Что происходит в трансформаторе при увеличении нагрузки

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Увеличение — нагрузка — трансформатор

Увеличение нагрузки трансформатора сопровождается увеличением токов / 2 и / j, что приводит к увеличению падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому с увеличением нагрузки вторичное напряжение изменяется. В зависимости от характера нагрузки трансформатора изменение вторичного напряжения может быть различным. [2]

Увеличение нагрузки трансформатора сопровождается увеличением токов / 2 и / 1 ( что приводит к увеличению падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому с увеличением нагрузки вторичное напряжение изменяется. В зависимости от характера нагрузки трансформатора изменение вторичного напряжения может быть различным. [3]

С увеличением нагрузки трансформатора увеличиваются токи / 2 и / ь а значит, растет и мощность, поступающая из сети. При уменьшении нагрузки уменьшается вторичный ток, следовательно, и первичный ток также должен уменьшиться. В этом сказывается общий принцип саморегулирования, который действителен для всех электрических машин. [4]

С увеличением нагрузки трансформатора растет вторичный ток. [5]

При увеличении нагрузки трансформатора на соответствующую величину возрастает и ток первичной обмотки. [6]

По мере увеличения нагрузки трансформатора вторичный ток увеличивается, а вторичное напряжение падает. [7]

Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток первичной обмотки. [8]

Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток в первичной обмотке. [9]

При этом вследствие увеличения нагрузки трансформаторов тока их вторичные токи могут снизиться настолько, что реле тока, а следовательно, и реле времени вернутся в исходное состояние прежде, чем произойдет отключение выключателя. [10]

Погрешности возрастают с увеличением нагрузки трансформатора . На точность показаний вольтметров влияет только погрешность в коэффициенте трансформации. [11]

При этом, вследствие увеличения нагрузки трансформаторов тока , ток от них может снизиться настолько, что реле тока IT и 2Т, а следовательно, и реле времени В вернутся в исходное положение прежде, чем произойдет отключение выключателя. [12]

Из векторной диаграммы видно, что увеличение нагрузки трансформатора приводит к увеличению тока П, а это вызывает в свою очередь увеличение тока It, потребляемого трансформатором из сети. [14]

Процентное понижение вторичного напряжения показывает меру его уменьшения при увеличении нагрузки трансформатора . [15]

Источник

110. Нагрузка трансформатора

Нагрузкой трансформатора называется режим, при котором вторичная обмотка замкнута на какое-либо сопротивление. При этом во вторичной обмотке будет проходить ток l₂, который создаст свой магнитный поток Ф₂. Таким образом, при нагрузке трансформатора в нем будут действовать намагничивающие силы (сокращенно — н. с.) двух обмоток, а в сердечнике его будет магнитный поток, полученный действием потоков обеих обмоток.

Согласно правилу Ленца магнитный поток вторичной обмотки Ф₂ стремится уменьшить поток первичной обмотки. Однако результирующий магнитный поток должен остаться постоянным (точнее почти постоянным), так как индуктированная им э. д. с. Е₁ при неизменном напряжении сети U ₁ должна остаться почти неизменной и почти равной напряжению U ₁. Построим векторную диаграмму для режима нагрузки идеального трансформатора в случае, когда к зажимам его вторич-

ной обмотки подключено активное сопротивление.

Магнитный поток трансформатора Ф_m и намагничивающий ток I_р совпадают по фазе (фиг. 203). Электродвижущие силы Е₁и отстают по фазе на 90° от магнитного потока Ф_m . Так как нагрузка активная и трансформатор не имеет потерь, то ток совпадает по фазе с э. д. с. . При нагрузке трансформатора геометрическая сумма намагничивающих сил первичной и вторичной обмоток будет почти равна намагничивающей силе первичной обмотки при холостом ходе.

Намагничивающая сила вторичной обмотки согласно правилу Ленца будет стремиться уменьшить поток первичной обмотки. Поэтому по виткам первичной обмотки должен проходить такой ток I₁, который возбуждал бы магнитный поток Ф_m и, кроме того, компенсировал размагничивающее действие вторичной обмотки. Иначе говоря, намагничивающая сила первичной обмотки должна слагаться из намагничивающей силы , создающей поток Ф_m намагничивающей силы , компенсирующей намагничивающую силу вторичной обмотки:

мах вторичной обмотки (при наличии емкостной нагрузки напряжение U ₂ может увеличиваться); 3) к увеличению тока I ₁ в первичной цепи; 4) к увеличению падения напряжения в первичной обмотке; 5) при постоянной величине приложенного напряжения U ₁ это вызовет уменьшение E ₁ 6) э. д. с. E ₁ может уменьшиться только за счет уменьшения магнитного потока трансформатора Ф_m .

Таким образом, увеличение тока нагрузки I ₂ приводит не только к увеличению тока I ₁ потребляемого трансформатором из сети, но также к уменьшению магнитного потока в сердечнике. Однако в пределах от холостого хода до полной нагрузки изменения магнитного потока Ф_m невелики и часто при приближенных расчетах его считают неизменным.

Источник

110. Нагрузка трансформатора

Нагрузкой трансформатора называется режим, при котором вторичная обмотка замкнута на какое-либо сопротивление. При этом во вторичной обмотке будет проходить ток l₂, который создаст свой магнитный поток Ф₂. Таким образом, при нагрузке трансформатора в нем будут действовать намагничивающие силы (сокращенно — н. с.) двух обмоток, а в сердечнике его будет магнитный поток, полученный действием потоков обеих обмоток.

Согласно правилу Ленца магнитный поток вторичной обмотки Ф₂ стремится уменьшить поток первичной обмотки. Однако результирующий магнитный поток должен остаться постоянным (точнее почти постоянным), так как индуктированная им э. д. с. Е₁ при неизменном напряжении сети U ₁ должна остаться почти неизменной и почти равной напряжению U ₁. Построим векторную диаграмму для режима нагрузки идеального трансформатора в случае, когда к зажимам его вторич-

ной обмотки подключено активное сопротивление.

Магнитный поток трансформатора Ф_m и намагничивающий ток I_р совпадают по фазе (фиг. 203). Электродвижущие силы Е₁и отстают по фазе на 90° от магнитного потока Ф_m . Так как нагрузка активная и трансформатор не имеет потерь, то ток совпадает по фазе с э. д. с. . При нагрузке трансформатора геометрическая сумма намагничивающих сил первичной и вторичной обмоток будет почти равна намагничивающей силе первичной обмотки при холостом ходе.

Намагничивающая сила вторичной обмотки согласно правилу Ленца будет стремиться уменьшить поток первичной обмотки. Поэтому по виткам первичной обмотки должен проходить такой ток I₁, который возбуждал бы магнитный поток Ф_m и, кроме того, компенсировал размагничивающее действие вторичной обмотки. Иначе говоря, намагничивающая сила первичной обмотки должна слагаться из намагничивающей силы , создающей поток Ф_m намагничивающей силы , компенсирующей намагничивающую силу вторичной обмотки:

мах вторичной обмотки (при наличии емкостной нагрузки напряжение U ₂ может увеличиваться); 3) к увеличению тока I ₁ в первичной цепи; 4) к увеличению падения напряжения в первичной обмотке; 5) при постоянной величине приложенного напряжения U ₁ это вызовет уменьшение E ₁ 6) э. д. с. E ₁ может уменьшиться только за счет уменьшения магнитного потока трансформатора Ф_m .

Таким образом, увеличение тока нагрузки I ₂ приводит не только к увеличению тока I ₁ потребляемого трансформатором из сети, но также к уменьшению магнитного потока в сердечнике. Однако в пределах от холостого хода до полной нагрузки изменения магнитного потока Ф_m невелики и часто при приближенных расчетах его считают неизменным.

Источник

Советы электрика

Регулирование напряжения у силовых трансформаторов

Приветствую вас, читатель моего сайта ceshka.ru!

В этой статье я хочу рассказать вам как регулируется напряжение у силового трансформатора 110/10 кВ- под нагрузкой.

Для тех кто вообще не в теме объясняю о чем вообще идет речь.

Электроэнегрия от электростанции (АЭС, ТЭЦ, ГРЭС и т.п.) передается по опорам воздушных линий на многие сотни километров к подстанции (я буду вести речь о подстанции 110 000 Вольт), где установлены понижающие трансформаторы – очень большие и очень мощные.

Эти трансформаторы понижают напряжение (в моем примере до 10 000 Вольт) и передают электроэнергию дальше, но уже на более короткое расстояние- в пределах 10-40км до следующего понижающего трансформатора, который преобразует уже высокое напряжение 10 кВ в низкое трехфазное напряжение 400 Вольт, которое и идет по проводам к нам в дома.

Так вот, к трансформатору 110/10 кВ, установленному на подстанции, присоединяется очень много нагрузки- это может быть целый сельский район или часть большого города.

Нагрузка в течении дня и в течении времен года постоянно меняется и очень сильно.

Например в зимний период многие сельские жители обогреваются электрокотлами , поэтому потребляемый ток гораздо больше чем летом.

Или есть утренние и вечерние часы максимума нагрузок когда люди просыпаются или наоборот приходят с работы, включают электроприборы- потребление электроэнергии сильно возрастает. В течении дня нагрузка снижается и иногда даже в разы меньше чем утром или вечером.

Что происходит с понижающим трансформатором при увеличении нагрузки

А ничего с ним не происходит))) Как понижал он напряжение- так и продолжает понижать- так уж он устроен.

На первичную обмотку (обмотка высокого напряжения) подается 110 000 Вольт, а со вторичной (обмотка низкого напряжения) снимается 10 000 Вольт.

Это идеальный вариант, когда напряжение на первичной обмотке стабильное и не меняется, а нагрузка вторичной обмотки или очень мала или ее совсем нет (трансформатор работает в режиме холостого хода).

На самом деле это совсем не так.

В действительности высокое напряжение на первичной нагрузке постоянно меняется в небольших пределах- 110-117кВ

А так как коэффициент трансформации у трансформатора величина неизменная, то получается что и на вторичной обмотке 10 кВ напряжение тоже колеблется так сказать “в ногу” с первичным напряжением.

А вслед за этим колебания напряжения передаются следующим понижающим трансформаторам 10/0,4 кВ…

И так эти колебания дойдут и до наших квартир и напряжение колебалось бы пропорционально с высоким напряжением 110 кВ.

И было бы у нас в розетках то 180 Вольт, то 250 и бесперестанно бы оно изменялось в течении суток. Думаю что никому не понравится когда свет в доме постоянно меняет яркость, как в том анекдоте- то потухнет, то погаснет, то совсем не загорит)))

Почему изменяется напряжение

А изменяется напряжение от нагрузки, от того, какая мощность подключена к трансформатору.

Кто дружит с физикой тот знает- чем больше мощность, тем больше ток. В свою очередь увеличение значения электрического тока приводит к тому, что увеличивается падение напряжения в проводниках электрического тока.

Это обмотки трансформатора, провода воздушной линии электропередачи, силовые кабеля и т.п.- на них происходит основное падение напряжения.

Что это такое падение напряжения

Говоря упрощенно и что бы было понятнее- это энегрия(причем активная!) выделяемая в виде тепла.

Приведу пример. Для каждого сечения провода есть максимальный допустимый ток. Если к медному проводу сечением 2,5 кв. мм подключить одн офазный электротел мощностью 9 кВт с потребляемым током 9000:220=41 ампер, то провод очень сильно будет греться.

Материал, из которого изготовлен провод- медь оказывает активное сопротивление электрическому току.

По закону Ома- электрический ток прямо пропорционален изменениям напряжения, поэтому при подключении электрокотла на этом участке провода увеличивается и напряжение и происходит нагрев провода.

Не понятно? Давайте еще подробнее. Допустим сопротивление провода0 1 Ом. Ток как уже определили- 41 ампер.

Тогда на проводе напряжение составит U=R*I= 41 Вольт

Это и есть падение напряжения на проводе. При этом будет выделяться мощность в виде тепла P=U*I=41*41=1681 Ватт

А это целый электрообогреватель мощностью 1,7 кВт.

Конечно такая рассеиваемая мощность в проводе приводит к перегреву и плавлению изоляции. Именно поэтому для каждого сечения ток ограничен.

В данном случае для 2,5 кв.мм допустимый ток 25-27 ампер.

Из всего вышесказанного следует:

При увеличении нагрузки- увеличивается ток и увеличивается падение напряжения и потери энергии в проводах

Другими словами- часть напряжения и энергии до наших розеток просто не доходит, а выделяется в воздух в виде тепла…

Что бы компенсировать такие неизбежные потери энергии, на вторичной обмотке силового трансформатора повышают напряжение.

То есть повышают напряжение выше 10 000 Вольт- до 11, а то и больше киловольт. Тогда даже и если часть энергии “теряется” в проводах, у нас в квартирах и домах напряжение находится в пределах нормы- около 220 Вольт.

Как регулируется напряжение

Как можно изменять вторичное напряжение на понижающем трансформаторе? Можно изменять напряжение, подводимое к первичной обмотке- тогда на вторичной оно будет изменяться прямо пропорционально.

Но этот вариант не подходит, так как у трансформаторов, подключенных к сети 110 кВ разная загруженность- у одних может быть 100% нагруженность, у других- 20-50% и т.д.

И при этом способе напряжение на выходе будет меняться одновременно на всех- и там где надо и там где не надо…

А трансформаторов подключено не просто много- а очень много!

Поэтому применяют другой способ.

Напряжение регулируется изменением коэффициента трансформации самого трансформатора

Изменяется количество витков первичной обмотки трансформатора.

А почему именно в первичной?

В принципе можно было бы изменять и на вторичной обмотке- коэффициенту без разницы, он все равно будет изменяться, так как будет меняться соотношение витков первичной к вторичной обмотками.

Однако изменяют именно на высокой стороне- где выше напряжение. Почему?

Все очень просто. Где выше напряжение- там меньше величина электрического тока.

А так как регулировка напряжения происходит под нагрузкой- то есть трансформатор не отключают, то при изменении витков обмотки- при коммутации- появляется электрическая дуга в месте переключения контактов.

А чем больше ток— тем больше дуга, а эту дугу надо обязательно гасить…

Кстати значения тока между первичной и вторичной обмотками различается очень значительно. Например на вторичной нагрузке ток в 300 ампер вполне допустим, а для первичной максимальный ток является 25-30 ампер.

Думаю не надо объяснять что переключать контакты при токе в 300 ампер гораздо сложнее чем при 30, согласитесь)))

А где находятся эти контакты? В баке трансформатора сделаны отводы от первичной обмотки для изменения коэффициента трансформации и выведены в отдельный отсек, где и происходит переключение с помощью специального механизма.

Снаружи на баке трансформатора прикреплен привод этого механизма, называется он

Привод РПН

РПН расшифровывается как Регулирование Под Нагрузкой. В приводе расположен электродвигатель и элементы автоматики РПН- пускатели, конечные выключатели, автоматический выключатель, клемник с контрольными кабелями и т.д.

Электродвигатель с помощью вала вращает механизм переключения. Вся работа привода РПН контролируется автоматикой РПН.

Именно благодаря применению автоматики не требуется ручное управление- она сама следит за изменениями напряжения и при необходимости меняет коэффициент трансформации, поэтому при любой нагрузке трансформатора на выходе вторичной обмотки- необходимое напряжение.

А у нас в доме- в розетке- 220)))

Автоматикой РПН управляют специальные электронные блоки:

В них выставляются необходимые параметры работы- напряжение, выдержка времени, порог нечувствительности и т.д. В релейной защите это называется уставки.

И электронный блок уже сам определяет когда изменить напряжение, через какое время и в каких пределах, все это делается автоматически.

Так же возможно и ручное переключение РПН- непосредственно из привода около трансформатора или дистанционно- с панели управления из диспетчерского пункта.

Для этого есть специальные переключатели и ключи управления. Оперативный персонал подстанции может отключить автоматику и вручную регулировать напряжение на выходе трансформатора.

Это требуется например когда автоматика РПН выведена в ремонт или при проведении оперативных переключений, но это уже как говорится- совсем другая история)))

Специально по этой теме я снял видео непосредственно с подстанции 110/10 кВ и предлагаю вам “вживую” посмотреть как регулируется напряжение на трансформаторе под нагрузкой!

Источник