78) называется уравнением равновесия магнитодвижущих сил трансформатора. Если поделить обе его части на
ω 1, то получим: Í₁= Í₀ — Í₂ ω ₂/ ω ₁, откуда следует, что наличие тока I₂ во вторичной обмотке трансформатора вызывает автоматически увеличение тока I₁, в первичной обмотке. Обычно в трансформаторах большой и средней мощности ток I0 составляет несколько процентов от номинального значения тока I₀. Поэтому при нагрузках, близких к номинальной, можно считать, что Í₁ ≈ Í₂ ω ₂/ ω ₁

Токи i₁ и i₂, проходя по обмоткам трансформатора, создают в них падения напряжения — активные и реактивные (индуктивные). Активные падения напряжения возникают в результате прохождения токов i₁ и i₂ по активным сопротивлениям R₁ и R₂ обмоток. Реактивные падения напряжения обусловливаются действием потоков рассеяния Ф_?1 и Ф_?2, создаваемых токами i₁, и i₂. В отличие от основного потока Ф, который замыкается по сердечнику и сцеплен одновременно с обеими обмотками, потоки Ф_?1 и Ф_?2 сцеплены каждый только со своей собственной обмоткой и индуцируют в них э. д. с. самоиндукции е_L1 и е_L2. Эти э. д: с, как было показано в § 51, создают индуктивные сопротивления Х₁ и Х₂ обмоток, в которых при прохождении токов i₁ и i₂ возникают падения напряжения.

Для определения изменения вторичного напряжения трансформатора при нагрузке напряжения U2 обычно приводят к первичному, умножая его на коэффициент трансформации п. т. е. U’₂=U’₂n. Точно так же приводят к первичной обмотке ток I₂, умножая его на 1/n, т. е. I’₂ = I’₂/n. Величины U’₂ и I’₂ называются приведенными вторичным напряжением и вторичным током.

Изменение вторичного напряжения можно определить по внешней характеристике трансформатора (см. рис. 221,б), которая представляет собой графическую зависимость приведенного вторичного напряжения U’₂ от приведенного вторичного тока I’₂. При холостом ходе приведенное вторичное напряжение U’₂ будет равно

Рис. 223. Внешняя характеристика сварочного трансформатора

первичному U₁, при нагрузке же из-за падений напряжений в сопротивлениях R₁, R₂, Х₁ и Х₂ первичной и вторичной обмоток оно будет меньше U₁. В трансформаторах средней и большой мощности реактивное падение напряжения обычно в несколько раз превышает активное. Поэтому и активно-индуктивная нагрузка вызывает большее изменение напряжения, чем активная (изменение напряжения возрастает с уменьшением cos?₂ в цепи нагрузки). В трансформаторах малой мощности, наоборот, активное падение напряжения обычно больше реактивного и изменение напряжения уменьшается с увеличением cosφ₂.

Обычно изменение напряжения?U при работе трансформатора под нагрузкой определяют при номинальном значении первичного напряжения U_1НОМ и выражают в процентах:

Δu% = [(U_1НОМ - U₂n) / U_1НОМ ] 100

Величину?u % иногда называют относительной потерей напряжения в трансформаторе. В силовых и выпрямительных трансформаторах изменение напряжения при номинальном токе обычно составляет 2—6% (в зависимости от cos?2).

23 схема замещения трансформатора

Введение. В электрических цепях обмотки трансформаторов связаны между собой магнитным полем. Это усложняет расчет цепи и анализ ее работы.

Поэтому целесообразно заменить трансформатор его моделью, которая называется схемой замещения. Построение схемы замещения должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к моделям, т. е. математическое описание режима схемы замещения должно совпадать с математическим описанием электрического состояния трансформатора.

Схема замещения для приведенного трансформатора. Приведенный трансформатор математически описывается уравнениями электрического состояния (2.8), (2.10) и уравнением токов (2.6б). В соответствии с этими уравнениями построена схема замещения трансформатора (рис. 2.9).

На схеме и соответственно — активное сопротивление и сопротивление рассеяния первичной обмотки; и — приведенные активное сопротивление и сопротивление рассеяния вторичной обмотки; и — активное и реактивное сопротивление ветви холостого хода. Мощность потерь в сопротивлении при токе эквивалентна потерям в магнитопроводе, т.е. – эквивалентное реактивное сопротивление. Падение напряжения на ветви холостого хода с комплексным сопротивлением при токе равно ЭДС и трансформатора.

Упрощенная схема замещения.

Параметры схемы замещения трансформатора экспериментально найти трудно. Если пренебречь током холостого хода из-за его малости, то получим так называемую упрощенную схему замещения (рис. 2.10), где и называются сопротивлениями короткого замыкания

и (2.11)

24 основные параметры трансформатора

Параметры трансформаторов. Рассмотрим основные электрические и конструктивные параметры, являющиеся общими для трансформаторов любого функционального назначения.

1. Рабочая частота трансформатора f – это частота источника напряжения или питающей сети. Различают промышленную частоту 50 Гц, повышенные промышленные частоты 400, 1000 и 2000 Гц, повышенную частоту – до 10000 Гц и высокую частоту свыше 10000 Гц.

2. Номинальное напряжение первичной обмотки U ₁ пред­ставляет ве­личину напряжения подаваемого на первичную обмотку трансформатор­а.

3. Ток первичной обмотки I ₁, А. Это расчетный параметр, который определяется величиной нагрузки трансформатора и особенностями его конструкции.

4. Вторичное напряжение U ₂, В – напряжение на зажимах вторичной обмотки при приложении к первичной обмотке номинального напряжения U ₁ c номинальной частотой f и при условии, если к вторичной обмотке трансформатора подключена номинальная нагрузка.

5. Ток вторичной обмотки I ₂, А – номинальный ток вторичной обмотки при подключенной к вторичной обмотке номинальной нагрузке.

6. Номинальная мощность трансформатора P _н – расчетная суммарная мощность вторичных обмоток, которая определяется из соотношения

, ВА, (10.9)

где n – число вторичных обмоток трансформатора.

7. Коэффициент полезного действия трансформатора (КПД) h – параметр, который рассчитывается по формуле

, (10.10)

где P _вх – активная мощность, потребляемая трансформатором из питающей сети, Вт.

Значение P _вх рассчитывается по формуле

P _вх = P _н + P _с + P _м, Вт, (10.11)

где P _c – потери мощности в стали (потери в стали); P _м – потери мощности в обмотках трансформатора (потери в меди).

В формуле (10.11) величина потерь в стали определяется расчетным путем:

P _c = p _c М _с, Вт, (10.12)

где p _c – удельные потери в магнитопроводе, Вт/кг; М _с – масса магнитопровода, кг.

Значение потерь в меди рассчитывается по формуле

, Вт, (10.13)

где I_i – ток в i -й обмотке, А; r_i – сопротивление i -й обмотки, Ом.

8. Температура перегрева трансформатора, D Т, характеризует превышение температуры наиболее нагретых частей трансформатора Т _тр над температурой окружающей среды Т _о, обычно равной 40 °C:

D Т = Т _тр – Т _о, К. (10.14)

9. К конструктивным параметрам трансформаторов относятся его масса (M), габариты (V) и стоимость (Ц).

 

25 кпд ипотери трансформатора

Потери энергии в трансформаторе подразделяются на потери в магнитопроводе (потери в стали, магнитные потери) и потери в обмотках (потери в меди, электрические потери) /6/.

Потери в магнитопроводе складываются из потерь на вихревые токи, возникающие в толще материала сердечника, потерь на магнитное сопротивление, потерь на гистерезис при циклическом перемагничивании стали, потерь на магнитный скин-эффект, потерь на магнитострикцию и потерь на магнитное поле рассеяния.

Потери на вихревые токи возрастают пропорционально массе магнитопровода, квадрату частоты сети и толщине пластины (ленты) и уменьшаются с увеличением удельного электрического сопротивления материала магнитопровода. Для уменьшения потерь магнитопроводы выполняют наборными из тонких пластин или лент с электроизоляционным покрытием, а также прессованными из порошкообразных ферромагнитных материалов. Чем меньше толщина пластин (лент), тем меньше потери на вихревые токи.

Магнитопроводы трансформатора обладают определенным магнитным сопротивлением, поэтому при переменном магнитном потоке возникают потери. Магнитное сопротивление растет с увеличением частоты сети и массы магнитопровода. Потери на магнитное сопротивление тем меньше, чем выше качество материала магнитопровода.

Все магнитные материалы делятся на магнитомягкие и магнитожесткие. Магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса, магнитожесткие - широкую, то есть гистерезис зависит от свойств материала. Потери на гистерезис тем меньше, чем выше магнитные свойства материала магнитопровода.

При действии переменного магнитного поля в материале сердечника наблюдается магнитный скин-эффект, который приводит к потерям из-за уменьшения эффективной магнитной проницаемости и существенно зависит от частоты. Чем меньше частота, при которой работает трансформатор, тем меньше магнитный скин-эффект.

Магнитострикция - это изменение геометрических размеров магнитопровода в магнитном поле. Потери на магнитострикцию можно уменьшить выбором соответствующего материала магнитопровода.

Магнитный поток должен замыкаться внутри магнитопровода, не рассеиваясь в окружающее пространство, которое представляет большое магнитное сопротивление. Однако в реальных трансформаторах не весь магнитный поток, возбуждаемый первичной обмоткой, пронизывает витки вторичной обмотки, что приводит к потерям и уменьшению выходного напряжения.

Потери энергии в магнитопроводе приводят к увеличению тока, протекающего по первичной обмотке, на значение, необходимое для компенсации потерь.

Магнитопроводы для трансформаторов согласования и импульсных

должны изготавливаться из материалов с высокой магнитной проницаемостью, а для питания - с высокой индукцией насыщения.

При протекании токов по обмоткам трансформаторов наблюдаются также потери в обмотках. Они складываются из потерь на омические сопротивления обмоток и потерь на электрический скин-эффект.

Потери в магнитопроводе и обмотках в трансформаторах приводят к выделению больших мощностей, которые вызывают перегрев и обуславливают нестабильность параметров, надежность и срок службы трансформатора.

Таким образом, помимо основного полезного эффекта в трансформаторе имеет место ряд дополнительных, паразитных эффектов и процессов, которые существенно сказываются на характеристиках трансформатора.

кпд

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением мощности P2, отдаваемой трансформатором в нагрузку, к мощности Р1, потребляемой из сети:

η = P2 / P1

Коэффициент полезного действия характеризует эффективность преобразования напряжения в трансформаторе.

При практических расчетах коэффициент полезного действия трансформатора вычисляют по формуле

η = 1 - (∑P - (P2 + ∑P),

где ∑P = Pэл + Pмг - полные потери в трансформаторе.

Эта формула менее чувствительна к погрешностям в определении P1 и P2 и поэтому позволяет получить более точное значение коэффициента полезного действия.

Полезная мощность, отдаваемая трансформатором в сеть вычисляется по формуле

P2 = m х U2н х I2н х kнг х Cosφ2 = kнг х Sн х Cosφ2,

где kнг=I2/I2н - коэффициент нагрузки трансформатора.

Электрические потери в обмотках определяются из опыта короткого замыкания трансформатора

Pэл = kнг² х Pк,

где Рк = rk х I²1н - потери короткого замыкания при номинальном токе.

Потери в стали Рмг определяются из опыта холостого хода рмг = Ро

Они принимаются постоянными для всех рабочих режимов работы трансформатора, так как при u1 = const ЭДС Е1 в рабочих режимах меняется незначительно.

Исходя из всего выше сказанного, коэффициент полезного действия трансформатора можно определить по следующей формуле:

η = (Po + kнг² х Pк) / (kнг х Sн х Cosφ2 + Po + kнг² х Pк),

Анализ этого выражения показывает, что коэффициент полезного действия трансформатора имеет максимальное значение при нагрузке, когда потери в обмотках равны потерям в стали.

Рис. 1. Определение оптимального значения коэффициента нагрузки трансформатора

Отсюда получаем оптимальное значение коэффициента нагрузки трансформатора:

kнгопт = √Po/Pк

В современных силовых трансформаторах отношение потерь Рo/Р1 = (0,25 - 0,4), поэтому максимум η имеет место при kнг = 0,5 - 0,6 (рис.1).

Из кривой η(кнг) видно, что трансформатор имеет практически постоянный коэффициент полезного действия в широком диапазоне изменения нагрузки от 0,5 до 1,0. При малых нагрузках η трансформатора резкого снижается.

26 условия параллельной работы трансформатора

Под параллельной работой этих устройств понимают их совместную работу на шины, к которым подключен потребитель. Питание по высокой стороне, трансформаторы могут получать от разных источников, однако, общность режима работы заключается в питании секций шин имеющих электрическую связь.

Ниже приведены несколько основных условий, соблюдением которых достигается нормальная работа электрооборудования:

Скрыть объявление

Первое и пожалуй, наиболее важное - это соответствие фазировки двух трансформаторов. При несоблюдении этого условия, и включении их на одни шины произойдет междуфазное короткое замыкание. Фазировка высоковольтного оборудования выполняется довольно легко, по цепям вторичного напряжения, снимаемым с обмоток трансформаторов напряжения.

Вторым непременным условием параллельной работы этих электрических машин, является равенство первичных и вторичных напряжений. Тут все предельно понятно: нельзя включить трансформатор на напряжение, которое не соответствует его классу изоляции.

Из этого же условия вытекает равенство коэффициентов трансформации (согласно Правил Технической Эксплуатации Электроустановок Потребителей (ПТЭЭП), разница между ними должна быть в диапазоне ±0,5%). Так как коэффициент трансформации это отношение вторичного напряжения к первичному, а они у нас равны, то и сам коэффициент одинаков.

Третьим условием является равенство напряжений короткого замыкания. Термин напряжение короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора. Чем выше Uкз, тем больше сопротивление обмотки.

Соответственно, трансформатор, имеющий меньшее Uкз, будет “брать” на себя больше нагрузку и работать с постоянным перегрузом. Максимальное допустимое различие этих показателей, также регламентированное ПТЭЭП (п. 2.1.19) - не более 10%.

Четвертое условие – одинаковые группы соединения обмоток. Его невыполнение приведет к появлению уравнительных токов, так как фазы будут сдвинуты на определенный угол.

Соотношение мощностей, параллельно подключаемых трансформаторов, должно различаться не более чем в три раза. В противном случае, менее мощный трансформатор будет работать с перегрузом.

Соблюдение перечисленных выше основных условий позволит работать оборудованию в номинальном режиме, что повысит уровень надежности электроснабжения потребителя.

27 приведите схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Обмотки трансформаторов имеют обычно схемы соединения: звезда Y, звезда с выведенной нейтралью Yn. и треугольник Δ.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток (E₁ и Е₂) принято выражать условно группой соединений.

В трехфазном трансформаторе применением разных способов соединений обмоток можно образовать двенадцать различных групп соединений, причем при схемах соединения обмоток звезда-звезда мы можем получить любую четную группу (2, 4, 6, 8, 10, 0), а при схеме звезда - треугольник или треугольник-звезда любую нечетную группу (1, 3, 5, 7, 9, 11).

Группы соединений указываются справа от знаков схем соединения обмоток. Трансформаторы по рис.1 имеют схемы и группы соединения обмоток: Y/Δ-11; Yn / Yn /Δ-0-11; Y/Δ/Δ-11-11.

Соединение в звезду обмотки ВН позволяет выполнить внутреннюю изоляцию из расчета фазной ЭДС, т.е. в √3 раз меньше линейной. Обмотки НН преимущественно соединяются в треугольник, что позволяет уменьшить сечение обмотки, рассчитав ее на фазный ток I/√3. Кроме того, при соединении обмотки трансформатора в треугольник создается замкнутый контур для токов высших гармоник, кратный трем, которые при этом не выходят во внешнюю сеть, вследствие чего улучшается симметрия напряжения на нагрузке.

Сверхмощные генераторы конструктивно выполняются с двумя трехфазными обмотками статора, ЭДС которых сдвинуты на 30°. Для работы в блоке с такими генераторами изготовляются мощные однофазные трансформаторы с двумя обмотками низшего напряжения и двумя обмотками высшего напряжения. В трехфазной группе для компенсации сдвига ЭДС обмоток статора генератора одна обмотка низшего напряжения соединяется по схеме Δ, а другая - по схеме Y.

 

Рис.1. Соединение обмоток и векторные диаграммы
напряжений однофазных трансформаторов для
присоединения к шестифазному генератору

 

На рис.1 показано соединение обмоток группы однофазных трансформаторов ОРЦ-533000/500, предназначенных для энергоблока 1200 МВт. Каждая фаза трансформатора выполнена на двухстержневом магнитопроводе. Соединение обмоток, расположенных на первом стержне, образует схему Δ/Yn-11, а на втором Y/Yn-0 (или 12).

Соединение обмоток в звезду с выведенной нулевой точкой применяется в том случае, когда нейтраль обмотки должна быть заземлена. Эффективное заземление нейтрали обмоток ВН обязательно в трансформаторах 330 кВ и выше и во всех автотрансформаторах. Системы 110, 150 и 220 кВ также работают с эффективно-заземленной нейтралью, однако для уменьшения токов однофазного КЗ нейтрали части трансформаторов могут быть разземлены. Так как изоляция нулевых выводов обычно не рассчитывается на полное напряжение, то в режиме разземления нейтрали необходимо снизить возможные перенапряжения путем присоединения вентильных разрядников к нулевой точке трансформатора (рис.2). Нейтраль заземляется также на вторичных обмотках трансформаторов, питающих четырехпроводные сети 380/220 и 220/127 В. Нейтрали обмоток при напряжении 10-35 кВ не заземляются или заземляются через дугогасящую катушку для компенсации емкостных токов.

 

Рис.2. Способы заземления нейтралей трансформаторов и автотрансформаторов
а - у трансформаторов 110-220 кВ без РПН,
б - у трансформаторов 330-750 кВ без РПН,
в - у трансформаторов 110 кВ с встроенным РПН,
г - у автотрансформаторов,
д - у трансформаторов 150-220 кВ с РПН,
е - у трансформаторов 330-500 кВ с РПН.

 

⇐ Предыдущая12345678

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: