Навигация

Трансформаторы и автотрансформаторы

Основы теории и элементы конструкции


С ростом единичных мощностей и напряжений турбогенераторов возрастают единичные мощности трансформаторов как в главной электрической схеме станции, так и в схеме собственных нужд. На действующих тепловых электростанциях установлены и работают силовые трехфазные трансформаторы и автотрансформаторы мощностью до 360 МВт, а на гидроэлектростанциях — однофазные трансформаторы и автотрансформаторы с высшим напряжением до 500, мощностью до 250 МВт. В настоящем пятилетии должны быть введены в эксплуатацию трехфазные двух обмоточные трансформаторы и автотрансформаторы с высшим напряжением 110— 500, мощностью 400—630 МВт, однофазные двух обмоточные автотрансформаторы с высшим напряжением 500—750 се, мощностью 417 МВт и трехфазные трех обмоточные трансформаторы 110/35/6—10 кв., мощностью 125 МВт. В качестве резервных трансформаторов собственных нужд блочных электростанций широкое распространение получат трехфазные двух обмоточные понизительные трансформаторы с расщепленными обмотками низкого напряжения с высшим напряжением 110— 330 кв., мощностью 32—63 МВт. Общий вид трансформатора дан на рисунке.            
Основные положения теории трансформатора поясняются схемой замещения и векторными диаграммами режимов работы, приведенными на рис. 4-2. В общем случае ток протекающий в первичной обмотке под действием приложенного напряжения U образует магнитный поток Ф, индуктирующий э. д. с. Е2 во вторичной обмотке и э. д. с. Е\ в первичной обмотке.
В режиме холостого хода ток в первичной обмотке равен току холостого хода. Ему соответствует мощность (или потери) холостого хода, затрачиваемая во всех режимах работы трансформатора на создание магнитного потока. Ток холостого хода составляет 1—5% номинального тока трансформатора и в основном определяется величиной тока намагничивания. Сдвиг по фазе между током холостого хода и созданным им магнитным потоком Ф<> обусловлен наличием потерь в стали.
Потери холостого хода, состоящие из потерь в стали на гистерезис и вихревые токи, определяются сортом стали магнитопровода, плотностью магнитного потока, или индукцией В и частотой /. Магнитная индукция В с увеличением нагрузки почти не изменяется, поэтому потери холостого хода при данном напряжении полагают постоянными.
Магнитный поток рассеяния, образованный током в режиме холостого хода, невелик, и образованной им э. д. с. рассеяния можно пренебречь.
В нагрузочных режимах уравнения напряжений и токов для двух обмоточного трансформатора имеют вид.
В общем случае угол сдвига тока относительно э. д. с. Е\ лежит в пределах от 0° до 90°. С увеличением активно-индуктивной нагрузки напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора снижается, а с увеличением активно-емкостной нагрузки может увеличиться.
В нагрузочных режимах магнитные потоки рассеяния, образованные токами в первичной и вторичной обмотках, возрастают и пренебрежение влиянием рассеяния внесло бы заметную ошибку. В векторных диаграммах рис. 4-2,в и г учтены э. д. с. рассеяния.
При работе трансформатора под нагрузкой к потерям в стали прибавляются потери на нагревание меди обмоток, зависящие от величины токов нагрузки (переменные потери).
Потерн на нагревание меди обмоток полагают равными потерям короткого замыкания.
В режиме короткого замыкания на выводах вторичной обмотки трансформатора (самый тяжелый случай) резко возрастают токи в обмотках и вызванные ими «потери на нагревание, растет температура его активных частей. Напряжение на зажимах вторичной обмотки становится равным нулю, напряжение на зажимах первичной обмотки соответственно понижается. Вся подведенная к трансформатору мощность поглощается им в виде потерь; допустимая длительность режима короткого замыкания «по условиям термической устойчивости определяется из выражения, где м — кратность тока короткого замыкания по отношению к номинальному току.
Увеличившиеся потоки рассеяния ограничивают токи, протекающие по обмоткам трансформатора в режиме короткого замыкания.
Напряжение короткого замыкания трансформатора «представляет собой геометрическую сумму его активной и реактивной составляющих при номинальной нагрузке трансформатора.
Активная составляющая определяется суммарными потерями на нагревание в первичной и вторичной обмотках трансформатора АР к, в режиме короткого замыкания (одна обмотка замкнута, а к другой подведено напряжение, равное активной мощностью трансформатора Ра.
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания зависит от геометрических размеров активной части трансформатора:
где S — мощность трансформатора, кВа.
D — средний диаметр канала между обмотками, см.
6 — геометрическая величина, определяемая по ширине намотки обмоток и расстоянию между ними;
Н — высота обмотки;
И — напряжение на виток обмотки, е.
Зная величину можно определить величину тока в первичной обмотке трансформатора при коротком замыкании его вторичной обмотки:
Следовательно, чем больше величина трансформатора, тем меньше значение тока короткого замыкания.
С другой стороны, значительное увеличение приведет к росту падения напряжения в трансформаторе в нагрузочных режимах, так как изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки связано с зависимостью. Поставка недорогого оборудования: промышленные моечные машины, комплексы, установки и мойка труб.
Колебания тока нагрузки при большом значении могут привести к заметным колебаниям напряжения на шинах станции, что нежелательно с эксплуатационной точки зрения.
Общая величина потерь мощности в силовых трансформаторах при любых нагрузках может быть подсчитана по формуле, где— потери холостого хода и короткого замыкания трансформатора, взятые из каталожных данных;
Для двух обмоточных трансформаторов результаты подсчета потерь по этой формуле получаются точными. Для трех обмоточных трансформаторов определение действительных потерь возможно только в том случае, если известны потери в каждой обмотке при 100%-ной ее загрузке. Тогда, где коэффициенты загрузки каждой обмотки трех обмоточного трансформатора.
С увеличением единичной мощности к. п. д. трансформаторов возрастает до 99%. Трехфазные трансформаторы более экономичны, чем однофазные.
Трансформаторы с расщепленными обмотками. У трансформаторов этого типа обмотка низкого напряжения расщеплена на две или более части, имеющие раздельные выводы, что позволяет использовать каждую часть обмотки самостоятельно. Суммарная мощность расщепленных частей обмотки равна номинальной мощности трансформатора. При необходимости части расщепленной обмотки могут быть рассчитаны на разные напряжения (например, 6 и 10 кв.).