СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ…………………………………………………………………………………………………………. 3
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………………. 3
Основная часть………………………………………………………………………………………………….. 3
Электрическая схема…………………………………………………………………………………… 3
Параллельная работа трансформаторов при выполнении всех условий
включения на параллельную работу………………………………………………………………………………….. 4
Параллельная работа трансформаторов с неодинаковыми
коэффициентами трансформации…………………………………………………………………………………………… 4
Параллельная работа трансформаторов с неодинаковыми
номинальными напряжениями короткого замыкания……………………………………………………………. 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………………………………. 6
ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………………………………………….. 7
В каких случаях нужен параллельный режим работы трансформаторов
Включение нескольких устройств преобразования электрической энергии преследует несколько целей:
- Повышение мощности преобразования.
- Увеличение надежности.
- Увеличение перегрузочной способности.
- Более рациональное использование свободного места.
- Снижение потерь при работе в периоды малой нагрузки.
Увеличение мощности потребителей требует соответственного увеличения мощности трансформатора. Цель параллельного включения – возможность не выполнять демонтаж и замену более слабого оборудования. В данном случае применяют дополнительную установку параллельно подключенного трансформатора. В первом приближении можно считать, что допустимая мощность потребителей в таком случае удваивается.
Отдельная категория потребителей отличается высокими требования к надежности электропитания. В таком случае назначение дублирующих трансформаторов – возможность обеспечения питанием в случае выхода части преобразователей из строя.
Параллельное включение трансформаторов применяют также в том случае, когда установка одного более мощной конструкции не соответствует требованиям по габаритам. Часто проще установить несколько малогабаритных конструкций вместо одно более мощной.
Достоинства и недостатки
Среди достоинств рассматриваемого типа включения следует отметить следующие:
- увеличение допустимой мощности потребителей;
- возможность горячего резервирования питания особо требовательных групп потребителей;
- улучшение условий охлаждения устройств;
- возможность оперативного регулирования количества подключенных устройств в условиях значительного изменения мощности потребителей.
При проектировании питающих установок нужно учитывать, что параллельные схемы включения не лишены недостатков:
- усложнение за счет установки коммутирующих и соединительных устройств;
- необходимость установки однотипных устройств;
- увеличение габаритов помещения;
- сложность подключения.
Устройство и принцип работы однофазного двухобмоточного трансформатора
Назначение, область применения и классификация трансформаторов
Трансформеры.
Трансформатор – это электромагнитное устройство, используемое для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения без изменения частоты.
Необходимость преобразования, то есть увеличения и уменьшения переменного напряжения, вызвана необходимостью передачи электрической энергии на большие расстояния. Чем выше значение передаваемого напряжения, тем меньше ток при той же мощности генератора. Следовательно, для передачи энергии потребуются провода меньшего сечения, что приведет к экономии цветных металлов, снижению веса и стоимости линий электропередачи (ЛЭП). Кроме того, с уменьшением тока потери мощности в линиях передачи уменьшаются ∆P = I2Rl.
По применению трансформаторы можно разделить на следующие типы:
1. Силовые трансформаторы, используемые в сетях передачи и распределения.
2. Автотрансформаторы с постепенной регулировкой выходного напряжения и используемые для его изменения (регулирования).
3. Измерительные трансформаторы, используемые как элементы измерительных приборов.
4. Трансформаторы специального назначения (печь, пайка, пик, изоляция и т.д.)
Используемые в настоящее время изоляционные материалы позволяют повысить напряжение в ЛЭП до 1250 кВ.
Трансформатор состоит из ферромагнитного (стального) сердечника (ФМС) и двух обмоток: первичной с числом витков W1, на которую подается напряжение источника U1, и вторичной – с числом витков W2, на клеммах которых напряжение U2 Сердечник трансформатора собирается из отдельных листов электротехнической стали (толщиной 0,3-0,5 мм), изолированных друг от друга для уменьшения потерь на вихревые токи.
Работа трансформатора основана на принципе взаимной индукции. При включении первичной обмотки W1 переменным напряжением U1 в ней появится ток I0, который, протекая по виткам W1, вызовет появление магнитного потока первичной обмотки, состоящей из основных или, по-другому, рабочий поток Ф, замыкающийся по сердечнику, и поток дисперсии Фδ1, замыкающийся в воздухе (рис. 4.3.). Электричество передается от первичного к вторичному через рабочий процесс.
Переменный синусоидальный рабочий магнитный поток, основанный на законе электромагнитной индукции, индуцирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции E1, а во вторичной обмотке – ЭДС взаимной индукции E2, которая создает напряжение U2 на выводах ‘ вторичная обмотка.
Если к вторичной обмотке трансформатора подключить нагрузку Zн (рис. 4.4.), В ней появится ток I2, который, протекая по виткам W2, вызовет появление магнитного потока во вторичной обмотке. Этот поток состоит из потока Ф2, закрытого в активной зоне, и вытекающего потока Фδ2, закрытого в воздухе.
Вторичный поток F2, согласно правилу Ленца, всегда направлен навстречу потоку первичной обмотки и стремится его уменьшить. Уменьшение расхода Ф приведет к уменьшению ЭДС E1. В результате разница между напряжением U1 и ЭДС E1 увеличится, что приведет к увеличению тока обмотки I0 до тока I1, который компенсирует магнитный поток Ф2 (рисунок 4.4). Таким образом, общий рабочий магнитный поток F1 – F2 останется неизменным и примерно равен начальному потоку F, приложенному к обеим обмоткам трансформатора.
Переменные потоки магнитной дисперсии первичной и вторичной обмоток Фδ1 и 2 связаны с одной из обмоток и наводят в них соответствующие ЭДС дисперсии Еδ1 и 2.
Как избежать КЗ?
Понятно, что полностью избежать этого неприятного явления невозможно – тут велик элемент случайности. Однако, в наших силах существенно снизить риск возникновения КЗ. И тут колоссальное значение приобретает регулярный осмотр и техническое обслуживание электросетей.
Примеры превентивных мер:
- чистка токоведущих частей, контактов и изоляторов от пыли и грязи,
- проверка защиты от влажности,
- проверка целостности укладки и монтажа,
- ограждение и дополнительная защита опасных участков,
- вывешивание и наклеивание предупреждающих табличек и надписей,
- проверка и протяжка контактов,
- обрезка деревьев и устранение других опасных факторов.
Как думаете, какие нужны превентивные меры защиты от КЗ на фото ниже?
Водосточная труба, электрощиты и гофра, уходящая под плитку. Инсталляция в старой части Батуми
В серьезных организациях регулярно проводят проверку кабелей и контактов тепловизором, а также измерение сопротивления изоляции и испытания изоляции высоковольтным напряжением.
Коэффициент полезного действия трансформатора
Одной из основных характеристик любого преобразовательного устройства и трансформатора, в частности, является коэффициент полезного действия или сокращенно КПД.
Коэффициентом полезного действия трансформатора (КПД) η называется отношение активной мощности отдаваемой трансформатором Р2 к активной мощности подаваемой на трансформатор Р1
КПД трансформатора можно определить несколькими способами: прямым измерением мощностей и косвенным.
Прямой метод вычисления КПД заключается в измерении отдаваемой Р2 и поступаемой Р1 мощностей при полной нагрузке трансформатора и взятии их отношения. Однако такой метод не нашёл применения из-за неэкономичности, так как необходимо использовать большое количество энергии при испытаниях трансформаторов.
На практике чаще используют косвенный метод, заключающийся в определении потерь в сердечнике РС из опыта холостого хода, а потерь в обмотке (потерь в меди) РМ из опыта короткого замыкания. Тогда подводимая к трансформатору мощность составит
Соответственно КПД определяют по следующему выражению
Так как отдаваемая мощность Р2 трансформатора имеет как активную так и реактивную составляющую, соотношение между которыми определяется коэффициентом мощности cos φ, то КПД трансформатора составит
где U2 – номинальное напряжение вторичной обмотки, определяемое из опыта холостого хода,
I2 – номинальный ток вторичной обмотки, определяемое из опыта короткого замыкания,
РС – потери мощности в сердечнике трансформатора,
РМ – потери мощности в обмотках трансформатора.
Стоит отметить, что потери мощности в опыте холостого хода и опыте короткого замыкания желательно измерять у предварительно прогретого трансформатора или пересчитывать токи и напряжения с учётом нормальной температуры работы Т = 75 °С.
Со следующей статьи я буду рассказывать, как рассчитывать различные типы трансформаторов, которые чаще всего используют.
Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБЫВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ
Включение трансформаторов на параллельную работу
Параллельная работа трансформаторов, т. е. включение их на одни сборные шины ВН и НН, а также СН, возможна: а) при равенстве их первичных и их вторичных напряжений; б) при равенстве напряжений короткого замыкания; в) тождественности групп соединения обмоток. На этих же условиях возможна параллельная работа и автотрансформаторов, а также трансформаторов с автотрансформаторами.
У трансформаторов, имеющих разные номинальные напряжения или разные коэффициенты трансформации, напряжения на зажимах вторичных обмоток неодинаковы. При включении таких трансформаторов на параллельную работу в замкнутых контурах первичных и вторичных обмоток возникнут уравнительные токи, обусловленные разностью вторичных напряжений.
Уравнительный ток равен:
где DU=U1-U2
— разность вторичных напряжений трансформаторов;ZK1 и ZK2 — сопротивления первого и второго трансформаторов, определяемые по формуле
где uк%
— напряжение КЗ трансформатора.
Пример.
Два трансформатора с разными значениями вторичных напряжений включаются на параллельную работу. Трансформаторы имеют следующие параметры:S1=S2=10000 кВ·А ;U1=6600 В ;U2=6300 В ;uk1=uк2=8% ; группы соединения обмоток U/D-11. Определить уравнительный ток после включения на параллельную работу.
Решение
. Номинальные токи трансформаторов
Сопротивления трансформаторов
Разность вторичных напряжений
Уравнительный ток
Из примера видно, что при неравенстве вторичных напряжений трансформаторы будут загружаться уравнительным током даже в режиме холостого хода. При работе под нагрузкой уравнительный ток налoжится на ток нагрузки. Уравнительный ток, загружая обмотки трансформаторов, увеличивает потери энергии в них и снижает суммарную мощность подстанции. Поэтому разность вторичных напряжений при включении трансформаторов на параллельную работу должна быть минимальной. Отклонения по коэффициенту трансформации допускаются в пределах ±0,5% номинального значения. Напряжение короткого замыкания ик
является постоянной для каждого трансформатора величиной, зависящей исключительно от его конструкции. При работе трансформатора под нагрузкой необходимо равенство ихик . Это объясняется тем, что нагрузка между трансформаторами распределяется прямо пропорционально их мощностям и обратно пропорционально напряжениям короткого замыкания. В общем случае неравенствоик приводит к недогрузке одного трансформатора и перегрузке другого. Если два трансформатора номинальной мощностиS1 иS2 имеют различные напряжения короткого замыканияuк1 иuк2 соответственно, то распределение общей нагрузкиS между ними определяется по формуле
где S’
иS» — реальные нагрузки первого и второго трансформаторов; u’к — некоторое эквивалентное напряжение короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов.
Пример
. На параллельную работу включаются два трансформатора мощностьюS1=S2=10000 кВ·А , имеющих напряжения короткого замыканияuк1 =8%,uк2 =6,5%. Суммарная мощность нагрузки потребителейS =20000 кВ·А. Определить, как распределится нагрузка между трансформаторами.
Решение.
Эквивалентное напряжение короткого замыкания
Нагрузки трансформаторов
Таким образом, при включении на параллельную работу трансформаторов с различными напряжениями короткого замыкания трансформатор с меньшим Uk
примет на себя бόльшую нагрузку. Некоторое перераспределение (выравнивание) нагрузки в данном случае можно получить путем изменения коэффициента трансформации, т. е. повышением вторичного напряжения недогруженного трансформатора. Но пользоваться этим способом в эксплуатации не следует, так как при этом возрастают потери от уравнительного тока.
Наилучшее использование установленной мощности трансформаторов возможно только при равенстве напряжений короткого замыкания. Однако в эксплуатации допускается включение на параллельную работу трансформаторов с отклонениями ик
на основном ответвлении не более чем на ± 10%. Такое допущение связано с технологией изготовления трансформаторов, т. е. с отступлениями в размерах обмоток, влияющих наик .
Рис. 1. 8. Разность напряжений ДU при сдвиге векторов вторичных напряжений U1 и U2 по фазе на угол d
Не рекомендуется включение на параллельную работу трансформаторов с отношением номинальных мощностей более 1:3. Это вызвано тем, что даже при небольших перегрузках трансформаторы меньшей мощности будут больше загружаться в процентном отношении и, особенно в том случае, если они имеют меньшие ик
. Поэтому при отношении мощностей трансформаторов более 1: 3 целесообразно при возрастании нагрузок совсем отключить трансформатор меньшей мощности, чтобы не подвергать его недопустимой перегрузке.
Технические особенности
Параллельная работа нескольких трансформаторов имеет ряд следующих технических и экономических преимуществ по сравнению с работой одного мощного трансформатора:
- надежность снабжения потребителей электроэнергией, так как выход из строя одного из трансформаторов не лишает потребителей энергии. Нагрузка выбывшего трансформатора может быть временно принята полностью или частично оставшимися трансформаторами;
- резервная мощность трансформаторов при их параллельном включении будет значительно меньшей, чем при питании потребителей от одного мощного трансформатора;
- в периоды снижения нагрузок (в течение суток или весеннего и летнего сезона) в энергетических системах — на повышающих, понижающих или на районных трансформаторных подстанциях — часть трансформаторов может быть отключена, что обеспечит более экономичный режим работы подстанции за счет уменьшения потерь холостого хода трансформаторов и их загрузки на максимальный к. п. д.;
- постепенное развитие подстанций. При подключении новых потребителей электрической энергии увеличение трансформаторной мощности может быть выполнено дополнительным включением одного или нескольких трансформаторов на параллельную работу.
Это особенно необходимо на районных понижающих подстанциях, снабжающих энергией большие промышленные районы.
Схема параллельного подключения трансформаторов.
Невыполнение условий
Если не соблюдается хотя бы одно из условий, следует ожидать сбоев в работе оборудования. Нужно знать, в каком случае эксплуатация коммутированной установки будет небезопасной.
При использовании разных типов соединения появляется сдвиг фаз. При этом по контурам будет бежать ток, превышающий установленные производителем параметры. Максимальное увеличение значения появляется при возникновении короткого замыкания. Сдвиг фазы при этом составляет 180º для трансформаторов с группами обмоток 12 и 6.
Следующая небезопасная ситуация возможна при неравенстве коэффициентов трансформации. Во вторичной обмотке появится результирующее напряжение. Электричество будет протекать по цепи на холостом ходу.
При несовпадении показателей короткого замыкания будут неравны внутренние сопротивления. На холостом ходу электричество не появится, но нагрузка распределится в обратной зависимости от их сопротивления. Маломощный агрегат в такой ситуации будет перегружен.
Онлайн журнал электрика
При параллельной работе трансформаторов первичные их обмотки присоединяют к общей питающей сети, а вторичные к общей сети, созданной для электроснабжения приемников электронной энергии.
Условия параллельной работы трансформаторов
Для наилучшего использования трансформаторов при параллельной работе нужно нагрузки распределять меж ними прямо пропорционально их номинальным мощностям. Это достигается тождественностью групп соединения обмоток, равенством в границах допусков соответственно номинальных первичных и вторичных напряжений, также равенством в границах допусков напряжений недлинного замыкания.
Нарушение первого условия вызывает возникновение огромных уравнительных токов меж обмотками трансформаторов, которые приводят к резвому чрезмерному их нагреву. Требование равенства соответственно номинальных первичных и вторичных напряжений сводится к установлению равенства коэффициентов трансформации, которые не должны отличаться друг от друга более чем на ±0,5 % их среднего значения во избежание недопустимых уравнительных токов обмоток трансформаторов.
Схема включения трехфазных трансформаторов для параллельной работы
Различие меж напряжениями недлинного замыкания трансформаторов при параллельной работе допускают до ±10 % их среднего значения, потому что неравенство этих величин вызывает перегрузку тех трансформаторов, у каких напряжение недлинного замыкания имеет наименьшее значение. Кроме этого, рекомендуется, чтоб отношение номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов не превышало 3 : 1.
При параллельном включении трехфазных трансформаторов необходимо, чтоб их одноименные зажимы были присоединены к одному и тому же проводу сети, а перед начальным включением проведена фазировка, т. е. проверка соответствия по фазе вторичных э. д. с. при подключении первичных обмоток к общей сети.
Фазировка трехфазных трансформаторов при включении их на параллельную работу
Фазировка предугадывает проверку симметрии вторичных э. д. с. каждого трансформатора в отдельности и измерение напряжений меж зажимами b и В2, c и С2, которые при закороченных зажимах а и А2 и правильном присоединении трансформатора должны быть равны нулю. Если напряжения меж нареченными зажимами отличны от нуля, это показывает на допущенную ошибку монтажа, исключающую, до ее устранения, возможность включения трансформаторов на параллельную работу. Для измерения напряжений при фазировке следует использовать электрический вольтметр на двойное линейное вторичное напряжение трансформаторов.
Схема фазировки трехфазных трансформаторов, включаемых на параллельную работу
Рассредотачивание нагрузок меж трансформаторами, включенными на параллельную работу
Рассредотачивание нагрузок S1 и S2 меж параллельно работающими трансформаторами подчинено уравнению
S1 / S2 = (S1ном / S2ном) х (Uк2* / Uк1*),
где S1ном, S2ном — номинальные мощности, Uк1*, Uк2* — напряжение недлинного замыкания трансформаторов, включаемых на параллельную работу.
Параллельная работа трансформаторов разной мощности
Некое перераспределение нагрузки меж параллельно работающими трансформаторами с разными напряжениями недлинного замыкания производят конфигурацией их коэффициентов трансформации методом переключения ответвлений первичных обмоток. Переключение нужно делать так, чтоб у недогруженных трансформаторов вторичное напряжение при холостом ходе было выше, чем у трансформаторов, работающих с перегрузкой. В виде исключения допустима параллельная работа трансформаторов с различными коэффициентами трансформации и неодинаковыми напряжениями недлинного замыкания при обязательном условии, чтоб ни один из трансформаторов не был перегружен сверх установленных норм.
Проверка работы
С целью проверки устройства его включают в режиме ХХ и выполняют следующие измерения:
- вольтметром замеряют напряжение, подаваемое на первичную катушку (U1);
- другим вольтметром — напряжение U2 на выводах вторичной обмотки. Применяют прибор с сопротивлением, довольно высоким для того, чтобы ток во вторичной обмотке оставался равным нулю;
- в цепь первичной навивки включают амперметр для определения силы тока холостого хода
- сюда же включают ваттметр, измеряющий потребляемую мощность.
Сняв показания с приборов, производят вычисления:
- определяют коэффициент трансформации: К = U1 / U2;
- по специальным формулам рассчитывают потери ХХ.
Используя данные опыта ХХ в сочетании с данными опыта короткозамкнутого режима, определяют КПД устройства.
Параллельная работа трансформаторов
Под параллельной работой двухобмоточных трансформаторов понимается работа трансформаторов (двух, трех или более) при параллельном соединении как первичных, так и вторичных обмоток. Параллельная работа нескольких трансформаторов имеет ряд следующих технических и экономических преимуществ по сравнению с работой одного мощного трансформатора: а) надежность снабжения потребителей электроэнергией, так как выход из строя одного из трансформаторов не лишает потребителей энергии.
Нагрузка выбывшего трансформатора может быть временно принята полностью или частично оставшимися трансформаторами; б) резервная мощность трансформаторов при их параллельном включении будет значительно меньшей, чем при питании потребителей от одного мощного трансформатора; в) в периоды снижения нагрузок (в течение суток или весеннего и летнего сезона) в энергетических системах — на повышающих, понижающих или на районных трансформаторных подстанциях,— часть трансформаторов может быть отключена, что обеспечит более экономичный режим работы подстанции за счет уменьшения потерь холостого хода трансформаторов и их загрузки на максимальный к. п. д.; г) Постепенное развитие подстанций. При подключении новых потребителей электрической энергии увеличение трансформаторной мощности может быть выполнено дополнительным включением одного или нескольких трансформаторов на параллельную работу. Это особенно необходимо на районных понижающих подстанциях, снабжающих энергией большие промышленные районы. Новое строительство, электрификация различных отраслей народного хозяйства, расширение действующих предприятий требуют из года в год увеличения мощностей электрических установок, а следовательно, и большего отпуска электроэнергии районными подстанциями. Следует строго отличать параллельную работу трансформаторов от совместной, когда они включены лишь одной стороной на общие шины. На рис. 1-1 показаны различные примеры включения трансформаторов одной стороной на общие шины. На рис. 1-1,а показана совместная работа двух повышающих трансформаторов, когда первичные обмотки их включены на общие шины 6 300 в, а вторичные работают раздельно; на рис. 1,1,б — совместная работа трех понижающих трансформаторов, включенных со стороны первичных обмоток (ВН) на общие шины 110 000 в, а вторичные обмотки работают раздельно, а на рис. 1-1,в — совместная работа двух повышающих трансформаторов, включенных вторичными обмотками на общие шипы 121 000 в, в то время как их первичные обмотки электрически не связаны. Рис. 1-1. Различные виды совместной работы трансформаторов а — совместная работа повышающих трансформаторов со стороны обмоток НН б — совместная работа повышающих трансформаторов со стороны обмоток ВН; в — совместная работа повышающих трансформаторов со стороны обмоток BН. Совместная работа трансформаторов, т. е. случаи, когда трансформаторы одной из своих обмоток (безразлично какой) работают на общие шины, нами рассматриваться не будут. Ниже будут рассмотрены различные случаи параллельной работы трансформаторов, т. е. когда первичные и вторичные обмотки трансформаторов соединены параллельно (рис. 1-2). Рис. 1-2. Параллельная работа четырех трансформаторов.
Источник: