Расчет трехобмоточного трансформатора

Пренебрегая током холостого хода, можно записать уравнение токов трехобмоточного трансформатора:

I₁= — (I₂^‘+ I₃^‘),

то есть первичный ток равен геометрической сумме приведенных вторичных токов.

В данном случае мы получим два коэффициента трансформации k12 и k13 между первой и второй и между первой и. третьей обмотками трансформатора. По общему правилу:

k₁₂=E₁/E₂=w₁/w₂

k₁₃=E₁/E₃=w₁/w₃

По известным двум коэффициентам трансформации можно определить, третий k23 между второй и третьей обмотками:

k₂₃=E₂/E₃=w₂/w₃=k₁₃/k₁₂

Номинальной мощностью трехобмоточного трансформатора называется мощность его наиболее мощной обмотки, которой всегда является обмотка ВН. Изготовление трехобмоточного трансформатора в случае, когда мощность одной из его вторичных обмоток невелика, неэкономично. Поэтому мощности обмоток ВН, СН, НН трехобмоточного трансформатора в процентах от его номинальной мощности обычно составляют:

· 100/100/100;

· 100/100/66,7;

· 100/66,7/100;

· 100/66,7/66,7.

Трехобмоточные трансформаторы обычно строят на большие мощности: 5600—31500 кВт (трехфазные) и 5000—40 000 кВт (однофазные) при напряжении обмоток ВН 110 — 121 кВ; СН 34,5 — 38,5 кВ и НН 3,15 — 15,75 кВ.

В некоторых случаях применяют трехобмоточные трансформаторы с двумя первичными и одной вторичной обмоткой. Такие трансформаторы используют на крупных электрических станциях, когда возникает необходимость в работе двух или трех генераторов на общую линию электропередачи через один мощный повышающий трансформатор. Иногда трансформаторы имеют две первичные обмотки с различными номинальными напряжениями.

Выбор трехобмоточных трансформаторов и трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения (НН).

Для резкопеременных и спокойных нагрузок в сетях напряжением 6—10 кВ применяют силовые трансформаторы с расщепленными обмотками.

Осциллограмма первичного шестифазного вентильного преобразователя при соединении сетевой обмотки анодного трансформатора в звезду / \ _i_ ------------------- _| ------ *.

В печных трансформаторах обмотки вторичного напряжения соединены в треугольник, поэтому в токе не содержатся гармоники, кратные трем.

В результате в первичных обмотках трансформаторов обоих агрегатов присутствуют гармоники порядков v = 6fe + 1, но в питающую сеть выходят только гармоники v = 12/с + 1 порядка, а остальные гармоники тока циркулируют между первичными обмотками трансформаторов.

Эта ЭДС обусловливает в обмотке возбуждения пульсирующее поле, которое разлагают на две составляющие: поле, вращающееся в направлении вращения ротора и наводящее в статоре ЭДС тройной частоты, и поле, вращающееся в направлении, обратном направлению вращения ротора, и наводящее в статоре ЭДС с частотой вращения основного поля обратной последовательности, частично компенсирующее его.

Питаются эти установки переменным током промышленной частоты от специальных трансформаторов, имеющих на первичной обмотке напряжение 6—10 кВ, а на вторичной — до 110 кВ.

3) превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки над средней температурой обмотки было равно 130 °С;

6) во время переходных процессов в течение суток наибольшая температура верхних слоев масла не превышала 95 °С и наиболее нагретой точки металла обмотки 140°С.

Выполнение одной обмотки с устройством РПН обозначают дополнительной буквой Н.

Трансформатор с расщепленной обмоткой НН обозначают буквой Р после числа фаз, например ТРДН.

Номинальную мощность и класс напряжения указывают в виде дроби, числитель которой — номинальная мощность в киловольт-амперах, а знаменатель — класс напряжения обмотки ВН в киловольтах.

Теплоемкость трансформаторов с обмотками из меди

См = 132G0 + 108G(,P + 545GM + 133GMar; трансформаторов с обмотками из алюминия

Выбор трехобмоточных трансформаторов и трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения (НН)

В системах промышленного электроснабжения нередко устанавливают трехобмоточные трансформаторы для обеспечения питания потребителей на разных напряжениях или трансформаторы с расщепленной обмоткой НН.

Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН широко используют в системах электроснабжения предприятий черной и цветной металлургии, где имеют место резкопеременные нелинейные нагрузки (например, мощные вентильные преобразователи прокатных станов) (рис.

18) для уменьшения их воздействий на питающую сеть и улучшения технико-экономических показателей желательно выполнять с большим числом фаз, В этом случае установка одного трансформатора с расщепленными обмотками НН является предпочтительнее, чем установка двух двухобмоточных трансформаторов.

При этом обмотки НН должны быть выполнены с соединениями разных групп.

Технические данные трехобмоточных трансформаторов и трансформаторов с расщепленной обмоткой НН приведены в [17, 19].

Одной из основных характеристик трансформаторов с расщепленной обмоткой является коэффициент расщепления /ср, характеризующий электромагнитную связь между обмотками НН и определяемый следующим образом:

19, я), то их сопротивления на трехлучевой схеме замещения равны нулю, все сопротивление трансформатора оказывается сосредоточенным в ветви, соответствующей первичной обмотке.

Это значит, что при изменении, например, тока 12 изменяется не только напряжение этой обмотки U2, но и напряжение Uз, так как ток 12 вызывает падение напряжения на zt, которое приводит к изменению напряжения U3.

Принципиальные схемы обмоток и схемы замещения трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения (НН): а, 6 — принципиальные схемы; в, г — схемы замещения

Очевидно, что для трансформатора ГПП, к обмоткам НН которого присоединяют разнородную нагрузку, схема замещения должна быть аналогична приведенной на рис.

19, г, так как при этом нагрузки обмоток практически не оказывают влияния друг на друга и уровни напряжения на каждой обмотке зависят лишь от собственной нагрузки.

Для вентильного преобразователя, наоборот, с точки зрения ограничения токов КЗ и скорости нарастания тока di/dt при коммутации вентилей желательно, чтобы сопротивление трансформатора было сосредоточено в ветви, соответствующей обмотке высшего напряжения.

Но при работе преобразователя в нормальных режимах этого не произойдет, так как обмотки НН имеют разные схемы соединений (для мостовых схем — звезда — треугольник, а для нулевых — две обратные звезды) и моменты коммутаций токов в них не совпадают.

Методика расчета сопротивлений схем замещения трехобмоточных трансформаторов и трансформаторов с расщепленной обмоткой НН основана на использовании исходных данных табл.

На стадии предварительных расчетов для существующих конструкций трехфазных трансформаторов с 1/„ом = 10-=-220 кВ с расщепленной обмоткой НН, выполненных по схеме рис.

Вследствие того что в каталожных данных потери в металле обмоток трехобмоточных трансформаторов приведены для загрузки на 100% каждой обмотки, расчетные потери получаются не соответствующими действительным, с ошибкой в сторону завышения.

нн, (6-26) где АРХ — потери мощности XX трансформатора; АР0|У — мощность охлаждающих устройств; APk,BH — потери мощности в металле обмотки ВН при 100%-ной ее загрузке; /сэ,вн — коэффициент загрузки обмотки ВН; APk,сн — потери мощности в металле обмотки СН при 100%-ной ее загрузке; /с3_сн — коэффициент загрузки обмотки СН; АР^нн - потери мощности в металле обмотки НН при 100%-ной ее загрузке; &зНн~коэ4ь фициент загрузки обмотки НН.

Расчет сопротивления схем замещения трехобмоточных трансформаторов и трансформаторов с расщепленной обмоткой НН

Трехфазный трансформатор с обмоткой низшего w f "ном, т> кВ- А ; ^кВН-НН.

тор с обмоткой низшего ГЛ ^ном, т> кВ- А; , - _ ,.

ДРК вн-нн — потери мощности в обмотках ВН и НН; ДРК_вн-сн — потери мощности в обмотках ВН и СН; ДРкСН_нн — потери мощности в обмотках СН и НН.

Для определения потерь при нагрузке каждой обмотки на номинальную мощность трансформатора составляем уравнения

Наибольший верхний предел возбуждения синхронного двигателя определяется допустимой температурой обмотки ротора с выдержкой времени, достаточной для форсировки возбуждения при кратковременных снижениях напряжения.

Током возбуждения в данном случае является выпрямленный рабочий ток статорной обмотки.

Трехфазный мостовой выпрямитель в этом случае работает в режиме КЗ, благодаря чему по обмотке статора протекают такие же токи, как и при соединении ее в звезду.

При разомкнутом контакте К роторная обмотка питается выпрямленным током статора и двигатель работает в синхронном режиме.

Поскольку на входе выпрямителя имеется большое индуктивное сопротивление статорной обмотки, а активное сопротивление роторной обмотки относительно невелико (не более 0,1 отн.

Таким образом, последовательное подключение роторной обмотки через выпрямительное устройство практически не влияет на продолжительность протекания токов в фазах статорной обмотки.

При перегрузках или выпадении из синхронизма в роторной обмотке резко возрастает ЭДС, под действием которой открывается тиристор Vs и шунтирует одновременно выпрямитель и роторную обмотку, т.

Ток и ЭДС возбуждения, приведенные к статорной обмотке, определяются следующим образом: /, = /,?

52) где k = ktke/k3 — коэффициент синхронизации; k3 - коэффициент эквивалентности по МДС роторной обмотки (k3 = 1,23 при питании ротора через два кольца; k3 — 1,41 - то же, но через три кольца).

— активное сопротивление статорной обмотки; xj — реактивное сопротивление рассеяния статорной обмот ки ; г^ — активное сопротивление намагничивающей ветви (эквивалент потерь в стали); хц — реактивное сопротивление взаимоиндукции; хэ, г, — соответственно реактивное и активное эквивалентные сопротивления выпрямителя и обмотки ротора; а = Лхм

В системах питания с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В трансформаторы, связанные с системами напряжением выше 1000 В, защищают от опасных повреждений между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора пробивным предохранителем, который устанавливают в нейтраль и фазу на стороне низшего напряжения трансформатора.

1) предотвращения опасных последствий при пробое изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора;

зКз,з, где ДРк',ь АР к, а, ДРк,з - приведенные потери активной мощности в обмотках высшего (1), среднего (2) и низшего (3) напряжений; K3ii, K3,2, К3,з — коэффициенты загрузок этих обмоток.

Приведенное к статору сопротивление роторной обмотки определяют по формуле г г = где Ui - линейное напряжение статора; [72к — линейное напряжение на кольцах ротора.

Дополнительные усредненные потери активной мощности в обмотках синхронной машины [16]

/^lv - дополнительные потери активной мощности в статорv = 3пной обмотке; 3?

I*R'i>v ~ дополнительные потери активной мощностиv = 3в обмотке ротора; Rlv — активное сопротивление обмотки статора синхронной машины для v-й гармоники; ^2,jV — эквивалентное активное сопротивление ротора для тока прямой последовательности v-й гармоники.

2) Дополнительные потери активной мощности в обмотках асинхронного двигателя, обусловленные токами высших гармоник, определяются по формуле

При использовании усредненных параметров машин дополнительные потери активной мощности в обмотках статора и ротора от токов высших гармоник можно подсчитать приближенно.

Потери в обмотках статора (АРнс1) определяют как часть от номинальных потерь в меди по формуле

53) где /»,пуск = l/zK — кратность пускового тока при номинальном напряжении; AP]HOM — потери в обмотке статора при номинальном токе.

Дополнительные потери активной мощности в обмотках ротора асинхронного двигателя

Суммарные потери в обмотках асинхронного двигателя

Основная часть дополнительных потерь активной мощности от высших гармоник в синхронных машинах приходится на долю демпферной обмотки и обмотки статора.

В асинхронных двигателях высокого напряжения дополнительные потери активной мощности от высших гармоник в обмотках статора и ротора соизмеримы по значению.

Так как допустимая длительность полуторакратной перегрузки для генераторов с косвенным охлаждением обмотки статора и ротора составляет 2 мин, то т«о„,п = 120 =1 = ~.

Это объясняется более высокими номинальными плотностями тока в их обмотках и неравномерностью нагрева обмоток при перегрузках из-за подогрева охлаждающей среды в каналах.

Форсировочнои способностью по напряжению считают отношение наибольшего установившегося напряжения (потолка) t/B,n,y возбудителя (присоединенного к обмотке возбуждения генератора) к номинальному напряжению возбуждения L'BHOM, а под форсировочной способностью по току понимают отношение предельного (наибольшего допустимого по нагреву обмотки ротора) тока возбуждения /„_„, создаваемого возбудителем в режиме форсировки, к номинальному току возбуждения /в>ном.

Т -время с момента шунтирования шунтовою реостата; /-ток в шунтовой обмотке; I/;, - напряжение якоря; I —кривая тока; 2 — кривая напряжения

Осциллограмма процесса форсировки возбуждения турбогенераторов при 15 %-ной перегрузке: а - ТВ-60-2 с возбудителем ВТ-170-3000; б -ТА2-100-2 с возбудителем ВТ-300-3000; Г„ - момент шунтирования шунтового реостата; [/в — потолочное напряжение якоря; / — ток шунтовой обмотки форсировке для турбогенераторов, работающих с 10 — 20 %-ной перегрузкой, приведены в табл.

При расчете этих значений за напряжение возбуждения при максимально возможной перегрузке принимают напряжение при температуре обмотки ротора 100 °С.

Обмотка Напряжение статора, кВ Температура охлаждающего газа, °С до 30 31-35 36-40 41-45 46-50 51-55

Обмотка Напряжение статора, кВ Температура охлаждающего газа, °С до 40 41-45 46-50 51-55

2) ток в обмотке статора должен быть не более 1,1 7НОМ;

Эту проблему решают реконструкцией демпферной обмотки ротора и существенным понижением сопротивления контактов между элементами ротора путем их серебрения.

В обмотке статора потери зависят от высоты проводника и глубины проникновения тока в толщину проводника h: (ШЗ) где р — удельное сопротивление материала; ц — магнитная проницаемость; o>v — угловая частота вихревых токов гармоники.

Уменьшение мощности генератора из-за добавочного нагрева обмотки статора высшими гармониками тока определяют по добавочным потерям в меди обмотки статора

14) где Рм - потери в обмотке статора, определенные по сопротивлению обмотки при постоянном токе; АРМ — добавочные потери от высших гармоник тока; lv — ток гармоники v-ro порядка; kf — коэффициент вытеснения тока основной гармоники.

14) в верхних стержнях обмотки, где эти потери во много раз выше потерь в нижних стержнях из-за сильного вытеснения тока высших гармоник.

Принимают, что до начала перегрузки обмотка реактора имела установившееся значение превышения температуры QI < 9ДОп при токе /j < /доп При перегрузке ток возрастает до значения 1„ и превышение температуры определяется по известному закону

24) где t — время от начала перегрузки; Т— постоянная времени нагрева обмотки; 0П - установившееся значение превышения температуры обмотки при токе /„.

Превышение температуры обмотки не должно быть выше допустимого значения.

При температуре воздуха ниже + 35 °С можно увеличить превышение температуры обмотки.

14. Общие выводы по выбору числа и мощности силовых трансформаторов.

6.6. Общие выводы по выбору числа и мощности силовых трансформаторов

Выбор числа, мощности и типа силовых трансформаторов (автотрансформаторов) для' питания нагрузок промышленных предприятий производят на основании расчетов и обоснований по изложенной ниже общей схеме.

1. Определяют число трансформаторов на подстанции, исходя из обеспечения надежности питания с учетом категории потребителей.

2. Намечают возможные варианты номинальной мощности выбираемых трансформаторов с учетом допустимой нагрузки их в нормальном режиме и допустимой перегрузки в аварийном режиме.

По (6.17) - (6.23)

3. Определяют экономически целесообразное решение из намеченных вариантов, приемлемое для данных конкретных условий.

4. С учетом возможности расширения или развития подстанции решают вопрос о возможной установке более мощных трансформаторов на тех же фундаментах или предусматривают возможность расширения подстанции за счет увеличения числа трансформаторов.