Лекция № 9

Тема 3.2. Трансформаторы и автотрансформаторы.

Как и синхронные генераторы, силовые трансформаторы являются основным эл. оборудованием, обеспечивающим передачу эл. энергии от ЭС к потребителям и её распределение. С помощью трансформаторов, устанавливаемых на ЭС, осуществляется повышение напряжения до величин, необходимых для выдачи мощности в энергосистему. А с помощью трансформаторов, устанавливаемых на подстанциях, - понижение его до необходимых величин. Этим можно объяснить, что суммарная мощность трансформаторов в 2 – 3 раза больше, чем мощность генераторов.

Следует заметить, что повышающие трансформаторы изготавливают таким образом, что они имеют на высшей стороне напряжение на 10% выше номинального напряжения сети, а понижающие имеют низшее напряжение на 5 – 10% выше номинального напряжения сети, которая от них получает питание. Это делается для того, чтобы скомпенсировать потери напряжения в них.

Силовые трансформаторы изготавливают как в трехфазном (Т), так и в однофазном (0) исполнении. Все дело в их мощности (при мощностях свыше 100 МВА – в однофазном исполнении).

Системы охлаждения 3 типов: масляная (М), с дутьем (Д) и централизованная (Ц).

Кроме мощности и величины номинального напряжения обмоток, основными параметрами трансформаторов являются:

напряжение К.З. (); потери холостого хода (); потери короткого замыкания (); ток холостого хода ().

К числу важнейших характеристик трансформаторов относятся также группа соединений обмоток и вид охлаждения.

Как выбрать между трансформатором и автотрансформатором. При каких условиях автотрансформатор будет выгоднее, чем трансформатор?

На рис. 1 приведена схема автотрансформатора.

Рис. 1

Проходная (последовательная) мощность автотрансформатора может быть определена так:

,

где - коэффициент трансформации

,

а - номинальная мощность автотрансформатора.

Т.к. , тои

.

А известно, что размеры и масса автотрансформатора определяются не , а проходной (последовательной) мощностью. Поэтому, чем меньше, тем выгоднее автотрансформатор по сравнению с трансформатором. Этим и объясняется использование автотрансформаторов для связи сопряженных напряжений, с коэффициентом трансформации 1,5 – 2. Например, для связи напряжения 110 и 220 кВ, 220 и 330 кВ и т.д.

В распределительных эл. сетях чаще всего питание потребителей происходит при напряжении 110 – 220 кВ, а распределение при напряжении 6 – 35 кВ, условий для использования автотрансформаторов, с учетом вышесказанного, нет.

Напомним, что основными параметрами трансформаторов, а также автотрансформаторов являются:

• мощность ;

• напряжение обмоток и;

• потери холостого хода и К.З. и;

• напряжение К.З. .

Зная их, нетрудно рассчитать потери мощности и напряжения в трансформаторе:

,

где ;

;

[Ом];

,

т.к. , то

.

В автотрансформаторах:

.

Преимущества автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами той же мощности:

• меньший расход меди, стали, изоляционных материалов;

• меньшая масса, а следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;

• меньшие потери и больший КПД;

• более легкие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов:

• необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ;

• сложность регулирования напряжения;

• опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.

Важным вопросом является правильный выбор числа и мощности трансформаторов на ЭС и подстанциях различного назначения.

Начнем с подстанций, с ГПП.

Здесь число трансформаторов определяется категорийностью потребителя:

Iкатегории – 2 трансформатора,

IIIкатегория – 1,

II категория – как правило, 2, но требует дополнительного технико - экономического обоснования.

Здесь надо заметить, что наличие потребителей одной только IIIкатегории, питающейся с ГПП – это почти невероятный случай. Поэтому, практически на ГПП устанавливают всегда по два трансформатора, а мощность их определяется по результатам расчета эл. нагрузок, питающихся от ГПП.

Такой же подход и к выбору числа трансформаторов на районных подстанциях. При выборе мощности трансформаторов здесь в большей мере должна учитываться перспектива развития района.

Установка третьего трансформатора на подстанциях может быть оправдана в следующих случаях:

• нехваткой мощности двух стандартных трансформаторов покрыть расчетную нагрузку;

• труднодоступностью района расположения проектируемой подстанции транспортных средств для доставки трансформаторов большего веса.

На ЭС количество трансформаторов, а также автотрансформаторов предопределяется.