Регулирование напряжения и параллельная работа трансформаторов

3

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Регулирование напряжения и параллельная работа трансформаторов

Регулирование вторичного напряжения в трансформаторах

напряжение трансформатор замыкание

Одним из наиболее важных показателей качества электроэнергии, поставляемой потребителям, являются отклонения напряжения. Согласно ГОСТ 13109 - 97 нормально допустимые отклонения напряжения от номинального значения составляют ±5%, а предельно допустимые - ±10%. В действительности эти нормы не всегда соблюдаются. Одной из наиболее сложных задач, возникающих в процессе эксплуатации трансформаторов, является обеспечение достаточной стабильности вторичного напряжения. Различают два основных способа регулирования напряжения трансформаторов: переключение без возбуждения (ПБВ) и регулирование под нагрузкой (РПН). Оба способа связаны с изменением коэффициента трансформации путем переключения выводов обмоток.

Силовые трансформаторы с ПБВ обычно имеют по пять ответвлений в первичных обмотках, одно из которых соответствует номинальному напряжению, а другие - напряжениям, отличающимся от номинального значения на ±2,5% и ±5%. Ответвления размещают с таким расчетом, чтобы действие электродинамических сил на отключаемые витки было минимальным. Наиболее широкое применение находит «оборотная схема» (рис. 1).

3

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

При изменениях первичного напряжения количество витков изменяется таким образом, чтобы отношение оставалось неизменным, при этом условии ток намагничивания также не будет изменяться. При возрастании U1 коэффициент трансформации увеличивается, при уменьшении - возрастает. Вторичное напряжение при этом изменяется только за счет изменений нагрузки, и эти изменения относительно невелики. Переключатель ПБВ имеет систему неподвижных контактов, соединенных с ответвлениями обмотки, и систему подвижных контактов определенной формы, которые замыкают между собой требуемые выводы ответвлений (рис. 1 - б). Привод переключателя осуществляется вручную при помощи установленной на крышке или стенке бака трансформатора рукоятки. Переключение осуществляется только после полного отключения трансформатора от первичной и вторичной сетей. Трансформаторы с ПБВ используются преимущественно для сезонного регулирования.

Трансформаторы с РПН гораздо более сложны по конструкции, но позволяют осуществлять регулирование без отключения нагрузки. Переключатель РПН состоит из специального коммутационного устройства, схема и диаграмма переключений которого показаны на рис. 2 - а, и токоограничивающего реактора (УР).

3

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

В любом из рабочих положений (позиции 1 и 5) ток подтекает к соответствующему ответвлению по параллельным ветвям через обмотки уравнительного реактора, имеющие противоположную полярность. В результате ток намагничивания и индуктивное сопротивление реактора близки нулю. Переход от одного ответвления (Х2) к другому (Х3) осуществляется в указанной на рис. 2 - б последовательности. В промежуточном положении 3 в замкнутом контуре под действием э.д.с. между ответвлениями возникает ток Iк.з., который в отличие от рабочих токов в параллельных ветвях, обтекает обе обмотки реактора в одном направлении. Это приводит к резкому возрастанию индуктивного сопротивления реактора, и соответствующему ограничению коммутационного тока. Процесс переключения в трансформаторах с РПН автоматизирован.

Параллельная работа трансформаторов

Включение трансформаторов на параллельную работу обеспечивает возможность перспективного наращивания мощности электрических сетей, повышает надежность электроснабжения потребителей за счет резервирования, упрощает организацию технического обслуживания и ремонта, позволяет уменьшить потери электроэнергии за счет отключения части трансформаторов при снижении нагрузки. В некоторых специальных трансформаторах, например, сварочных применяется также параллельное включение обмоток при общей магнитной системе. Обмотки трансформаторов, включаемых на параллельную работу, соединяются между собой одноименными выводами. Общая схема параллельного включения трансформаторов приведена на рис. 3.

3

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Нормальная работа трансформаторов при параллельном включении обеспечивается только при выполнении следующих условий:

Вторичные э.д.с. при холостом ходе должны быть равны между собой, что эквивалентно равенству коэффициентов трансформации

Трансформаторы должны иметь одинаковые группы соединений обмоток

Трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения короткого замыкания

Невыполнение первого из этих условий приводит к появлению разносности э.д.с. ДЕ2, под действием которой в замкнутом контуре, образованном обмотками, возникает уравнительный ток, ограниченный лишь малыми сопротивлениями короткого замыкания (рис. 4).

3

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Уравнительный ток имеет индуктивный характер по отношению к трансформатору с большей вторичной э.д.с. (меньшим коэффициентом трансформации) и емкостный - по отношению к трансформатору с меньшей э.д.с. (рис. 4 - в). Численно он равен:

. (1)

Из этого уравнения следует, что даже небольшое различие коэффициентов трансформации приводит к появлению значительного уравнительного тока уже в режиме холостого хода. При подключении нагрузки в каждом из трансформаторов появляется нагрузочный ток Iнг. Поскольку на общих шинах устанавливается одинаковое для обоих трансформаторов напряжение U2, нагрузочные токи в них при прочих равных условиях будут также одинаковы, однако, полные токи при этом различаются (рис. 4 - г):

; . (2)

В результате нагрузка распределяется неодинаково, и трансформатор с меньшим коэффициентом трансформации оказывается перегруженным, что приводит к недоиспользованию его установленной мощности. По этим причинам различие коэффициентов трансформации при включении трансформаторов на параллельную работу не должно превышать 1%.

Любое различие групп соединения обмоток приводит к появлению разностной э.д.с. ДЕ2, величина которой соизмерима с фазным напряжением (рис. 5). Численно она равна:

, (3)

и принимает значения в пределах: . Возникающий при этом уравнительный ток: многократно превышает номинальный ток трансформаторов, поэтому выполнение второго условия является строго обязательным.

3

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Третье условие включения трансформаторов на параллельную работу можно проанализировать с помощью схемы замещения, показанной на рис. 6 - а.

3

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Падение напряжения ДU' на общих зажимах параллельных ветвей определяется произведением соответствующих значений вторичных токов на сопротивления короткого замыкания:

(4)

и, учитывая, что: ; получаем:

; (5)

При параллельном включении на общих выводах вторичных обмоток устанавливается одно напряжение, из чего следует, что мощности нагрузки первого и второго трансформатора составляют:

; ,

а их отношение равно:

(6)

Из этого выражения следует, что мощность нагрузки распределяется пропорционально номинальным мощностям трансформаторов только при равных напряжениях короткого замыкания. Часто отношение нагрузок трансформаторов записывается следующим образом:

(7)

Если Uк1 ? Uк2, трансформатор с меньшим Uк перегружается, а трансформатор с большим Uк - разгружается. При номинальной мощности нагрузки, одинаковой мощности и равных номинальных токах трансформаторов, но при Uк1 ? Uк2, трансформаторы имеют различные внешние характеристики (рис. 6 - б). При Uк1 > Uк2 токи находятся в отношении: , то есть первый трансформатор оказывается недогруженным, а второй - перегруженным.

Допустимое различие напряжений короткого замыкания при параллельном включении трансформаторов составляет ± 10%.

Потери и к.п.д. при параллельной работе трансформаторов

Как было показано ранее, коэффициент полезного действия трансформаторов зависит от степени их загрузки, а его максимуму соответствует определенное отношение постоянных и переменных потерь. При параллельной работе можно найти вполне определенные пределы нагрузки, в которых для повышения к.п.д. целесообразно подключать определенное число трансформаторов.

При подключении одного трансформатора и коэффициенте загрузки в1 потери в нем равны:

, (8)

а при подключении той же нагрузки к двум трансформаторам:

(9)

Приравнивая потери: находим коэффициент загрузки в2, начиная с которого потери при включении двух трансформаторов будут меньше, чем для одного трансформатора:

(10)

Аналогично, исходя из равенства потерь:

при подключении трех трансформаторов: .

При изменение нагрузки в пределах: целесообразно включать один трансформатор, при: - два трансформатора, при - три (рис. 7).

3

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на Allbest.ru