Глава восемнадцатая разновидности трансформаторов

§ 18-1. Трехобмоточные трансформаторы

Широкое применение в энергетике нашли трехобмоточные трансформаторы (рис. 48-1), у которых имеется одна первичная и две вторичные обмотки. Такие трансформаторы используются на электрических станциях и подстанциях для питания распределительных сетей с различными номинальными напряжениями и позволяют достичь экономии в капитальных затратах за счет установки

меньшего количества трансформаторов.

Будем считать, что обмотки 2 и 3 приведены к числу витков

Рис. 18-1. Трехобмоточный трансформатор

Рис. 18-2. Упрощенная схема замещения трехобмоточного трансфер-матора

обмотки /, для чего введены коэффициенты приведения, или трансформации:

Схема замещения трехобмоточного трансформатора, в отличие от схемы замещения двухобмоточного трансформатора (см. рис. 14-5 и 14-6) будет иметь две вторичные цепи. У мощных трехобмоточных силовых трансформаторов намагничивающий ток мал и им можно пренебречь. Схема замещения таких трансформаторов показана на рис. 18-2. Из рисунка видно, что изменение' нагрузки одной вторичной обмотки влияет на напряжение другой вторичной обмотки, так как при этом изменяется падение напряжения первичной обмотки Z_xl_x.

Векторные диаграммы трехобмоточного трансформатора можно составить на основе схемы замещения рис. 18-2, они имеют вид, показанный на рис, 18-3,

Параметры схемы замещения рис. 18-2 можно определить расчетным путем или из данных трех опытоб короткого замыкания трехобмоточного трансформатора (рис. 18-4). По опытным значениям сопротивлений короткого замыкания

По аналогичным формулам через активные и- индуктивные составляющие Z_Kl2» Z_Ki₃, 2_к23 выражаются также г_ъ г_%, г₃ и х_х, х₂,х₃.

Данные опыта короткого замыкания между обмотками 2 и 3 должны быть приведены к первичной обмотке с коэффициентом приведения

В опытах короткого замыкания определяются также напряжения короткого замыкания н_к12, ы_к13, м_к23, значения которых в относительных единицах равны соответствующим сопротивлениям короткого замыкания. Следует отметить, что индуктивное сопротивление рассеяния обмотки, расположенной между двумя другими, близко к нулю или имеет небольшое отрицательное значение, что формально эквивалентно емкостному сопротивлению. Возможность появления отрицательных индуктивных сопротивлений рассеяния связана с тем, что, согласно соотношениям

(14-31) и (14-32), для двух обмоточных трансформаторов они определяются разностью двух (в более общем случае — нескольких) величин и эта разность может оказаться отрицательной.

Рис. 18-3. Векторная диа-

грамма трехобмоточного

трансформатора

Рис. 18-4. Схемы опытов короткого замыкания трехобмоточного трансформатора

Практикуется изготовление трехобмоточных трансформаторов со следующими вариантами соотношений номинальных мощностей трех обмоток:

1) 100%, 100%, 100%;

2) 100%, 100%, 67%;

3) 100%, 67%, 100%;

4) 100%, 67%, 67%.

Напряжения короткого замыкания ы_кИ, и_к13, и_км определяются при токах, которые соответствуют номинальной мощности наиболее мощной (первичной) обмотки.

Трехфазные трансформаторы выполняются с

группами соединений Y₀/Y₀/A-0-11 или Y₀/A/A-ll-ll, а однофазные — с группой соединений I/I/I-0-0.

Трехобмоточные трансформаторы с двумя первичными обмотками и одной вторичной (рис. 18-5) изготовляются для установки на мощ-

Рис. 18-5. Трехобмоточный трансформатор с двумя первичными обмотками

ных электростанциях. При этом первичные обмотки имеют одинаковое номинальное напряжение и к ним присоединяется по одному мощному генератору, а вторичная обмотка, имеющая две параллельные ветви, соединяется через подстанцию с линиями передачи. Транс* форматоры выполняются однофазными и соединяются в трехфазную группу.

При таком устройстве трансформатора облегчается изготовление первичных обмоток, имеющих большие токи, и в случае короткого замыкания на зажимах одного генератора между двумя генераторами действуют активные и индуктивные сопротивления двух первичных обмоток трансформатора, что приводит к уменьшению тока короткого замыкания.

§ 18-2. Автотрансформаторы и трансформаторы последовательного включения

Автотрансформаторы. В обычных трансформаторах первичные и вторичные обмотки имеют между собой только магнитную связь^ В ряде случаев вместо таких трансформаторов экономически целессй образно применять трансформаторы, в которых первичные и вторичные обмотки имеют также электрическую связь, Такие трансфор^ маторы называются автотрансформаторами.

В автотрансформаторе (рис. 18-6) первичная обмотка w\ вклки чается в сеть параллельно, а вторичная ау₂ — последовательно^ Устройство обмоток и их расположение на стержнях такие шщ как и в обычном трансформаторе, однако ввиду электрической связи обмоток изоляция каждой из них относительно корпус^ должна быть рассчитана на напряжение сети высшего напряже* ния {/„.„,

На рис. 18-6 показаны две возможные схемы соединения обмото» трансформатора, причем каждая схема представлена в двух различных изображениях. На рис. 18-6,а первичная обмотка включается в сеть низшего напряжения £/„. _н, а на рис. 18-6, б — в сеть высшегй напряжения U_{B H}. В обоих случаях напряжение вторичной обмотки и_г складывается с напряжением £/„.„, и при пренебрежении падениями напряжения

Автотрансформатор может служить как для повышения, так й для понижения напряжения. В первом случае сеть с напряжением [/„ _н на рис. 18-6 является первичной и энергия передается из этой сети в сеть с напряжением £/_в._н. Во втором случае первичной; является сеть с напряжением £/_в-а и направление передачи энергии изменяется на обратное.

Рассмотрим энергетические соотношения в автотрансформаторе, пренебрегая потерями, падениями напряжения и намагничивающим током.

Э. д. с. и токи обмоток автотрансформатора связаны такими же соотношениями, как в обычном трансформаторе:

Рис. 18-6. Схемы однофазных автотрансформаторов

С другой стороны, коэффициент трансформации напряжений и токов яервичной и вторичной сетей у автотрансформатора

отличается от отношения чисел витков w_x и ш₂.

Внутренняя, или расчетная, мощное т-ь автотрансформатора, передаваемая посредством магнитного поля из первичной обмотки во вторичную, как и в обычном трансформаторе, равна

Внешняя, или проходная, мощность автотранс ф.о р м а т о р а, передаваемая из одной сети в другую и равная

больше S_p, так как часть мощности передается из одной сети в дру ^Гую непосредственно электрическим путем. Расход материалов,

габариты и стоимость автотрансформаторов определяются мощностью S_p, и так как у автотрансформатора S_p <C 5_пр, то в принципе применение автотрансформаторов выгоднее применения обычных трансформаторов, в которых S_p = S_np. Для схемы рис. 18-6, а

Из полученных соотношений видно, что для схемы рис. 18-6, а S_p при прочих равных условиях в k_ip раз меньше, чем для схемы

рис. 18-6, б. Это обусловлено тем, что напряжение вторичной обмотки U₂ в обеих схемах одина-

Таблица 18-1

	V^5np
*тр	Схема	Схема
	рис. 18-6, а	рис. 18-6, б
1,00
1,25	0,20	0,25
1,50	0,33	0,50
1,75	0,43	0,75
ЗЛО	0,50	1,00
2,50	0,60	1,50
3,00	0,67	2,00
4,00	0,75	3,00
5,00	0,80	4,00

Отношение расчетных и проходных мощностей автотрансформаторов _{КОВО) но в схше рис 18}._{6) б эт}^

обмотка нагружена в k_rp раз* большим током. Поэтому на практике предпочитают применять схему рис. 18-6, а.

В табл. 18-1 приведены значения отношений S_p/S_np при разных значениях k_Tp для обеи^ схем рис. 18-6.

Из данных этой таблицы видно, что применение автотрансформаторов тем выгоднее, чем k_rp ближе к единице. Обычно автотрансформаторы используются при k_Tp s£ 2,5. В последнее время они находят все более широкое применение для соединения высоковольтных сетей разных напряжений (ПО, 154, 220, 330, 500 кв) энергетических систем. Они применяются также в различных радиотехнических устройствах и в ряде других случаев.

Потери и напряжение короткого замыкания, отнесенные к расчетной номинальной мощности и к номинальному напряжению вторичной обмотки автотрансформатора, примерно такие же, как и в обычных трансформаторах. Однако если эти величины отнести к проходной мощности и к номинальному напряжению сети, то они примерно в 5_пр/5_р раз меньше, чем в обычных трансформаторах. Это объясняется тем, что обмотка с числом витков иу₂ рассчитана только на часть напряжения (/„ _н и поэтому ее сопротивление меньше, чем в обычном трансформаторе, а в обмотке с числом витков w_t

Рис. 18-7. Схемы трехфазных автотрансформаторов

протекает только Часть тока /„.„• Поэтому к. п. д. передачи энергии при применении автотрансформаторов увеличивается, а падения напряжения уменьшаются. Вместе с тем увеличиваются также токи короткого замыкания.

В трехфазных установках обмотки автотрансформаторов обычно соединяются в звезду (рис. 18-7, а). При этом для устранения третьих гармоник в потоках и э. д. с. фаз применяется третичная обмотка малой мощности с соединением в треугольник. При соединении обмотки в треугольник (рис. 18-7, б) коэффициент трансформации может изменяться в пределах k_Tp = 1 -*- 2. Эта схема используется в редких случаях. В энергетических системах находят применение трехобмоточные трансформаторы, в которых обмотки высшего и среднего напряжения имеют автотрансформаторную связь и соединяются в звезду, а обмотка низшего напряжения имеет с остальными обмотками трансформаторную связь и соединяется в треугольник.

Трансформаторы последовательного включения. В § 15-3 был рассмотрен способ регулирования вторичного напряжения трансформатора путем выполнения ответвлений от его обмотки. В некоторых случаях (например, трансформаторы предельной мощности и напряжения) осуществление такого способа регулирования напряжений затруднительно. Иногда требуется дополнительное регулирование напряжения отдельных ветвей замкнутых Высоковольтных сетей с целью перераспределения потоков мощности между отдельными ветвчми сети. В этих случаях находят применение трансформаторы последовательного включения ТПВ (рис. 18-8), у которых вторичная обмотка включается в сеть последовательно, а первичная питается от специального трансформатора РТ, регулируемого под нагрузкой. У последнего в общем случае имеются две вторичные обмотки d и q. Одна из них (обмотка d) создает продольную составляющую напряжения U_lAd, совпадающую по фазе с напряжением рассматриваемой фазы сети или сдвинутую относительно его на 180°, а другая (обмотка q) — поперечную составляющую напряжения U_lAq, сдвинутую относительно напряжения рассматриваемой фазы сети на 90°. Напряжения U_lAd и U_lA. можно регулировать независимо друг от друга, и в результате первичное напряжение трансформатора ТПВ

Рис. 18-8. Трансформатор последовательного включения

а также его вторичное напряжение U_iA, складывающееся с напряжением сети U_Al можно изменять по величине и по фазе. Напряжение сети за ТПВй'_А = й_А + &₂А- Регулирование напряжений всех фаз производится одновременно.

Трансформаторы с двумя обмотками d и q вследствие их сложности и дороговизны применяются относительно редко. Чаще используются трансформаторы только с обмоткой d, позволяющие осуществлять продольное регулирование напряжения.

Л

Щетка Изоляция

Рис. 18-9. Трансформатор со скользящими контактами

Дата добавления: 2015-07-18