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 RНН1, RНН2, Хнн1|, 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 Ro6m и Хо6щ) 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 Хо6щ целиком сосредоточенным в обмотках НН, включенных параллельно. Учитывая при этом, что Хнн1| = Хнн2, 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:
Связь напряжений обмоток высшего и низшего напряжений учитывается идеальными трансформаторами с коэффициентами трансформации (рис. 3 17 6)
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?
Двухобмоточные трансформаторы с расщепленной обмоткой
Двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой
Низкого напряжения
Двухобмоточные трансформаторы мощностью 25 и более МВ∙А выполняются с расщепленной обмоткой низшего напряжения. Условное обозначение на схемах показано на рис. 5.7.
В соответствии с принятой системой обозначений аббре-виатура трансформатора ТДРН-25000/110/10 расшифровывается: трансформатор трехфазный, двухобмоточный с расщепленной обмоткой низшего напряжения с принудительной цирку-ляцией воздуха и естественной циркуляцией масла и системой регулирования напряжения под нагрузкой. Номинальная мощность – 25000 кВ∙А, класс напряжения обмотки высшего напряжения – 110 кВ, низшего напряжения – 10 кВ.
Трансформаторы имеют трехлучевую схему замещения (рис. 5.8).
С достаточной для практики точностью такой трансформатор может рассматриваться как два независимых двухобмоточных трансформатора, которые питаются от общей сети.
Трансформаторы с расщепленной обмоткой выполняются с соотношением мощностей обмоток 100 % / 50 % / 50 %. Откуда следует, что
нн1 =
R
нн2 = 2
R
в. (5.4)
Опыт короткого замыкания выполняется при параллельном соединении обмоток низшего напряжения. По полученным данным определяются общие активное и индуктивное сопротивления трансформатора:
В соответствии с условиями выполнения опыта короткого замыкания
Подставив выражение (5.3) в (5.5), получим:
нн1 =
R
нн2 =
R
общ и
R
в = 0,5
R
общ.
Для определения индуктивных сопротивлений обмоток, нужно учитывать расположение обмоток на магнитопроводе, то есть влияние магнитных полей.
Так, для группы однофазных трансформаторов:
в = 0 и
Х
нн1 =
Х
нн2 = 2
Х
общ.
Для трехфазных трансформаторов при расположении обмоток одна над другой:
в = 0,125
Х
общ и
Х
нн1 =
Х
нн2 = 1,75
Х
общ.
Проводимости трансформатора с расщепленной обмоткой определяются так же, как и для двухобмоточного трансформатора.
Применение трансформаторов с расщепленными обмотками для раздельного питания секций низшего напряжения позволяет снизить ток короткого замыкания практически в два раза и обойтись во многих случаях без токоограничивающих реакторов.
Автотрансформатор
На электрических схемах автотрансформатор изображается следующим образом (рис. 5.9).
В соответствии с принятой систе-мой обозначений аббревиатура авто-трансформатора АТДЦТН-125000/ 220/110/10 расшифровывается: автотрансформатор трехфазный, трехобмоточный с принудительной циркуля-цией воздуха и масла и системой регу-лирования напряжения под нагруз-кой. Номинальная мощность – 25000 кВ∙А, класс напряжения обмотки выс-шего напряжения – 220 кВ, среднего напряжения – 110 кВ, низшего напряжения – 10 кВ.
Автотрансформатор отличается от трехобмоточного трансформатора тем, что его обмотки высшего и среднего напряжений, кроме магнитной связи имеют еще электрическую связь (рис. 5.10). Обмотка среднего напряжения является частью обмотки высшего напряжения.
Обмотка высшего напря-жения состоит из двух частей – последовательной обмотки и общей обмотки.
При работе автотрансфор-матора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке протекает ток I
в. Он создает магнитный поток и наводит в общей обмотке ток
I
общ. Ток нагрузки в обмотке среднего напряжения равен сумме этих токов:
в определяется электрической связью обмоток, а ток
I
общ – магнитной связью.
Полная мощность, которая передается из обмотки высшего напряжения в обмотку среднего напряжения, называется номинальной мощность автотрансформатора. Она рассчитывается как
Это выражение можно записать следующим образом:
Типовая мощность меньше номинальной мощности. Выясним во сколько раз. Для этого возьмем отношение типовой мощности к номинальной:
Коэффициент α называется коэффициентом выгодности. Выгодность автотрансформатора определяется по отношению к трехобмоточному трансформатору той же мощности.
Обмотка низшего напряжения имеет с обмотками высшего и среднего напряжений только магнитную связь. Мощность этой обмотки не может быть больше типовой мощности автотрансформатора. Иначе размеры магнитопровода автотрансформатора будут определяться мощностью обмотки низшего напряжения.
Учитывая изложенное, можно записать соотношение номинальных мощностей обмоток автотрансформатора:
Преимущества
автотрансформатора по сравнению с трехобмоточным трансформатором:
· меньший расход материалов (меди, стали, изоляции);
· меньшие потери активной мощности в режимах холостого хода и короткого замыкания;
· больший коэффициент полезного действия;
· более легкие условия охлаждения.
· сложность выполнения независимого регулирования напряжения;
· опасность перехода атмосферных перенапряжений из обмотки высшего напряжения в обмотку среднего напряжения и обратно из-за электрической связи обмоток;
· необходимость обязательного глухого заземления нейтрали. Это приводит к тому, что ток однофазного короткого замыкания может быть больше тока трехфазного короткого замыкания. Если же разземлить нейтраль, то изоляцию обмоток нужно рассчитывать на линейное напряжение.
Автотрансформатор имеет такую же схему замещения, что и трехобмоточный трансформатор. Параметры схемы замещения рассчитываются аналогично. При этом следует учитывать, что часть паспортных данных может быть приведена не к номинальной мощности, а к типовой. Обмотка низшего напряжения рассчитывается на типовую мощность. Поэтому при коротком замыкании обмотки низшего напряжения напряжение поднимается до значения, определяющего ток в этой обмотке. В этом случае параметры ∆Р
к вн, ∆
Р
к сн,
U
к вн и
U
к сн оказываются приведенными к типовой мощности автотрансформатора.
Если в паспортных данных отмечается эта особенность, то указанные параметры следует привести к номинальной мощности по формулам:
Знак “*” указывает, что параметры были приведены к типовой мощности автотрансформатора.
Характеристики основных электроприемников
18. Характеристики электроприемников.
19. Графики электрических нагрузок электроприемников.
Характеристики основных электроприемников
Электрические сети сооружаются для передачи энергии от ЭС к потребите-лям. Требуемая этими потребителями мощность определяет электрическую на-грузку сети. От характера нагрузки зависят требования, которые предъявляются к электрической сети.
Все потребители электроэнергии условно делятся на следующие группы:
· производственные потребители сельского хозяйства;
К коммунально-бытовым
относятся освещение жилых долов и обществен-ных зданий, двигатели лифтов, холодильников, технологическое оборудование предприятий общественного питания и учреждений бытового обслуживания.
К промышленным
электроприемникам относятся электродвигатели, освети-тельные приборы, электротермические установки, выпрямительные установки для преобразования переменного тока в постоянный.
Нагрузка тяговых ПС железной дороги, тяговых выпрямительных ПС трамваев, троллейбусов, метро относится к электрифицированному транспорту.
К производственным потребителям сельского хозяйства
относится обору-дование животноводческих ферм, мельниц, предприятий по переработке сельско-хозяйственной продукции.
потребителям относятся насосные установки водопровода и кана-лизации, компрессорные станции.
В зависимости от эксплуатационно-технических признаков все электро-приемники делятся:
· по режимам работы;
· по мощности и напряжению;
· по степени надежности.
По режимам работы
· с продолжительно неизменной или маломеняющейся нагрузкой. Характе-ризуюся тем, что длительно работают без превышения длительно допустимой температуры. Сюда относятся электродвигатели насосов, вентиляторов;
· с кратковременной нагрузкой. При работе электроприемников их темпера-тура ниже длительно допустимой температуры, а за время останова токо-ведущие части остывают до температуры окружающей среды. Сюда отно-сятся большинство электроприводов металлорежущих станков;
· с повторно-кратковременной нагрузкой. Длительность цикла “включение–отключение” не превышает 10 минут. При работе электроприемников их температура ниже длительно допустимой температуры, а за время остано-ва токоведущие части не остывают до температуры окружающей среды;
· нагревательные аппараты, работающие в продолжительном режиме с практически постоянной нагрузкой;
· электрическое освещение. Электроприемники характеризуются резким изменением нагрузки.
По мощности и напряжению
· большой мощности (80 – 100 кВт и больше) напряжением 6 – 10 кВ. Например, печи;
· малой и средней мощности (менее 80 кВт) напряжением 380 – 660 В.
По роду тока
· переменного тока промышленной частоты;
· переменного тока повышенной или пониженной частоты;
Степень надежности
электроприемников устанавливается в зависимости от последствий, которые имеют место при внезапном перерыве в электроснабжении. Различают электроприемники:
· I категории. Перерыв в электроснабжении таких потребителей связан с опасностью для жизни людей, значительным ущербом экономики государства, повреждением оборудования, массовым браком продукции. К потребителям I категории надежности относятся шахты, железные дороги, доменные и электролизные цеха, метро, стадионы, городские потребители общей нагрузкой более 10 МВ·А. Питание потребителей I категории надежности должно осуществляться от двух независимых источников питания. Независимыми
считаются источники потеря напряжения на одном из которых по любой причине не приводит к потере напряжения на другом. Две системы шин считаются независимыми источниками питания. Среди потребителей I категории надежности выделяют особую группу электроприемников. К ней относят электроприемники, для которых бесперебойное электроснабжение необходимо для безаварийного останова производства, связанного с возможностью возникновения пожаров, взрывов, гибелью людей. Для них необходимо предусмотреть три независимых источника питания. Это – операционные больниц, химическое производство. Перерыв в электроснабжении потребителей I категории надежности допускается на время автоматического переключения на резервное питание;
· II категории. Перерыв в электроснабжении таких потребителей связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов, промышленного транспорта, нарушением нормальной жизнедеятельности значительного количества городских жителей. К потребителям II категории надежности относятся крупные магазины, предприятия легкой промышленности, здания высотой более 5 этажей, многоквартирные дома с электроплитами, учебные заведения, группы потребителей с общей нагрузкой от 300 до 1000 кВ·А. Рекомендуется питание от двух независимых источников питания. Допускается питание от одного источника питания и от одного трансформатора при наличии резерва по вторичной стороне. Допускается перерыв в электроснабжении на время переключений по вводу резервного питания дежурным персоналом. Длительность ремонта не должна превышать одни сутки;
· III категории. К ним относятся все неответственные потребители: небольшие жилые поселки, здания до пяти этажей. Перерыв в электроснабжении таких потребителей допускается на время до одних суток.
Трансформаторы с расщепленными обмотками?
Разновидностью трехобмоточного трансформатора является трехфазный трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения. В таком трансформаторе обмотка низшего напряжения каждой фазы выполняется из двух частей (ветвей), расположенных симметрично по отношению к обмотке высшего напряжения. Номинальные напряжения ветвей обмотки одинаковы. Мощность каждой обмотки низшего напряжения составляет 1/2от общей мощности.
Каждая ветвь расщепленной обмотки имеет самостоятельные выводы, рис.1.
Допускается любое распределение нагрузки между ветвями расщепленной обмотки, например при двух ветвях одна ветвь может быть полностью нагружена, а вторая отключена, или обе ветви нагружены полностью.
Расположение обмоток однофазного трансформатора представлено на рис. 3.
Достоинством трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения является большое сопротивление короткого замыкания между ветвями, что дает возможность ограничить ток к.з. на стороне низшего напряжения, например на подстанциях.
Одной из характеристик трансформатора с расщепленной обмоткой является коэффициент расщепления , который для случая двух ветвей равен отношению сопротивления короткого замыкания между ветвями расщепленной обмотки к сопротивлению короткого замыкания между обмоткой высшего напряжения и параллельно соединенными ветвями расщепленной обмотки, рис…
для однофазных трансформаторов коэффициент расщепления , а для трехфазных трансформаторов . сопротивления лучей в схеме замещения трансформатора с обмоткой низшего напряжения, расщепленной на две ветви (рис…), могут быть определены из следующих выражений:
после подстановки в которые соответствующих значений получим:
для однофазных трансформаторов
Для трехфазных трансформаторов
видим. Что сопротивления
увеличены на 1,75 раза, что приводит к ограничению токов короткого замыкания.
Регулирование напряжения?
Регули́рованиенапряже́ниятрансформа́тора — изменение числа витков обмотки трансформатора. Применяется для поддержания нормального уровня напряжения у потребителей электроэнергии.
Большинство силовых трансформаторов оборудовано некоторыми приспособлениями для настройки коэффициента трансформации путём добавления или отключения числа витков.
Настройка может производиться с помощью переключателя числа витков трансформатора под нагрузкой либо путём выбора положения болтового соединения при обесточенном и заземлённом трансформаторе.
Степень сложности системы с переключателем числа витков определяется той частотой, с которой надо переключать витки, а также размерами и ответственностью трансформатора.
В зависимости от нагрузки электрической сети меняется её напряжение. Для нормальной работы электроприёмников потребителей необходимо, чтобы напряжение не отклонялось от заданного уровня больше допустимых пределов, в связи с чем применяются различные способы регулирования напряжения в сети. Одним из способов является изменение соотношения числа витков обмоток первичной и вторичной цепи трансформатора (коэффициента трансформации), так как <\displaystyle U_<2>=U_<1>
Расщепленная обмотка трансформатора: основные характеристики и принцип работы
Трансформатор — это устройство, которое используется для передачи электроэнергии с одной обмотки на другую через магнитное поле. Одним из типов трансформаторов является расщепленная обмотка. Что же это такое и как она работает? Давайте разберемся.
Расщепленная обмотка трансформатора представляет собой конструкцию, в которой основная обмотка разделена на две отдельные обмотки. Одна из них называется первичной, а вторая — вторичной. Каждая обмотка имеет свои характеристики, такие как число витков и сопротивление.
Преимущества расщепленной обмотки включают в себя возможность использования различных напряжений на первичной и вторичной сторонах трансформатора. Это особенно полезно в случаях, когда необходимо преобразовывать напряжение сети переменного тока в более низкое или наоборот. При этом сохраняется эффективность передачи энергии и минимизируются потери. Кроме того, расщепленная обмотка позволяет управлять током и напряжением для различных нагрузок, снижая вероятность перегрева и повреждения оборудования.
Расщепленная обмотка трансформатора — это инновационное решение, позволяющее эффективно преобразовывать напряжение и управлять током. Это решение находит широкое применение в различных отраслях, таких как энергетика, электроника и промышленность.
Основной принцип работы расщепленной обмотки трансформатора заключается в преобразовании переменного напряжения с одной стороны трансформатора в переменное напряжение с другой стороны с помощью магнитного поля. Когда переменное напряжение подается на первичную обмотку, она создает переменное магнитное поле, которое передается на вторичную обмотку. Вторичная обмотка преобразует магнитное поле обратно в переменное напряжение, которое может быть использовано для питания различных электрических устройств.
В заключение, расщепленная обмотка трансформатора является эффективным решением для преобразования напряжения и управления током. Она позволяет использовать различные напряжения на входе и выходе трансформатора, что делает ее очень универсальной. Кроме того, расщепленная обмотка способствует снижению потерь энергии и повышению надежности оборудования. В результате, данное устройство находит широкое применение в разных отраслях и является важным компонентом электроэнергетических систем.
Расщепленная обмотка трансформатора
Расщепленная обмотка трансформатора является основным элементом электротехники и используется для изменения напряжения электроэнергии. Она состоит из двух или более обмоток, которые соединяются в разных комбинациях, позволяя получать различные значения напряжения.
Главное преимущество расщепленной обмотки трансформатора заключается в возможности получения разных значений напряжения с использованием одного устройства. Благодаря этому, расщепленные обмотки широко применяются в электросетях, электроэнергетике и промышленности для передачи и распределения электроэнергии.
Принцип работы расщепленной обмотки трансформатора основан на преобразовании электрической энергии. При подключении источника энергии к первичной обмотке, образуется магнитное поле, которое индуцирует ток во вторичной обмотке. Значение напряжения на вторичной обмотке зависит от соотношения числа витков на первичной и вторичной обмотках.
Если обмотки трансформатора расщеплены и использованы в соответствии с правилами подключения, то можно получить разные значения напряжения на вторичной обмотке. Например, при последовательном соединении обмоток напряжение на вторичной стороне будет больше, чем на первичной, а при параллельном соединении — меньше. Таким образом, расщепленная обмотка позволяет получать напряжение с нужными значениями для разных устройств и систем.
Основные элементы расщепленной обмотки трансформатора:
- Первичная обмотка — подключается к источнику электроэнергии.
- Вторичная обмотка — используется для подключения нагрузки.
- Основное и дополнительное обмотки — используются для изменения напряжения на вторичной стороне трансформатора.
Расщепленная обмотка трансформатора позволяет эффективно использовать электрическую энергию, обеспечивая нужные значения напряжения в различных системах и устройствах. Благодаря своей гибкости и функциональности, расщепленные обмотки нашли широкое применение в разных отраслях индустрии и бытовых устройствах.
Определение и назначение
Расщепленная обмотка трансформатора — это один из типов обмоток, которые используются в электрических трансформаторах. Он состоит из двух отдельных обмоток, обернутых на одно и то же железное сердце.
Обычно трансформаторы имеют две обмотки: первичную и вторичную. Первичная обмотка подключается к источнику переменного тока, а вторичная обмотка используется для подачи тока нагрузке. В традиционных трансформаторах первичная и вторичная обмотки обычно обернуты друг вокруг друга на железном сердце.
Однако в расщепленной обмотке трансформатора первичная и вторичная обмотки разделены и могут быть подключены к различным источникам переменного тока или нагрузкам. Это позволяет эффективно манипулировать током и напряжением в трансформаторе.
Принцип работы расщепленной обмотки
Расщепленная обмотка трансформатора – это специальная конструкция, при которой вторичная обмотка разделена на две части. Каждая часть имеет свои выводы, которые подключаются к нагрузке независимо друг от друга. Преимуществом такой системы является возможность получения двух независимых выходных напряжений с разными значениями.
Принцип работы расщепленной обмотки основан на использовании различных соотношений числа витков в первичной и вторичной обмотках. Обратное соотношение числа витков позволяет получить разные значения выходного напряжения на двух разделенных частях вторичной обмотки.
Для достижения желаемых соотношений числа витков используются специальные катушки с разными расположениями проводников. Расстояние между проводниками и количество витков могут быть разными в зависимости от требуемых параметров трансформатора.
При подключении нагрузки к одной из частей расщепленной обмотки, ток протекает через эту часть и создает соответствующее выходное напряжение. Если к другой части обмотки подключить нагрузку, то ток будет протекать через нее и создавать другое выходное напряжение. При этом обе части обмотки остаются гальванически развязанными, что позволяет получить два выходных напряжения с независимыми цепями.
| Обмотка | Количество витков | Выходное напряжение |
| Часть 1 | 100 витков | 10 В |
| Часть 2 | 200 витков | 20 В |
Например, если первая часть вторичной обмотки имеет 100 витков, а вторая часть – 200 витков, то при подключении нагрузки к первой части будет получено выходное напряжение в 10 В, а при подключении нагрузки ко второй части – выходное напряжение в 20 В.
Таким образом, принцип работы расщепленной обмотки трансформатора позволяет получить два независимых выходных напряжения с разными значениями, что обеспечивает гибкость использования трансформатора в различных электрических схемах и устройствах.
Преимущества расщепленной обмотки
Расщепленная обмотка трансформатора является одним из важных элементов в электрической системе. Она представляет собой две обмотки, обычно намотанные параллельно на одном железном сердечнике.
Расщепленная обмотка имеет следующие преимущества:
- Уменьшение потерь энергии: Расщепленная обмотка позволяет снизить потери энергии, которые могут возникнуть при работе трансформатора. Это достигается за счет возможности использования более эффективных материалов для проводников и сокращения внутренних емкостей и индуктивностей.
- Улучшение стабильности и надежности работы: Расщепленная обмотка позволяет равномерно распределить нагрузку между двумя обмотками. Это повышает стабильность работы трансформатора и уменьшает перегрев и износ его элементов.
- Увеличение мощности: Расщепленная обмотка позволяет повысить мощность трансформатора за счет увеличения количества параллельных обмоток.
- Улучшение качества сигнала: Расщепленная обмотка способствует улучшению качества сигнала на выходе трансформатора. Благодаря снижению потерь и увеличению стабильности работы, сигнал проходит через трансформатор без искажений и шумов.
- Упрощение конструкции: Расщепленная обмотка позволяет сократить количество компонентов и упростить конструкцию трансформатора. Это уменьшает его габариты и упрощает монтаж и эксплуатацию.
В целом, расщепленная обмотка трансформатора предоставляет много преимуществ, которые улучшают его эффективность, надежность и качество работы. Она активно применяется в различных областях, включая энергетику, компьютерные системы, аудио- и видеоаппаратуру, телекоммуникации и другие.
Особенности расщепленной обмотки
Расщепленная обмотка – это особый тип обмотки трансформатора, который состоит из двух или более параллельных проводов, называемых ветвями обмотки. В каждой ветви обмотки течет ток, но направления токов в ветвях обмотки противоположны друг другу.
Основными особенностями расщепленной обмотки являются:
Увеличение мощности трансформатора.
За счет параллельного подключения проводов ветвей обмотки можно достичь увеличения тока, а значит и мощности трансформатора. При этом трансформатор остается компактным и легким, что делает его более удобным в использовании.
Снижение потерь энергии.
Благодаря распределению тока между ветвями обмотки, термические потери уменьшаются. Это особенно важно при работе трансформатора в режиме больших нагрузок, так как снижение тепловых потерь позволяет повысить эффективность трансформатора.
Улучшение электрической безопасности.
Расщепленная обмотка позволяет снизить потенциал напряжения между проводами ветвей обмотки, что делает работу с трансформатором более безопасной. Это особенно важно в ситуациях, когда требуется проведение технического обслуживания или ремонта.
Улучшение регулировки напряжения.
Благодаря расщепленной обмотке можно регулировать напряжение на соответствующих участках обмотки. Это особенно полезно при передаче электроэнергии на большие расстояния, так как позволяет поддерживать стабильное напряжение.
Таким образом, расщепленная обмотка трансформатора имеет ряд преимуществ, обеспечивая увеличение мощности, снижение потерь энергии, повышение безопасности и возможность регулировки напряжения.
Применение расщепленной обмотки
Расщепленная обмотка трансформатора находит широкое применение в различных областях, включая:
- Электроэнергетика: расщепленные обмотки используются для передачи электроэнергии на большие расстояния с минимальными потерями.
- Промышленность: такие трансформаторы применяются в промышленных системах для подключения мощных электроприборов.
- Телекоммуникации: расщепленная обмотка позволяет обеспечить стабильное питание для оборудования связи.
- Электроника: эта технология используется в различных электронных устройствах для переключения и регулировки напряжения.
Преимущества расщепленной обмотки трансформатора также проявляются в следующих аспектах:
- Увеличение эффективности: благодаря использованию двух отдельных обмоток, расщепленный трансформатор обеспечивает более точную и эффективную передачу электроэнергии.
- Защита от перегрузок: при наличии двух отдельных обмоток, возможность перегрузки и повреждения трансформатора снижается, поскольку каждая обмотка может работать независимо.
- Установка в ограниченных пространствах: расщепленные обмотки могут быть компактными и легкими, что позволяет их устанавливать даже в ограниченных пространствах.
- Лучшая регулировка напряжения: при наличии двух обмоток можно легко регулировать выходное напряжение трансформатора.
- Улучшение стабильности: расщепленные обмотки обеспечивают лучшую стабильность выходного напряжения и более надежную работу трансформатора в целом.
В целом, расщепленная обмотка трансформатора является важным компонентом в электротехнике и имеет широкий спектр применения, способствуя более эффективной и надежной передаче электроэнергии.
Технические характеристики расщепленной обмотки
Расщепленная обмотка трансформатора является особым типом обмотки, который обеспечивает возможность изменения отношения преобразования трансформатора. Это достигается путем соединения обмотки на одной стороне и разделения ее на две половины на другой стороне.
Основные технические характеристики расщепленной обмотки включают:
- Отношение преобразования: Расщепленная обмотка позволяет изменять отношение преобразования трансформатора, что делает его очень гибким в использовании. За счет соединения и разделения обмотки на разных сторонах, можно получить различные соотношения напряжения и тока.
- Выборочная работа: Расщепленная обмотка позволяет выбирать, с какой стороны трансформатора будет получено требуемое отношение преобразования. Это полезно в случаях, когда требуется работать с различными уровнями напряжения и тока.
- Изоляция: Поскольку расщепленная обмотка состоит из двух отдельных обмоток, каждая из них должна быть полностью изолирована. Такая изоляция обеспечивает безопасность и защиту от коротких замыканий.
- Переключение обмотки: Расщепленная обмотка может быть использована для переключения между различными обмотками трансформатора. Это позволяет изменять отношение преобразования в зависимости от требований системы. Однако, необходимо учитывать, что при переключении обмоток может возникать незначительное время простоя системы.
- Энергетические потери: Использование расщепленной обмотки может приводить к дополнительным энергетическим потерям из-за наличия дополнительной изоляции и соединений. Такие потери следует учитывать при проектировании и выборе трансформатора.
Технические характеристики расщепленной обмотки играют важную роль при выборе и эксплуатации трансформатора. Они позволяют достичь необходимого отношения преобразования и обеспечить работу системы в соответствии с требованиями.
Вопрос-ответ
Что такое расщепленная обмотка трансформатора?
Расщепленная обмотка трансформатора это особый вид обмотки, в которой одна обмотка имеет несколько точек подключения, что позволяет использовать её для различных конфигураций и режимов работы.
Как работает расщепленная обмотка трансформатора?
Расщепленная обмотка трансформатора работает путем изменения точки подключения, что позволяет регулировать напряжение и выходную мощность трансформатора.
Каковы преимущества использования расщепленной обмотки трансформатора?
Использование расщепленной обмотки трансформатора позволяет достичь гибкости в настройке выходного напряжения и мощности, а также упрощает систему соединений и уменьшает затраты на дополнительное оборудование.
Трансформаторы с расщепленной обмоткой достоинства недостатки
Силовые трансформаторы с расщепленной обмоткой низкого напряжения ТРДН
1. Общая характеристика
Трансформаторы с расщепленной обмоткой представляют из себя трансформаторы, с обмотокой разделенной на 2 или более не связанных между собой гальванически элементов.
Такие трансформаторы обычно устанавливают на крупных ПС районных электрических сетей и электростанциях, а так же систем электроснабжения промышленных предприятий. Это позволяет подсоединить два и более генераторов (или независимых нагрузок) одного или разных классов напряжений присоединять к одному трансформатору.
На рис.1.1 изображено обозначение трансформатора с расщепленной обмоткой на схеме.
Рисунок 1.1 – Обозначение на схеме
При коротком замыкании в цепи одной из частей расщепленной обмотки, в других обмотках трансформатора возникают напряжения и токи существенно меньшие, чем в таком же трансформаторе с нерасщепленной обмоткой низкого напряжения.Такой трансформатор, с достаточной для практики точностью, может рассматриваться как 2 независимых двухобмоточных трансформатора, питающихся от общей сети.
2. Причины установки ТРДН
Для ограничения токов КЗ, при номинальной мощности трансформатора 25 МВА и выше, а так же равномерной нагрузке на секции шин, широко применяются трансформаторы с расщепленной обмоткой низкого напряжения.
У трансформаторов с расщепленной обмоткой мощность каждой из обмоток низкого напряжения в 2 раза меньше номинальной мощности трансформатора. При этом, сопротивление каждой из обмоток низкого напряжения увеличивается в 2 раза по сравнению с двухобмоточным трансформатором такой же мощности без расщепления.
По сравнению с двухобмоточным трансформатором такой же мощности, сопротивление трансформатора сквозным токам КЗ при расщеплении обмотки увеличивается почти в 1,6 раза.
3. Расчет параметров
На рис.1.2 представлена схема замещения трансформатора с расщепленной обмоткой.
Рисунок 1.2 – Схема замещения трансформатора
Трансформаторы с расщепленной обмоткой выполняются с соотношением мощностей обмоток равным 100 % / 50 % / 50 % [1].
Для трансформаторов с расщепленной обмоткой индивидуальными параметрами являются:
– сопротивление расщепления ZР (равное сопротивлению между выводами двух ветвей расщепленной обмотки):
– сквозное сопротивление Zскв = ZВ-Н, равно сопротивлению между выводами обмотки высокого напряжения и объединенными (запараллелеными) ветвями расщепленной обмотки низшего напряжения;
– коэффициент расщепления КР, равен:
Параметры схемы замещения определяются по следующим формулам:
Для определения Z используем формулы:
R определяется по следующим формулам:
kТ Н-В определяем по формуле:
4. Основные характеристики трансформатора
На рис.1.3 изображен внешний вид трансформатора ТРДН-40000/110.
Рисунок 1.3 – Внешний вид трансформатора ТРДН-40000/110
В соответствии с принятой системой обозначений аббревиатура трансформатора ТРДН-40000/110-У1 расшифровывается так:
Т – трехфазный трансформатор;
Р – наличие ращепленной обмотки низкого напряжения;
Д – охлаждение производится с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха;
Н – регулирование напряжения производится под нагрузкой РПН;
40000 – номинальная мощность трансформатора, кВ•А;
110 – класс напряжения обмотки высокого напряжения, кВ;
У1 – климатическое исполнение, категория размещения по ГОСТу 15150.
Основные параметры этого трансформатора приведены в табл.1.1 [2].
Таблица 1.1 – Технические параметры ТРДН-40000/110-У1
| Номинальная частота, Гц | 50 |
| Схема и группа соединения обмоток | Υн/Δ-Δ-11-11 |
| Номинальное значение напряжения ВН, кВ | 115 |
| Номинальное значение напряжения НН, кВ | 11 |
| Напряжение КЗ (ВН-НН), % | 10,5 |
| Ток холостого хода, не более, % | 0,55 |
| Ступени регулирования РПН в нейтрали ВН | ±9х1,78% |
| Полный срок службы, лет | 25 |
В требованиях для силовых трансформаторов [3, 6.4] сказано, что для обеспечения продолжительной и надежной эксплуатации трансформаторов необходимо обеспечить:
- соблюдение необходимых нагрузочных, температурных режимов и уровня напряжений;
- соблюдение характеристик трансформаторного масла и изоляции в пределах установленных норм;
- содержание в исправном состоянии устройств охлаждения трансформатора, защиты масла, регулирования напряжения и т. д.
5. Системы охлаждения и пожаротушения
Как уже говорилось выше, ТРДН имеют систему охлаждения с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха. Это значит, что в навесных охладителях из радиаторных труб помещают вентиляторы. В этом случае, в навесных охладителях, из радиаторных труб помещаются вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу трансформатора и обдувает нагретую верхнюю часть труб.
Для улучшения условий охлаждения масла, а следовательно, и обмоток магнитопровода трансформатора производится форсированный обдув радиаторных труб. Это позволяет изготовлять трансформаторы с расщепленной обмоткой мощностью до 100 000 кВ•А. В настоящее время, пуск и остановка вентиляторов, может осуществятся автоматически. Он зависит только от температуры нагрева масла и нагрузки [1].
6. Требования безопасности и охрана окружающей среды
Общие технические условия для силовых трансформаторов приведены в [4]. ГОСТ включает в себя технические требования, требования безопасности, включая требования пожарной безопасности, требования охраны окружающей среды, указания по эксплуатации, транспортирование и хранение. Требования безопасности, должны так же соответствовать [5, 6]. По стандарту [5] выполняется заземление баков трансформаторов.
Степень защиты трансформаторов определяет стандарт [6]. В нем говорится, что все трансформаторы, кроме встроенных, должны выполняться с 1 или 2 классом защиты и иметь степень защиты не ниже IP20. Стационарные трансформаторы, в свою очередь, допускается изготовлять со степенью защиты IP00. Система стандартов [4] приводит требования по утилизации трансформатора. В нем описан следующий ряд действий:
- трансформаторное масло следует слить и отправить на регенерацию;
- металлические составляющие трансформатора необходимо сдать на переработку;
- фарфоровые изоляторы, электрокартон, резиновые уплотнения нужно отправить на полигон твердых бытовых отходов.
7. Ссылки и литература
1. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. — М.: Энергоатомиздат, 1987. – 315 с.
2. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. Учебник для вузов. 2-изд. — М.: Энергоатомиздат, 1986.-310 с.
3. Правила технической эксплуатации электроустановок. Утвержден приказом Минтопэнерго Украины от 25.07.2006 г.
4. ГОСТ Р 52719–2007. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. – М.: Издательство стандартов, 2007. – 45 с.
5. ГОСТ 12.2.007.0–75. Система стандартов безопасности труда. Издание электротехническое. Общие требования безопасности. – М.: Издательство стандартов, 1975. – 12 с.
6. ГОСТ 12.2.007.2–75. Система стандартов безопасности труда. Трансформаторы силовые и реакторы электрические. Требования безопасности. – М.: Издательство стандартов, 1975. – 5 с.
Трансформаторы с расщепленными обмотками
В некоторых случаях с целью создания более рациональных условий коммутации электрических цепей одна из обмоток трансформатора разделяется на две или большее число гальванически несвязанных частей. Суммарная номинальная мощность этих обмоток равна номинальной мощности трансформатора, а их напряжения КЗ относительно другой обмотки практически равны, так что эти части допускают независимую нагрузку или питание. Такие обмотки, обычно обмотки НН, называются расщепленными.
Трансформаторы с расщепленной обмоткой являются разновидностью двухобмоточного трансформатора. В таком трансформаторе обмотка НН выполнена из двух или более обмоток, расположенных симметрично по отношению к обмотке ВН (рисунок 6.6). Номинальные напряжения ветвей одинаковы, а их мощности 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.
Рисунок 6.6 – Устройство трехобмоточного трансформатора (а) и двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН (б)
На рисунке 6.7 представлена схема соединений обмоток для одной фазы трехфазного двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН на две ветви.
Трансформаторы с расщепленной обмоткой в первом приближении можно рассматривать как два независимых трансформатора, питаемых от общей сети.
При КЗ в цепи одной из частей расщепленной обмотки в обмотках трансформатора возникают токи и напряжения существенно меньше, чем в том же трансформаторе с нерасщепленной обмоткой НН.
Применение трансформаторов с расщепленными обмотками НН, обладающими повышенными значениями индуктивных сопротивлений, способствует снижению мощности короткого замыкания на шинах НН почти вдвое, что позволяет во многих случаях обойтись без токоограничивающих реакторов.
Трансформаторы или трехфазные группы с расщепленными на две (или более) обмотками низшего напряжения устанавливают на электростанциях и крупных подстанциях районных электрических сетей и систем электроснабжения промышленных предприятий. Это позволяет присоединять к одному трансформатору два и более генераторов или независимых нагрузок одного или разных классов напряжений.
На электростанциях трансформаторы с расщепленными обмотками НН обеспечивают возможность присоединения нескольких генераторов к одному повышающему трансформатору. Такие укрупненные энергоблоки позволяют упростить схему РУ 330 – 500 кВ, Широкое распространение трансформаторы с расщепленной обмоткой НН получили в схемах питания собственных нужд крупных ТЭС с блоками 200 – 1200 МВт, а также на понижающих подстанциях с целью ограничения токов КЗ.
В настоящее время трехфазные двухобмоточные трансформаторы с расщепленными обмотками НН являются основным типом трансформаторов мощных приемных подстанций напряжением 110 – 220 кВ.
Автотрансформаторы
Наряду с трансформаторами для связи сетей с различающимися напряжениями широко применяют автотрансформаторы.
Автотрансформатором называется трансформатор, две или более обмотки которого гальванически связаны между собой.
В отличие от обычного трансформатора в автотрансформаторе для преобразования напряжения используется не только магнитная связь обмоток, но и их прямое или встречное последовательное электрическое соединение. У автотрансформатора вторичной обмоткой служит часть первичной обмотки, или наоборот (рисунок 6.8). На преобразование напряжения при помощи автотрансформатора затрачивается меньше активных материалов, чем на такое же преобразование, осуществляемое при помощи трансформатора. Это также снижает потери мощности, связанные с процессом преобразования. При малых коэффициентах трансформации автотрансформатор легче и дешевле многообмоточного трансформатора.
Наиболее экономично применять автотрансформаторы для связи сетей с глухозаземленными нейтралями напряжением 110 кВ и выше с соотношением номинальных напряжений до 3 – 4, например, 220 и 110 кВ, 500 и 220 кВ и др. Такие автотрансформаторы обычно выполняют на большие мощности (до 500 МВ . А и выше). Мощные автотрансформаторы изготавливают как в трехфазном, так и в однофазном (собираемом в трехфазные группы) исполнении. Обмотки трехфазных автотрансформаторов обычно соединяют в звезду (рисунок 6.9) с обязательным глухим заземлением нейтрали.
Также автотрансформаторы находят применение в электрических установках, когда требуется длительно или временно повышать или понижать напряжение в отдельных точках сети до 2 раз, например для снижения пусковых токов двигателей большой мощности или при регулировании режимов специальных электрометаллургических печей, а также в разнообразных установках радиосвязи, проводной и электронной техники.
Обмотка высшего напряжения состоит из двух обмоток – общей и последовательной. Обмотка среднего напряжения является частью обмотки ВН и называется общей обмоткой. Недостаток автотрансформатора – невозможность гальванического обособления цепей и как следствие возможность появления высокого напряжения на стороне СН.
Рисунок 6.9 – Схемы соединения обмоток трехобмоточного автотрансформатора
и соответствующие им векторные диаграммы напряжений
Помимо гальванически связанных обмоток автотрансформатор может иметь и третичные обмотки, работающие как в обыкновенном трансформаторе, не имеющие гальванической связи с другими обмотками. Дополнительные обмотки выполняются обычно низшего напряжения и соединяются треугольником (рисунок 6.9) , что способствует подавлению третьей гармоники фазных ЭДС, предотвращая их появление в линиях. Наличие таких обмоток также приводит к выравниванию фазных напряжений при несимметричной нагрузке. Номинальная мощность обмотки НН составляет от 20 до 50 % номинальной (проходной) мощности автотрансформатора.
Рассмотрим условия работы трехобмоточного трансформатора (рисунок 6.9). Автотрансформаторы могут работать в автотрансформаторных или комбинированных режимах. При работе в автотрансформаторном режиме мощность передается из сети ВН в сеть СН или наоборот. Третичная обмотка НН при этом не нагружена. При работе в комбинированном режиме к обмотке НН присоединяется нагрузка или компенсирующее устройство. При этом мощность в последовательной и общей обмотках состоит из мощности передаваемой в автотрансформаторном режиме, и мощности, передаваемой через обмотку НН.
В отличие от трансформатора, где вся мощность с первичной обмотки ВН передается на вторичную обмотку СН магнитным путем, в автотрансформаторе часть мощности передается непосредственно – без трансформации, через электрическую связь между последовательной и общей обмотками (электрическая мощность):
а также с помощью пронизывающего их магнитного поля, т.е. магнитным путем (трансформаторная мощность):
Сумма трансформаторной и электрической мощности равна проходной мощности автотрансформатора:
Под номинальной мощностью автотрансформатора понимается предельная мощность, которая может быть передана через автотрансформатор по обмоткам ВН и СН, имеющим между собой автотрансформаторную связь. Для отечественных трансформаторов мощности обмоток ВН и СН одинаковы и равны номинальной или проходной. Следовательно,
В общей обмотке протекает разность токов сетей ВН и СН. Поэтому эту обмотку рассчитывают на ток, меньший номинального тока автотрансформатора, определяемого на стороне ВН, и она может иметь площадь меньшего сечения, чем обмотка того же напряжения двухобмоточного трансформатора. Меньшую площадь имеет и магнитопровод автотрансформатора. В результате, чем ближе к единице коэффициент трансформации
тем меньше расход активных материалов (меди обмоток, стали магнитопровода и изоляционных материалов) и приблизительно – стоимость автотрансформатора. Поэтому понижающие автотрансформаторы оказываются дешевле трансформаторов равной номинальной мощности, а применение автотрансформаторов взамен трансформаторов становится тем выгоднее, чем ближе друг к другу напряжения UВН и UСН.
Мощность общей части обмоток автотрансформатора (рисунок 6.9)
где – так называемый коэффициент выгодности.
Для характеристики автотрансформаторов введено также понятие типовой мощности, на которую рассчитывается последовательная обмотка:
Типовая мощность отображает экономическую сторону конструкции автотрансформаторов, т.е. расход активных материалов. Различие технико-экономических показателей трансформаторов и автотрансформаторов зависит от соотношения между номинальной и типовой (расчетной) мощностями, т.е. от коэффициента выгодности αв. Поскольку
то очевидно, что преимущества автотрансформатора проявляются в большей степени тогда, когда с его помощью связываются сети более близких номинальных напряжений.
Мощность обмотки НН, обычно равную 50 % номинальной мощности автотрансформатора, рассчитывают на передачу типовой мощности.
В отдельных автотрансформаторах мощность обмотки НН составляет 20, 25 и 40 % и не равна типовой мощности. В этом случае коэффициент выгодности не равен отношению , именуемый в дальнейшем коэффициент приведения (пересчета).
Обмотка НН соединяется в треугольник и предназначена для питания нагрузок, расположенных в районе рассматриваемой подстанции, а также для подключении компенсирующих реактивную мощность устройств (батарей конденсаторов, синхронных компенсаторов и др.). Номинальное напряжение третьей обмотки в зависимости от удаленности нагрузок может быть 6,6, 11 и 38,5 кВ.
Наличие электрической связи между обмотками ВН и СН обуславливает возможность применения автотрансформаторов только в сетях с глухозаземленной нейтралью, т.е. в сетях напряжением 110 кВ и выше, а сами автотрансформаторы изготавливают с высшим напряжением не менее 150 кВ и средним не менее 110 кВ. При отсутствии заземления нейтрали и замыкания на землю одной фазы в сети ВН потенциал относительно земли двух других фаз сети СН повысится до недопустимого значения. Если, например, выполнить автотрансформатор напряжением 115/38,5/11 кВ с изолированной нейтралью, то при замыкании на землю фазы А сети 110 кВ потенциал относительно земли фаз а и с сети 35 кВ до 3,5 Uср. Это недопустимо как для изоляции обмотки 38,5 кВ автотрансформатора, так и для аппаратуры сети 35 кВ.
Охлаждение трансформаторов
Отсутствие у трансформаторов вращающихся частей уменьшает нагрев трансформатора из-за отсутствия механических потерь, но это же обстоятельство усложняет процесс охлаждения, так как исключает применение в трансформаторах самовентиляции. По этой причине основной способ охлаждения трансформаторов – естественное охлаждение. Однако в трансформаторах значительной мощности с целью повышения удельных электромагнитных нагрузок применяют более эффективные методы охлаждения. Наибольшее применение получили следующие способы охлаждения:
Сухой трансформатор с естественным воздушным охлаждением (С) открытого исполнения.Все нагреваемые части трансформатора непосредственно соприкасаются с воздухом. Их охлаждение происходит за счет излучения теплоты и естественной конвекции воздуха. Иногда такие трансформаторы снабжают защитным кожухом, имеющим жалюзи или же отверстия, закрытые сеткой. Этот вид охлаждения применяют в трансформаторах низкого напряжения при их установке в сухих закрытых помещениях.
Сухие трансформаторы применяются при мощностях до 1600 кВ . А, напряжении до 20 кВ и устанавливаются в помещениях с относительной влажностью воздуха до 80 %.
Разновидности сухих трансформаторов (видов охлаждения):
С – естественное воздушное при открытом исполнении;
СЗ – естественное воздушное при защищенном исполнении;
СГ – естественное воздушное при герметичном исполнении;
СД – воздушное с принудительной циркуляцией воздуха.
Естественное масляное охлаждение (М), т.е. естественная циркуляция масла.Магнитопровод с обмотками помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом, которое омывает нагреваемые части трансформатора, путем конвекции отводит теплоту и передает ее стенкам бака, последние, в свою очередь, охлаждаются путем излучения теплоты и конвекции воздуха. Для увеличения охлаждаемой поверхности бака его делают ребристым или же применяют трубчатые баки (рисунок 6.1). В трансформаторах большой единичной мощности трубы объединяют в радиаторы (радиаторные баки). Нагретые частицы масла поднимаются в верхнюю часть бака и по трубам опускаются вниз. При этом, соприкасаясь со стенками труб, масло охлаждается. Трансформаторное масло обладает высокими электроизоляционными свойствами, поэтому, пропитывая изоляцию обмоток, оно улучшает ее свойства и повышает надежность трансформаторов при высоких напряжениях. Это особенно важно для трансформаторов, устанавливаемых на открытых площадках. Следует заметить, что масляное охлаждение усложняет и удорожает эксплуатацию трансформаторов, так как требует систематического контроля за качеством масла и периодической его замены.
Трансформаторы с охлаждением типа М применяют при мощности до 6300 кВ . А.
Разновидности масляных трансформаторов типа М (видов охлаждения):
М – естественная циркуляция воздуха и масла;
МЦ – естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла;
НМЦ – естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла.
Масляное охлаждение с дутьем (Д).Трансформаторы снабжают электрическими вентиляторами, которые обдувают радиаторы трансформатора. Конвекция масла внутри бака остается естественной. Этот вид охлаждения позволяет увеличить единичную мощность трансформатора на 40 – 50%.
Система охлаждения типа Д применяется в трансформаторах мощностью 10 000 – 80 000 кВ . А. При снижении нагрузки трансформатора с дутьевым охлаждением на 50 – 60% вентиляторы можно отключить, т.е. перейти на естественное масляное охлаждение.
Принудительная циркуляция масла через водяной охладитель (Ц)(Масляно-водяное охлаждение)(рисунок 6.10).
Рисунок 6.10 – Масляно-водяное охлаждение трансформатора
Ц – с принудительной циркуляцией воды и ненаправленным потоком масла:
НЦ – с принудительной циркуляцией воды и направленным потоком масла.
Нагретое в трансформаторе 1 масло посредством насоса 2 прогоняется через охладитель 3, в котором циркулирует вода. Это наиболее эффективный способ охлаждения, так как коэффициент теплопередачи от масла в воду значительно выше, чем в воздух. Одновременно масло проходит через воздухоохладитель 4 и фильтр 5, где освобождается от нежелательных включений.
Водяные охладители систем Ц и НЦ компактнее воздушных и рассеивают мощности до 1000 кВт.
Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла (ДЦ).Масляное охлаждение с дутьем и направленным потоком масла (НДЦ). С помощью насоса 1 (рисунок 6.11) создают принудительную циркуляцию трансформаторного масла через специальные охладители 2, собранные из трубок. Одновременно необходимое число вентиляторов 3 создает направленный поток воздуха, обдувающий поверхность трубок охладителя.
Системы охлаждения типов ДЦ и НДЦ применяют для трансформаторов общего назначения мощностью 80 000 – 400 000 кВ . А, каждый охладитель такой системы может рассеивать мощность до 200 кВт.
Трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком (Н) – совтолом устанавливаются в тех производственных помещениях, где окружающая среда не допускает использования масляных трансформаторов. Например они рекомендуются для крупных машинных залов.
Разновидности видов охлаждения совтоловых трансформаторов:
Н – естественное негорючим жидким диэлектриком;
НД – негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха;
ННД – негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха и направленным потоком жидкого диэлектрика.