Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы

Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы. Во многих случаях на подстанции нужны три номинальных напряжения –высшее , среднее и низшее . Для этого можно было бы использовать два двухобмоточных трансформатора (рисунок 3, а). Более экономично, чем два двухобмоточных, применять один трехобмоточный трансформатор (рис. 2.6, б), все три обмотки которого имеют магнитную связь (рис. 2.7, а). Еще более экономично применение трехобмоточных автотрансформаторов, условное обозначение которых в схемах электрических сетей приведено на рис. 2.6, в.

а - два двухобмоточных трансформатора; б – трехобмоточный трансформатор; в – автотрансформатор

Рисунок 3 – Схемы подстанций с тремя номинальными напряжениями

а, б – схемы соединения обмоток; в, г – Г-образная и упрощенная схемы замещения;

д – схема опыта КЗ (ВН)

Рисунок 4 – Трехобмоточный трансформатор и автотрансформатор

Схема соединения обмоток автотрансформатора показана на рисунок 4, б. Обмотка низшего напряжения магнитно связана с двумя другими. Обмотки же последовательная и общая(П и О на рисунке 4, б) непосредственно электрически соединены друг с другом и, кроме того, имеют магнитную связь. По последовательной обмотке течет ток , а по общей – (). Номинальной мощностью автотрансформатора называют мощность, которую автотрансформатор может принять из сети высшего напряжения или передать в эту сеть при номинальных условиях работы:

(2.12)

Эта мощность также называется проходной. Она равна предельной мощности, которую автотрансформатор может передать из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения и наоборот при отсутствии нагрузки на обмотке низшего напряжения.

Последовательная обмотка П рассчитывается на типовую мощность

(2.13)

где – коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз меньше .

Напряжение общей обмотки меньше , ток в ней равен , поэтому ее мощность меньше . Можно показать, что мощность общей обмотки равна типовой.

Обмотка низшего напряжения также рассчитывается на или на мощность меньше . Ее номинальная мощность выражается через номинальную мощность автотрансформатора так:

(2.13а)

где для кВ 0,4; 0,5.

В трехобмоточном трансформаторе все три обмотки имеют мощность . В автотрансформаторе общая и последовательная обмотки рассчитаны на типовую мощность < , а обмотки низшего напряжения – на < . Таким образом, через понижающий автотрансформатор можно передать мощность, большую той, на которую выполняются его обмотки. Чем меньше коэффициент выгодности , тем более экономичен автотрансформатор по сравнению с трехобмоточным трансформатором. Чем ближе номинальные напряжения на средней и высшей сторонах автотрансформатора, тем меньше и тем выгоднее использовать автотрансформатор. При .

Схема замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора с >220кВ приведена на рисунке 4, в, а с кВ – на рисунке4, г. Как и для двухобмоточкого трансформатора, в такой схеме замещения отсутствуют трансформации, т.е. идеальные трансформаторы, но сопротивления обмоток низшего и среднего напряжений приводят к высшему напряжению. Такое приведение соответствует умножению на квадрат коэффициента трансформации. Потери холостого хода и определяются так же, как и для двухобмоточного трансформатора. Потери – известная каталожная величина, а определяются из выражения (2.4) по каталожному значению %. Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов задаются три значения потерь короткого замыкания по парам обмоток и три напряжения короткого замыкания по парам обмоток . Каждое из каталожных значений и относится к одному из трех возможных опытов короткого замыкания. Значения и определяются при замыкании накоротко обмотки низшего напряжения при разомкнутой обмотке среднего напряжения и подведении к обмотке высшего напряжения такого напряжения , чтобы ток в обмотке низшего напряжения трансформатора был равен номинальному. Схема этого опыта КЗ приведена на рисунке 4, д. Ненагруженная обмотка среднего напряжения изображена штрихами, чтобы подчеркнуть, что ток в ней равен нулю. Аналогично опыту КЗ для двухобмоточного трансформатора из данного опыта КЗ можно определить сумму сопротивлений обмоток высшего и низшего напряжений:

. (2.14)

Соответственно для опытов КЗ по другим обмоткам справедливы аналогичные выражения:

, (2.15)

. (2.16)

В уравнениях (2.12) – (2.16) три неизвестных –активные сопротивления обмоток трансформатора . Решив эти три уравнения с тремя неизвестными, получим выражения, аналогичные (2.12):

, (2.17)

, (2.18)

. (2.19)

В (2.17) – (2.19)величины , соответствующие лучам схемы замещения, определяются по каталожным значениям потерь КЗ для пар обмоток:

, (2.20)

, (2.21)

(2.22)

Аналогично этому по каталожным значениям напряжении КЗ для пар обмоток определяются напряжения КЗ для лучей схемы замещения :

(2.23)

(2.24)

(2.25)

По найденным значениям определяются реактивные сопротивления обмоток по выражениям, аналогичным (2.13) для двухобмоточного трансформатора. Реактивное сопротивление одного из лучей схемы замещения трехобмоточного трансформатора (обычно среднего напряжения) близко к нулю.

Все современные трехобмоточные трансформаторы выпускаются с одинаковыми номинальными мощностями обмоток. Для ранее выпускавшихся трансформаторов, имеющих различные мощности отдельных обмоток, каталожные значения , для пар обмоток должны быть приведены к одной мощности (обычно к мощности обмотки высшего напряжения). Приведение производится пропорционально отношению мощностей обмоток, а приведение – пропорционально квадрату этого отношения.

Для автотрансформаторов дополнительно указывается номинальная мощность обмотки низшего напряжения в долях номинальной мощности автотрансформатора, т.е. (2.13 а). Значения для пар обмоток приведены к напряжению обмотки ВН и отнесены к . Значения отнесены к номинальной мощности автотрансформатора , а и – к номинальной мощности обмотки низшего напряжения, т.е. к . Эта особенность записи параметров определяется условиями опыта КЗ автотрансформаторов. Например, при КЗ (ВН) напряжение на обмотке ВН поднимается до такого значения, при котором в закороченной обмотке низшего напряжения, рассчитанной на , ток будет соответствовать не , а . При КЗ (ВС) ток в последовательной обмотке (рисунок 4, 6) поднимается до значения, соответствующего (см. (2.22).

Приведенные к разным мощностям паспортные значения для пар обмоток автотрансформатора необходимо привести к одной мощности –номинальной. Как отмечалось выше, это приведение пропорционально отношению квадратов мощностей обмоток:

(2.26)

(2.27)