Трансформатора и автотрансформатора

Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы. Во многих случаях на подстанции нужны три номинальных напряжения - высшее U_в, среднее U_с и низшее U_н. В этом случае, как правило, применяется трехобмоточный трансформатор, все три обмотки которого имеют магнитную связь (рис.2.4,б), или более экономичный вариант - трехобмоточный автотрансформатор (рис.2.5,б). В автотрансформаторе обмотка низшего напряжения магнитно связана с двумя другими.

Рис.2.4 Трехобмоточный трансформатор:

а – условное обозначение; б – схема соединения обмоток

Рис.2.5 Трехобмоточный автотрансформатор:

а – условное обозначение; б – схема соединения обмоток

Обмотки же последовательная и общая (П и О на рис.2.5,б) непосредственно электрически соединены друг с другом и, кроме того, имеют магнитную связь. По последовательной обмотке течет ток I_в, а по общей (I_в – I_с). Номинальной мощностью автотрансформатора называют мощность, которую автотрансформатор может принять из сети высшего напряжения или передать в эту сеть при номинальных условиях работы:

.

Эта мощность также называется проходной. Она равна предельной мощности, которую автотрансформатор может передать из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения и наоборот при отсутствии нагрузки на обмотке низшего напряжения.

Последовательная обмотка П рассчитывается на типовую мощность (рис.2.5,б)

,

где - коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз S_тип меньше S_н.

Напряжение общей обмотки меньше U_в.ном, ток в ней равен I_в.ном – I_с.ном, поэтому её мощность меньше S_н. Можно показать, что мощность общей обмотки равна типовой. Обмотка низшего напряжения также рассчитывается на S_тип или на мощность меньше S_тип. Её номинальная мощность выражается через номинальную мощность автотрансформатора так:

,

где для U_в.ном ≤ 330 кВ α_н.н = 0,25; 0,4; 0,5.

В трехобмоточном трансформаторе все три обмотки имеют мощность S_н. В автотрансформаторе общая и последовательная обмотки рассчитаны на типовую мощность S_тип < S_н, а обмотки низшего напряжения – на α_н.нS_н < S_н. Таким образом, через понижающий автотрансформатор можно передать мощность, большую той, на которую выполняются его обмотки. Чем меньше коэффициент выгодности α, тем более экономичен автотрансформатор по сравнению с трехобмоточным трансформатором. Чем ближе номинальные напряжения на средней и высшей сторонах автотрансформатора, тем меньше α и тем выгоднее использовать автотрансформатор. При U_с = U_в α = 0 (см. формулу для S_тип).

Схема замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора с U_н > 220 кВ приведена на рис.2.6,а, с U_н ≤ 220 кВ – на рис.2.6,б. В такой схеме замещения также отсутствуют трансформации (идеальные трансформаторы), но сопротивления обмоток низшего и среднего напряжений приводят к высшему напряжению.

Такое приведение соответствует умножению на квадрат коэффициента трансформации. Потери холостого хода ∆Р_х и ∆Q_х определяются так же, как и для двухобмоточного трансформатора. Потери ∆Р_х – известная каталожная величина, а ∆Q_х определяются из соответствующего выражения по каталожному значению I_х, %.

Рис.2.6 Схемы замещения трехобмоточного трансформатора

и автотрансформатора:

а – Г-образная; б – упрощенная

Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов задаются три значения потерь короткого замыкания по парам обмоток ∆Р_к(в.н), ∆Р_к(в.с), ∆Р_к(с.н) и три напряжения короткого замыкания по парам обмоток u_к(в.н)%, u_к(в.с)%, u_к(с.н)%. Каждое из каталожных значений ∆Р_к и u_к% относится к одному из трех возможных опытов короткого замыкания.

Значения ∆Р_к(в.н) и u_к(в.н)% определяются при замыкании накоротко обмотки низшего напряжения при разомкнутой обмотке среднего напряжения и подведении к обмотке высшего напряжения такого напряжения u_к(в.н), чтобы ток в обмотке низшего напряжения трансформатора был равен номинальному.