8.4.2 Осуществить параллельную работу двух трехфазных трансформаторов с неодинаковым напряжением короткого замыкания

U_к1 ≠ U_к11

Для создания случая, когда напряжения короткого замыкания не равны U_к1 ≠ U_к11 необходимо в схеме рис.8.1 у трансформатора Т1 в рассечку вторичной обмотки в каждую фазу включит реактивное сопротивление Х_А, Х_В, Х_С на место перемычек установленных в предыдущем опыте. Схема опыта приведена на рисунке 8.3.

Трансформаторы, коэффициенты трансформации которых одинаковы, а напряжения короткого замыкания различны, имеют не одинаковые относительные внешние характеристики U₂=f(I₂). Однако, при параллельной работе таких трансформаторов под нагрузкой, напряжения на их вторичных обмотках устанавливаются одинаковыми. Другими словами, падения напряжения в обоих трансформаторах равны , т.е. I₁Z_K1= I₁₁Z_K11 , где I₁ и I₁₁ - токи нагрузок первого и второго трансформаторов, Z_K1 и Z_K11 - кажущиеся сопротивления короткого замыкания первого и второго трансформаторов. Токи нагрузки параллельно работающих трансформаторов распределяются обратно пропорционально значениям их напряжений короткого замыкания. Значение тока нагрузки будет больше у того трансформатора, у которого напряжение короткого замыкания U_к меньше. Поэтому для пропорционального распределения нагрузки между параллельно работающими трансформаторами последние должны иметь одинаковое напряжение короткого замыкания. Если же необходимо включить на параллельную работу трансформаторы с различными напряжениями короткого замыкания, то трансформатор большей мощности должен иметь меньшее значение U_к чем трансформатор меньшей мощности.

Как известно, при параллельной работе двух трансформаторов на общую нагрузку нагрузки каждого обратно пропорциональны напряжению короткого замыкания, поэтому нагрузка первого трансформатора будет меньше, так как у него увеличилось напряжение короткого замыкания. Это необходимо учитывать, чтобы не допустить перегрузку второго трансформатора. Опыт производится так же, как это описывалось в пункте 8.4.1. Результаты измерений заносятся в таблицы 8.5.

Таблица 8.5 - Результаты опыта параллельной работы двух трансформаторов при включении активной нагрузки (U_kI ≠ U_kII).

№	Первый трансформатор				Второй трансформатор				Нагрузка		Ток, потребленный из сети	cosφ
	UABI	UabI	IBI	IbI	UABII	UabII	IBII	IbII	IR	Iобщ	Iсети
	B	B	А	А	В	В	А	А	А	А	А
1	396	232	0,325	0,1	396	232	0,32	0,1	0	0	1,025	0,05
2	396	232	0,42	0,1	396	232	0,7	0,2	0,3	0,3	1,125	0,54
3	396	230	0,525	0,18	396	230	0,78	0,8	1,19	1,19	1,3	0,76
4	396	229	0,65	0,5	396	229	0,925	1,2	1,8	1,8	1,55	0,86
5	396	228	0,75	0,9	396	228	1,07	1,6	2,4	2,4	1,825	0,9
6	396	228	0,87	1,1	396	228	1,225	1,8	2,85	2,85	2,05	0,92

По данным таблиц строятся зависимости: I общ = f (I_b1 ), I общ = f (I_b2), аналогично для случая, когда U_kI ≠ U_kII. Все четыре зависимости строятся на одном графике.

8.4.3 Параллельная работа трансформаторов с неодинаковыми коэффициентами трансформации К_I ≠ К_II

Трансформаторы, которые используются для параллельной работы, должны иметь очень близкие значения коэффициентов трансформации. Допуск в расхождении коэффициентов трансформации, согласно ГОСТ, равен:

± 1 % - для трансформаторов с коэффициентами трансформации меньше трех;

± 0,5 % - для всех прочих трансформаторов;

Такие жесткие требования ГОСТ объясняются тем, что при параллельном включении трансформаторов с разными коэффициентами трансформации по обмоткам протекают уравнительные токи, нагревающие их. Для исследований в лабораторных условиях у трансформатора Т1 выберем ответвления x₁,y₁,z₁ соединенных звездой, на которых коэффициенты трансформации будут отличаться на (3 - 4)% от прежнего значения данного трансформатора. Такое большое расхождение в коэффициентах трансформации дают возможность видеть эти явления как бы в увеличенном виде.

Опыт параллельной работы проводят по схеме рис. 8.4.

Если напряжения короткого замыкания двух трансформаторов равны, а их коэффициенты трансформации различны, то при включении первичных обмоток трансформаторов на общие шины (на сеть) в их вторичных обмотках будут индуктироваться различные по своим значениям э.д.с. (большая в том трансформаторе, у которого коэффициент трансформации меньше). При включении вторичных обмоток на общие шины в контуре вторичных обмоток трансформаторов разностная э.д.с. АЕ вызывает уравнительный ток, который по абсолютной величине будет

где Z_К1 и Z_К11 - кажущиеся сопротивления короткого замыкания первого и второго трансформаторов. При холостом ходе параллельно работающих трансформаторов уравнительный ток, который по отношению к э.д.с. трансформатора с меньшим коэффициентом трансформации будет практически индуктивным, а по отношении к э.д.с. трансформатора с большим коэффициентом трансформации - емкостным, создает в обмотках трансформаторов равное по величине и противоположное по направлению падение напряжения. В результате этого э.д.с. первого трансформатора уменьшается, а второго увеличивается до общего значения напряжения на общих вторичных шинах. Общий ток нагрузки распределяется между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям. Уравнительный ток, геометрически складываясь с токами нагрузки, уменьшает общий ток нагрузки трансформатора с большим коэффициентом трансформации и увеличивает общий ток нагрузки трансформатора с меньшим коэффициентом трансформации.

Таким образом, при неравенстве коэффициентов трансформации нельзя полностью использовать мощности трансформаторов, включенных на параллельную работу. Если же необходимо включить два трансформатора с К_I ≠ К_II , то трансформатор большей мощности должен иметь меньший коэффициент трансформации. В противном случае при общей нагрузке трансформатор меньшей мощности будет воспринимать большую относительную нагрузку, чем трансформатор большей мощности. Это приводит к ограничению мощности всей системы т.к. для нормальных условий работы трансформатора меньшей мощности необходимо уменьшить общую внешнюю нагрузку.

Включением рубильника SA2 (2) и SA3 (рис 8.4) ставим трансформаторы под напряжение, затем включаем рубильник SA4 и записываем значение тока в первичных и вторичных обмотках (амперметры РА5 и РА6). Амперметр РА4 покажет значение уравнительного тока, который требуется записать отдельно. Включаем нагрузку и доводим её до такой, при которой по одному из трансформаторов будет протекать номинальный ток. Всего снимаем 4-5 точек. Записываем первичное и вторичное напряжение, ток в цепи нагрузки, ток потребленный из сети (РАЮ) и общий ток в линии вторичной цепи (РА 9). Результаты заносят в таблицы 8,9, табл. 8.10, табл. 8.11, табл. 8.12.

На основании данных этих таблиц строят кривые, выражающие зависимость вторичных токов обоих трансформаторов от общего тока (Iобщ) при разных характеристиках нагрузки.

Уравнительный ток, вызванный неравенством коэффициентов трансформации, выравнивает напряжение на вторичных зажимах обоих трансформаторов, поэтому ток нагрузки распределяется между трансформаторами так же, как при равенстве коэффициентов трансформации, т.е. прямо пропорционально их номинальным мощностям.

Таблица 8.5 - Результаты опыта параллельной работы двух трансформаторов при включении активной нагрузки (К_I ≠ К_II).

№	Первый трансформатор				Второй трансформатор				Нагрузка		Ток, потребленный из сети	cosφ
	UABI	UabI	IBI	IbI	UABII	UabII	IBII	IbII	IR	Iобщ	Iсети
	B	B	А	А	В	В	А	А	А	А	А
1	396	230	0,6	1,15	396	230	0,95	1,1	0	0	1,05	-0,91
2	396	228	0,45	0,8	396	228	1	1,4	0,2	0,2	1,15	-0,86
3	396	228	0,35	0,38	396	228	1,2	1,7	1,19	1,19	1,352	-0,64
4	396	226	0,3	0,28	396	226	1,375	2	1,8	1,8	1,575	-0,15
5	396	226	0,375	0,1	396	226	1,5	2,3	2,4	2,4	1,825	0,58
6	396	224	0,45	0,2	396	224	1,65	2,5	2,81	2,81	2,05	0,8

Рисунок 8.5 – График зависимости I_bII и I_bI от I_общ при U_к1 = U_к11

Рисунок 8.6 – График зависимости I_bII и I_bI от I_общ при U_к1 ≠ U_к11

Рисунок 8.7 – График зависимости I_bII и I_bI от I_общ при К_I ≠ К_II

Здесь:

Uabi - первичное линейное напряжение первого трансформатора;

U_abl - вторичное линейное напряжение первого трансформатора;

Uabii - первичное линейное напряжение второго трансформатора;

U_abl1 - вторичное линейное напряжение второго трансформатора;

Iai - первичные линейные токи первого трансформатора;

I_ai - вторичный линейный ток первого трансформатора;

Iв2 - первичный линейный ток второго трансформатора;

I_b2 - вторичный линейный ток второго трансформатора;

Ir - линейный ток активной нагрузки;

I_Д - линейный ток асинхронного двигателя;

Iс - линейный ток емкостной батареи;

I_общ - общий ток в шинах вторичной цепи трансформатора;

I_сети - ток, потребляемый из сети двумя трансформаторами;

n₂ - обороты ротора асинхронного двигателя;