28.Схемы замещения силовых трансформаторов, определение параметров схемы замещения.

Двухобмоточный трансформатор

Представляют в виде Г-образной схемы замещения, рисунок 3.5.

Рисунок 3.5 - Схемы замещения линий

а) условное обозначение на принципиальной электрической схеме, б) Г-образная схема замещения, в) упрощенная схема замещения

Продольная часть схемы замещения содержит активное и реактивное сопротивления трансформатора. Они определяются суммой соответственно активных и реактивных сопротивлений первичной и приведенной к ней вторичной обмоток. В такой схеме замещения отсутствует трансформация, т. е. отсутствует идеальный трансформатор, но сопротивление вторичной обмотки приводится к первичной.

Поперечная ветвь схемы (ветвь намагничивания) состоит из активной и реактивной проводимостей g_Tиb_T.

Активная проводимость соответствует потерям активной мощности в стали трансформатора от тока намагничивания.

Реактивная проводимость определяется магнитным потоком взаимоиндукции в обмотках трансформатора.

В расчетах электрических сетей двухобмоточные трансформаторы при U_НОМ<220кВ представляют упрощенной схемой замещения, рисунок 3.5в. В этой схеме ветви намагничивания учитываются в виде дополнительной нагрузки потерями мощности в стали трансформатора или потерями холостого ходаS_X=Px+jQx.

По каталожным данным трансформатора можно рассчитать все параметры схемы замещения и потери мощности в нем.

Проводимости определяются следующими выражениями:

где g_Tиb_T- активная и емкостная проводимости, См;

U_НОМ- номинальное напряжение, кВ

P_X- активные потери ХХ в, МВт

Qx- реактивные потери ХХ в, МВАр

Потери активной мощности в стали определяются в основном напряжением и приближенно предполагаются независящими от тока и мощности нагрузки. Для трансформатора потери Р_Х постоянны и равны каталожному значению. Ток намагничивания в трансформаторе незначительный и приближенно можно принять, где- реактивная составляющая тока холостого хода - I_Х.

Поэтому реактивные потери холостого хода определятся по (3.12)

где I_Х- ток холостого хода, %.

_{С учетом (3.12) проводимость определится выражением (3.13)}

Сопротивления трансформатора определяются результатами опыта короткого замыкания (КЗ). Потери в стали в опыте короткого замыкания Р_СТ.Кочень малы и можно считать что все потери мощности идут на нагрев обмоток трансформатора, т.е.

откуда активное сопротивление трансформатора

где - активное сопротивление, в Ом;

Р_К- в кВт;U_НОМ- в кВ;S_НОМ- в МВА.

Реактивное сопротивление трансформатора определяется через напряжение короткого замыкания

где - реактивное сопротивление, в Ом;

_{UK - напряжение короткого замыкания, в %.}

Потери активной мощности на сопротивлении трансформатора в нагрузочном режиме зависят от тока I₂и мощности нагрузкиS₂, определяются по (3.17)

Аналогично определяются потери реактивной мощности

При работе трансформатора под нагрузкой полные потери мощности определяются с учетом тока нагрузки

Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы

В тех случаях, когда на подстанции нужны три номинальных напряжения, экономнее применить трехобмоточный трансформатор вместо двухобмоточного или еще экономнее автотрансформатор.

а) б)

Рисунок 3.6 - Схемы подстанций с тремя напряжениями

а) схема с двумя двухобмоточными трансформаторами, б) схема с трехобмоточным трансформатором

Рисунок 3.7 - Схема подстанции трех напряжений

с автотрансформатором

На рисунках 3.6 и 3.7 обмотки высшей стороны обозначены U_B, среднейU_C, низкойU_H, присоединенная нагрузка -S.

Последовательная и общая обмотки автотрансформатора электрически и электромагнитно связаны между собой.

На рисунке 3.8 показаны схемы соединения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора. В схемах замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора с U_НОМ>220кВ сопротивления обмоток низшего и среднего напряжений приводят к высшему напряжению. Такое приведение соответствует умножению на квадрат коэффициента трансформации.

Рисунок 3.8 - Схемы соединения обмоток

а) трехобмоточного трансформатора, б) автотрансформатором

На рисунке 3.8 обозначены последовательная обмотка высшей стороны П, общая средняя - О.

Рисунок 3.9–Г-образная схема замещения трехобмоточного трансформатора

В паспортных данных для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов задаются три значения потерь короткого замыкания по парам обмоток Р_КВ-Н,Р_КВ-С,Р_КС-Н и три напряжения короткого замыкания по парам обмотокU_КВ-Н%, U_КВ-С%,U_КС-Н%.

Значения Р_КВ-Ни U_КВ-Н%, определяются при замыкании накоротко обмотки низшего напряжения при разомкнутой обмотке среднего напряжения и подведении к обмотке высшего напряжения такого напряжения U_КВ-Н%, чтобы ток в обмотке низшего напряжения трансформатора был равен номинальному току.

На рисунке 3.9 приведена схема замещения трехобмоточного трансформатора без приведения сопротивлений обмоток низшего и среднего напряжений к обмотке высшего напряжения.

Рисунок 3.10 – Упрощенная схема замещения трехобмоточного трансформатора

активных сопротивлений по обмоткам:

Величины Р_КВ,Р_КС,Р_КН, соответствуют лучам схемы замещения и определяются по каталожным значениям потерь КЗ для пар обмоток:

Также по каталожным значениям напряженийКЗ для пар обмоток

U_КВ-Н%, U_КВ-С%, U_КС-Н% определяются напряжения КЗ для лучей схемы замещения U_КВ%, U_КС%, U_КН%.

По найденным значениям аналогично (3.16) определяются реактивные сопротивления обмоток Х_ТВ, Х_ТС, Х_ТНпо выражениям, для двухобмоточного трансформатора. Реактивное сопротивление одного из лучей схемы замещения трехобмоточного трансформатора, обычно среднего напряжения, близко к нулю.

Все современные трехобмоточные трансформаторы выпускают с одинаковыми номинальными мощностями обмоток.

Если определение параметров выполняется для автотрансформаторов с разными мощностями обмоток, то необходимо все заданные параметры привести к номинальной мощности:

где - коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз типовая мощность S_ТИПменьше номинальной S_HОM,=0,25; 0,4; 0,5.