Потери короткого замыкания трехобмоточного трансформатора

Трехобмоточный трансформатор

Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы

В схему замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора обычно включают два идеальных трансформатора и три ветви, имеющих сопротивления, соответствующие высокой, средней и низкой ступеням напряжения.

Все сопротивления должны быть приведены к соответствующему напряжению (рисунок 1 а — к высшей ступени). Для большинства таких трансформаторов сопротивление одной из обмоток (обычно среднего напряжения) близко к нулю, поэтому схема замещения может быть упрощена (рисунок 1б).

Рисунок 1а Схема замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора (полная)

Рисунок 1а Схема замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора (упрощенная)

Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы имеют несколько вариантов регулирования напряжения. При задании коэффициентов трансформации условных ИТ в схеме следует учитывать расположение анцапф РПН. Для трансформаторов с РПН только ступени среднего напряжения:

В случае автотрансформаторов с РПН в общей нейтрали обмоток высокого и среднего напряжений коэффициенты трансформации определяются следующим образом:

В этих выражениях ΔU — добавочное напряжение при переходе на ответвления, при которых коэффициент трансформации отличается от номинального.

В схемах замещения на рисунке 1 используются только два коэффициента трансформации, например, в случае (а) — K_B-C и K_C-Н, в случае (б) — K_B-C и K_B-Н.

Рассмотрим подробно получение данных для расчетной модели из паспортных данных трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора для схемы замещения на рисунке 1 а.

Для активных сопротивлений r₁, r₂, r₃:

Предварительно необходимо определить потери активной мощности короткого замыкания ΔP_к, соответствующие лучам схемы замещения:

Параметры ΔP_кВ-Н, ΔP_кВ-С, ΔP_кС-Н (потери короткого замыкания, кВт) являются паспортными данными трансформатора, обычно для трехобмоточных трансформаторов они равны для всех обмоток и обозначаются ΔP_к.

Для реактивных сопротивлений x₁, x₂, x₃:

Предварительно необходимо определить потери короткого замыкания u_ki (%), соответствующие лучам схемы замещения по формулам:

Параметры u_кС-Н, u_кВ-Н, u_кВ-С (напряжение короткого замыкания, %) являются паспортными данными трансформатора.

Для учета потерь холостого хода трансформатора вычисляется проводимость шунта намагничивания:

Где: ΔP_х — потери холостого хода (потери в стали), кВт,

S_ном — номинальная мощность трансформатора, МВА,

I_ном и U_ном — номинальные ток и напряжение трансформатора, кВ.

Источник

РЕЖИМ НАГРУЗКИ ТРЕХОБМОТОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ И НАПРЯЖЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

В отличие от двухобмоточного трансформатора у трехобмоточного трансформатора напряжение и потери короткого замыкания нормируются и определяются для каждой пары его обмоток. Таким образом, для каждого трансформатора определяются по три значения u_k и Р_k. Причем в целях единообразия метода расчета все значения u_k и Р_k условно приводят к номинальной (100%) мощности, если даже одна или две обмотки были бы рассчитаны на неполную (67%) мощность.

Для определения фактических падений напряжения и потерь короткого замыкания при заданных вторичных мощностях производится необходимый пересчет. При пересчете можно принять, что падение напряжения практически изменяется пропорционально мощности, а потери короткого замыкания — пропорционально квадрату мощности .

Ввиду различия во взаимном расположении обмоток, а также ввиду разных расстояний между обмотками, определяемых в основном шириной главного канала рассеяния, напряжения рассеяния (у трансформаторов большой мощности они почти равны напряжениям короткого замыкания) любой пары обмоток будут сильно отличаться друг от друга.

Стандартами на трехобмоточные силовые трансформаторы (класса напряжения ПО кв) нормированы следующие значения напряжения короткого замыкания (определяемые в основном значениями напряжения рассеяния).

Между обмотками	1—2	10,5%
То же	2—3	6%
» »	1—3	17%

Напряжение рассеяния между обмотками 1 и 3 получается большим потому, что в ширину главного канала рассеяния входят два канала между обмотками 1-2 и 2—3 и радиальный размер обмотки 2.

Таким образом, в зависимости от порядка расположения обмоток изменяются значения напряжения короткого замыкания для разных пар обмоток (табл. 8.2).

Напряжение короткого замыкания (%) при расположении обмоток по

Между обмотками	рис. 8.7, а	рис. 8.7, б
ВН и НН	10,5
ВН и СН	10,5
СН и НН

Для повышающего трехобмоточного трансформатора обычно применяют 2-й порядок расположения обмоток. При этом первичная (НН) обмотка помещается в середине, т. е. на месте обмотки 2. В этом случае падения напряжения в ней относительно двух других (вторичных) обмоток будут наименьшими.

При одновременной нагрузке обеих вторичных обмоток диаграмма распределения потока рассеяния в зоне обмоток (диаграмма Каппа) получает более сложную форму, |чем у двухобмоточного трансформатора, и может быть построена как сумма диаграмм двух потоков рассеяния, создаваемых двумя вторичными потоками в отдельности.

Рис. 8.8. Диаграммы потоков рассеяния трехобмоточиого трансформатора:

а — первичная обмотка1; б — первичная обмотка 2 (1 — поток рассеяния φр12 — между обмотками 1 и 2; 2 — поток рассеяния φp13. 3 — поток рассеяния φр23; 4 — суммарный поток рассеяния)

Форма диаграммы изменяется в зависимости от того, будет ли первичной обмоткой одна из крайних или средняя из трех обмоток.

Приведем диаграммы потоков рассеяния для случая, когда первичной обмоткой является обмотка 1 — рис. 8.8, а, и для случая, когда первичной обмоткой является обмотка 2 — рис. 8.8, б). Стрелками показаны направления потоков рассеяния в каналах между обмотками. Заштрихованные площади представляют собой геометрические суммы площадей двух диаграмм (трапеций).

Источник

Типы трансформаторов и их параметры

Предельная единичная мощность трансформаторов ограничивается массой, размерами, условиями транспортировки.

Трехфазные трансформаторы на напряжение 220 кВ изготовляют мощностью до 1000 МВА, на 330 кВ — 1250 МВА, на 500 кВ — 1000 МВА.

Однофазные трансформаторы применяются, если невозможно изготовление трехфазных трансформаторов необходимой мощности или затруднена их транспортировка. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов напряжением 500 кВ составляет 3×533 МВА, напряжением 750 кВ — 3×417 МВА, напряжением 1150 кВ — 3×667 МВА.

По количеству обмоток различного напряжения на каждую фазу трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные. Кроме того, обмотки одного и того же напряжения, обычно низшего, могут состоять из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей. Такие трансформаторы называют трансформаторами с расщепленными обмотками. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжения принято сокращенно обозначать соответственно ВН, СН, НН.

Трансформаторы с расщепленными обмотками НН обеспечивают возможность присоединения нескольких генераторов к одному повышающему трансформатору. Такие укрупненные энергоблоки позволяют упростить схему распределительного устройства (РУ) 330—500 кВ. Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН получили широкое распространение в схемах питания собственных нужд крупных ТЭС с блоками 200—1200 МВт, а также на понижающих подстанциях с целью ограничения токов КЗ.

К основным параметрам трансформатора относятся: номинальные мощность, напряжение, ток; напряжение КЗ: ток холостого хода; потери холостого хода и КЗ.

Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении.

Для трансформаторов общего назначения, установленных на открытом воздухе и имеющих естественное масляное охлаждение без обдува и с обдувом, за номинальные условия охлаждения принимают естественно меняющуюся температуру наружного воздуха (для климатического исполнения У: среднесуточная не более 30°С, среднегодовая не более 20°С), а для трансформаторов с масляно-водяным охлаждением температура воды у входа в охладитель принимается не более 25°С (ГОСТ 11677—85).

Номинальная мощность для двухобмоточного трансформатора — это мощность каждой из его обмоток.

Трехобмоточные трансформаторы могут быть выполнены с обмотками как одинаковой, так и разной мощности. В последнем случае за номинальную принимается наибольшая из номинальных мощностей отдельных обмоток трансформатора.

За номинальную мощность автотрансформатора принимается номинальная мощность каждой из сторон, имеющих между собой автотрансформаторную связь («проходная мощность»).

Трансформаторы устанавливают не только на открытом воздухе, но и в закрытых неотапливаемых помещениях с естественной вентиляцией. В этом случае трансформаторы могут быть непрерывно нагружены на номинальную мощность, но при этом срок службы трансформатора несколько снижается из-за худших условий охлаждения.

Номинальные напряжения обмоток — это напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе трансформатора.

Для трехфазного трансформатора — это его линейное (междуфазное) напряжение. Для однофазного трансформатора, предназначенного для включения в трехфазную группу, соединенную в звезду, — это

.

При работе трансформатора под нагрузкой и подведении к зажимам его первичной обмотки номинального напряжения на вторичной обмотке напряжение меньше номинального на величину потери напряжения в трансформаторе. Коэффициент трансформации трансформатора n определяется отношением номинальных напряжений обмоток высшего и низшего напряжений

.

В трехобмоточных трансформаторах определяется коэффициент трансформации каждой пары обмоток: ВН и НН; ВН и СН; СН и НН.

Номинальными токами трансформатора называются указанные в заводском паспорте значения токов в обмотках, при которых допускается длительная нормальная работа трансформатора.

Номинальный ток любой обмотки трансформатора определяют по его номинальной мощности и номинальному напряжению.

Напряжение короткого замыкания u_к — это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному.

Напряжение КЗ определяют по падению напряжения в трансформаторе, оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.

В трехобмоточных трансформаторах и автотрансформаторах напряжение КЗ определяется для любой пары его обмоток при разомкнутой третьей обмотке. Таким образом, в каталогах приводятся три значения напряжения КЗ: u_{к ВН-НН}, u_{к ВН-СН}, u_{к СН-НН}.

Поскольку индуктивное сопротивление обмоток значительно выше активного (у небольших трансформаторов в 2—3 раза, а у крупных в 15 — 20 раз), то u_к в основном зависит от реактивного сопротивления, т.е. взаимного расположения обмоток, ширины канала между ними, высоты обмоток.

Величина u_к регламентируется ГОСТ в зависимости от напряжения и мощности трансформаторов. Чем больше высшее напряжение и мощность трансформатора, тем больше напряжение КЗ. Так, трансформатор мощностью 630 кВА с высшим напряжением 10 кВ имеет u_к = 5,5%, с высшим напряжением 35 кВ — u_к = 6,5%; трансформатор мощностью 80000 кВА с высшим напряжением 35 кВ имеет u_к = 9%, а с высшим напряжением 110 кВ — u_к = 10,5%.

Увеличивая значение u_к, можно уменьшить токи КЗ на вторичной стороне трансформатора, но при этом значительно увеличивается потребляемая реактивная мощность и увеличивается стоимость трансформаторов. Если трансформатор 110 кВ мощностью 25 MBА выполнить с u_к = 20% вместо 10%, то расчетные затраты на него возрастут на 15,7%, а потребляемая реактивная мощность возрастет вдвое (с 2,5 до 5,0 Мвар).

Трехобмоточные трансформаторы могут иметь два исполнения по значению u_к в зависимости от взаимного расположения обмоток.

Если обмотка НН расположена у стержня магнитопровода, обмотка ВН — снаружи, а обмотка СН — между ними, то наибольшее значение имеет u_{к ВН-НН}, а меньшее значение — u_{к ВН-СН}. В этом случае потери напряжения по отношению к выводам СН уменьшатся, а ток КЗ в сети НН будет ограничен благодаря повышенному значению u_{к ВН-НН}

Если обмотка СН расположена у стержня магнитопровода, обмотка ВН — снаружи, а обмотка НН — между ними, то наибольшее значение имеет u_{к ВН-СН}, а меньшее — u_{к ВН-НН}.

Значение u_{к СН-НН} останется одинаковым в обоих исполнениях.

Ток холостого хода I_х характеризует активные и реактивные потери в стали и зависит от магнитных свойств стали, конструкции и качества сборки магнитопровода и от магнитной индукции. Ток холостого хода выражается в процентах номинального тока трансформатора. В современных трансформаторах с холоднокатаной сталью токи холостого хода имеют небольшие значения.

Потери холостого хода P_х и короткого замыкания P_к определяют экономичность работы трансформатора.

Потери холостого хода состоят из потерь стали на перемагничивание и вихревые токи. Для их уменьшения применяются электротехническая сталь с малым содержанием углерода и специальными присадками, холоднокатаная сталь толщиной 0,3 мм марок 3405, 3406 и других с жаростойким изоляционным покрытием. В справочниках и каталогах приводятся значения P_х для уровней А и Б. Уровень А относится к трансформаторам, изготовленным из электротехнической стали с удельными потерями не более 0,9 Вт/кг, уровень Б — с удельными потерями не более 1,1 Вт/кг (при B = 1,5 Тл, f = 50 Гц).

Потери короткого замыкания состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочных потерь в обмотках и конструкциях трансформатора. Добавочные потери вызваны магнитными полями рассеяния, создающими вихревые токи в крайних витках обмотки и конструкциях трансформатора (стенки бака, ярмовые балки и др.). Для их снижения обмотки выполняются многожильным транспонированным проводом, а стенки бака экранируются магнитными шунтами.

В современных конструкциях трансформаторов потери значительно снижены. Например, в трансформаторе мощностью 250000 кВА при U = 110 кВ
(P_х = 200 кВт, P_к = 790 кВт), работающем круглый год (T_max = 6300 ч), потери электроэнергии составят 0,43% электроэнергии, пропущенной через трансформатор. Чем меньше мощность трансформатора, тем больше относительные потери в нем.

В сетях энергосистем установлено большое количество трансформаторов малой и средней мощности, поэтому общие потери электроэнергии во всех трансформаторах страны значительны и очень важно для экономии электроэнергии совершенствовать конструкции трансформаторов с целью дальнейшего уменьшения значений P_х и P_к.

Силовые трансформаторы ТМ-СЭЩ, ТМН-СЭЩ Электрощит-Самара

Источник