Достоинства трансформатора с расщепленными обмотками



Силовые трансформаторы с расщепленной обмоткой низкого напряжения ТРДН

1. Общая характеристика

Трансформаторы с расщепленной обмоткой представляют из себя трансформаторы, с обмотокой разделенной на 2 или более не связанных между собой гальванически элементов.

Такие трансформаторы обычно устанавливают на крупных ПС районных электрических сетей и электростанциях, а так же систем электроснабжения промышленных предприятий. Это позволяет подсоединить два и более генераторов (или независимых нагрузок) одного или разных классов напряжений присоединять к одному трансформатору.

На рис.1.1 изображено обозначение трансформатора с расщепленной обмоткой на схеме.

Рисунок 1.1 – Обозначение на схеме

При коротком замыкании в цепи одной из частей расщепленной обмотки, в других обмотках трансформатора возникают напряжения и токи существенно меньшие, чем в таком же трансформаторе с нерасщепленной обмоткой низкого напряжения.Такой трансформатор, с достаточной для практики точностью, может рассматриваться как 2 независимых двухобмоточных трансформатора, питающихся от общей сети.

2. Причины установки ТРДН

Для ограничения токов КЗ, при номинальной мощности трансформатора 25 МВА и выше, а так же равномерной нагрузке на секции шин, широко применяются трансформаторы с расщепленной обмоткой низкого напряжения.

У трансформаторов с расщепленной обмоткой мощность каждой из обмоток низкого напряжения в 2 раза меньше номинальной мощности трансформатора. При этом, сопротивление каждой из обмоток низкого напряжения увеличивается в 2 раза по сравнению с двухобмоточным трансформатором такой же мощности без расщепления.
По сравнению с двухобмоточным трансформатором такой же мощности, сопротивление трансформатора сквозным токам КЗ при расщеплении обмотки увеличивается почти в 1,6 раза.

3. Расчет параметров

На рис.1.2 представлена схема замещения трансформатора с расщепленной обмоткой.

Рисунок 1.2 – Схема замещения трансформатора

Трансформаторы с расщепленной обмоткой выполняются с соотношением мощностей обмоток равным 100 % / 50 % / 50 % [1].
Для трансформаторов с расщепленной обмоткой индивидуальными параметрами являются:
– сопротивление расщепления Z_Р (равное сопротивлению между выводами двух ветвей расщепленной обмотки):

так как ветви одинаковые:

– сквозное сопротивление Z_скв = Z_В-Н, равно сопротивлению между выводами обмотки высокого напряжения и объединенными (запараллелеными) ветвями расщепленной обмотки низшего напряжения;

– коэффициент расщепления К_Р, равен:

Параметры схемы замещения определяются по следующим формулам:

Для определения Z используем формулы:

R определяется по следующим формулам:

X рассчитаем по формулам:

k_{Т Н-В} определяем по формуле:

4. Основные характеристики трансформатора

На рис.1.3 изображен внешний вид трансформатора ТРДН-40000/110.

Рисунок 1.3 – Внешний вид трансформатора ТРДН-40000/110

В соответствии с принятой системой обозначений аббревиатура трансформатора ТРДН-40000/110-У1 расшифровывается так:
Т – трехфазный трансформатор;
Р – наличие ращепленной обмотки низкого напряжения;
Д – охлаждение производится с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха;
Н – регулирование напряжения производится под нагрузкой РПН;
40000 – номинальная мощность трансформатора, кВ•А;
110 – класс напряжения обмотки высокого напряжения, кВ;
У1 – климатическое исполнение, категория размещения по ГОСТу 15150.
Основные параметры этого трансформатора приведены в табл.1.1 [2].

Таблица 1.1 – Технические параметры ТРДН-40000/110-У1

Номинальная частота, Гц	50
Схема и группа соединения обмоток	Υн/Δ-Δ-11-11
Номинальное значение напряжения ВН, кВ	115
Номинальное значение напряжения НН, кВ	11
Напряжение КЗ (ВН-НН), %	10,5
Ток холостого хода, не более, %	0,55
Ступени регулирования РПН в нейтрали ВН	±9х1,78%
Полный срок службы, лет	25

В требованиях для силовых трансформаторов [3, 6.4] сказано, что для обеспечения продолжительной и надежной эксплуатации трансформаторов необходимо обеспечить:

• соблюдение необходимых нагрузочных, температурных режимов и уровня напряжений;
• соблюдение характеристик трансформаторного масла и изоляции в пределах установленных норм;
• содержание в исправном состоянии устройств охлаждения трансформатора, защиты масла, регулирования напряжения и т. д.

5. Системы охлаждения и пожаротушения

Как уже говорилось выше, ТРДН имеют систему охлаждения с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха. Это значит, что в навесных охладителях из радиаторных труб помещают вентиляторы. В этом случае, в навесных охладителях, из радиаторных труб помещаются вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу трансформатора и обдувает нагретую верхнюю часть труб.

Для улучшения условий охлаждения масла, а следовательно, и обмоток магнитопровода трансформатора производится форсированный обдув радиаторных труб. Это позволяет изготовлять трансформаторы с расщепленной обмоткой мощностью до 100 000 кВ•А. В настоящее время, пуск и остановка вентиляторов, может осуществятся автоматически. Он зависит только от температуры нагрева масла и нагрузки [1].

6. Требования безопасности и охрана окружающей среды

Общие технические условия для силовых трансформаторов приведены в [4]. ГОСТ включает в себя технические требования, требования безопасности, включая требования пожарной безопасности, требования охраны окружающей среды, указания по эксплуатации, транспортирование и хранение. Требования безопасности, должны так же соответствовать [5, 6]. По стандарту [5] выполняется заземление баков трансформаторов.

Степень защиты трансформаторов определяет стандарт [6]. В нем говорится, что все трансформаторы, кроме встроенных, должны выполняться с 1 или 2 классом защиты и иметь степень защиты не ниже IP20. Стационарные трансформаторы, в свою очередь, допускается изготовлять со степенью защиты IP00. Система стандартов [4] приводит требования по утилизации трансформатора. В нем описан следующий ряд действий:

• трансформаторное масло следует слить и отправить на регенерацию;
• металлические составляющие трансформатора необходимо сдать на переработку;
• фарфоровые изоляторы, электрокартон, резиновые уплотнения нужно отправить на полигон твердых бытовых отходов.

7. Ссылки и литература

1. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. — М.: Энергоатомиздат, 1987. – 315 с.
2. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. Учебник для вузов. 2-изд. — М.: Энергоатомиздат, 1986.-310 с.
3. Правила технической эксплуатации электроустановок. Утвержден приказом Минтопэнерго Украины от 25.07.2006 г.
4. ГОСТ Р 52719–2007. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. – М.: Издательство стандартов, 2007. – 45 с.
5. ГОСТ 12.2.007.0–75. Система стандартов безопасности труда. Издание электротехническое. Общие требования безопасности. – М.: Издательство стандартов, 1975. – 12 с.
6. ГОСТ 12.2.007.2–75. Система стандартов безопасности труда. Трансформаторы силовые и реакторы электрические. Требования безопасности. – М.: Издательство стандартов, 1975. – 5 с.

Источник

Трансформаторы с расщепленной обмоткой

ЛЕКЦИЯ № 11

Тема: Трансформаторы с расщепленными обмотками, автотрансформаторы.

Цель: Изучить особенности конструкции и рабочих свойств трансформаторов с расщепленными обмотками и автотрансформаторов.

План: 1.Особенности конструкции.

2. Рабочие свойства.

3. Рабочие свойства и особенности конструкции автотрансформаторов.

Литература: 1. Бургардт К.А., Просужих Р.П.

«Корабельные электрические машины».

Часть 2. 1980., стр. 37-41.

1969., стр. 533-550.

Лекция обсуждена и одобрена на заседании кафедры

Протокол № _____ от «_____» _____________200 г.

Преподаватель: Просужих Р.П.

Лекция № 11 Трансформаторы с расщепленными обмотками. Автотрансформаторы

Трансформаторы с расщепленной обмоткой

Такими трансформаторами называют трехобмоточные трансформаторы, у которых две вторичные (или две первичные при одной вторичной) не имеют индуктивной связи друг с другом. Это достигается особенностью конструкции трансформатора с расщепленной обмоткой, которую мы рассмотрим на примере однофазного трансформатора с одной первичной обмоткой высшего напряжения (ВН) и двумя вторичными обмотками низшего напряжения (НН), которые представляют собой обмотку НН, расщепленную на две части «2» и «3». Магнитопровод такого трансформатора должен быть бронестержневым, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Расположение обмоток трансформатора с расщепленными обмотками

При этом первичная обмотка «1» ВН также должна иметь две части ВН₁₂ и ВН₁₃, расположенные на разных стержнях, т.е. совместно с обмотками «2» и «3». Это значит, что первичная обмотка имеет две параллельные ветви, каждая из которых создает свой основной магнитный поток замыкающийся по своему стержню и своему ярму. Такое расположение обмоток на таком магнитопроводе обеспечивает слабую магнитную связь между обмотками «2» и «3», поэтому передача энергии из цепи обмотки «2» в цепь обмотки «3» посредством электромагнитного поля практически исключена. Это значит в свою очередь, что такой трансформатор можно рассматривать как два самостоятельных трансформатора, размещенных в одном корпусе и на одном магнитопроводе.

Если нагрузить одну из вторичных обмоток, например НН₂, то на стороне ВН будет нагружена только одна из параллельных ветвей обмотки ВН, в частности ВН₁₂, расположенная на одном стержне с обмоткой НН₂.

Трансформатор с расщепленной обмоткой может передавать энергию и в обратном направлении, т.е. быть повышающим.

В этом случае обмотки НН₂ и НН₃ будут являться первичными. Они могут получать питание от двух отдельных генераторов. Вторичной обмоткой будет обмотка ВН, имеющая две параллельные ветви. Естественно, что в случае, когда один из генераторов будет отключен, то не будет нагружена и соответствующая ветвь вторичной обмотки ВН.

Номинальные напряжения U_2Н и U_3Н могут быть как одинаковымитак и различными. Соотношение магнитных потоков в стержнях трансформатора и зависит от соотношений между напряжением U₁, и приведенными напряжениями Ů / ₂ и Ů / ₃. Если , то будут равны друг другу и приведенные токи . В этом случае одинаковы и магнитные потоки Ф₂= Ф₃. Следовательно, в боковых стержнях (ярмах) бронестержневого трансформатора магнитные потоки отсутствуют.

В общем случае это не так. Если напряжение и неодинаковы, например, при неодинаковой нагрузке обмоток НН₂ и НН₃, то и токи и магнитные потоки не равны друг другу. В этом случае в магнитопроводе появится магнитный поток , равный разности потоков в стержнях Ф₂ и Ф_3. Этот поток будет замыкаться по боковым стержням (ярмам). Если бы этих боковых стержней не было, то поток вынужден был бы замыкаться по воздуху (по путям рассеяния), а в основном по конструктивным элементам трансформатора (стенкам бака и т.п.).

Это привело бы к большим добавочным потерям на вихревые токи и перемагничивание. Именно по этой причине трансформаторы с расщепленными обмотками выполняют на бронестержневыхмагнитопроводах.

Основное преимущество трансформаторов с расщепленными обмотками состоит в том, что у них сопротивление короткого замыкания (Z_K12 » Z_K13) за счет независимости обмоток НН₂ и НН₃примерно в два раза больше, чем сопротивление короткого замыкания Z_К обычного трансформатора, у которого параллельные ветви вторичной обмотки взаимозависимы. Это обуславливает меньшие значения тока короткого замыкания трансформаторов с расщепленными обмотками по сравнению с обычными двух и многообмоточными трансформаторами.

Суммарная мощность расщепленной обмотки, т.е. обмоток НН₂ и НН₃, равна мощности всего трансформатора, т.е. мощности обмотки ВН.

Трехфазные трансформаторы с расщепленными обмотками выполняются на обычных трехстержневых магнитопроводах. При этом каждая из частей расщепленной обмотки, принадлежащих одной фазе, расположена на одном и том же стержне магнитопровода. В этом случае роль крайних стержней (ярм) выполняют два других стержня, на которых расположены обмотки других фаз. Поскольку токи и магнитные потоки фаз сдвинуты по фазе на 120°эл, их взаимозависимость невелика.

Части расщепленной обмотки, т.е. НН₂ и НН₃ и параллельные ветви обмотки ВНкаждой из фаз, разнесены по высоте стержней, поэтому их потоки рассеяния не взаимосвязаны, что в свою очередь обеспечивает большие значения напряжений короткого замыкания и малые токи короткого замыкания.

Источник