Схема замещения трансформаторов и автотрансформаторов

Двухобмоточный трансформатор при расчетах установившихся режимов представляется Г-образной схемой:

Rтр – сумма активного сопротивления первичной обмотки и приведенного к ней сопротивление вторичной обмотки.

Активное сопротивление трансформатора в схеме замещения моделирует сопротивление обмоток трансформатора постоянному току и обуславливает потери активной мощности в обмотках трансформатора. Активное сопротивление может быть рассчитано по потерям активной мощности в опыте к.з., которые с достаточной точностью могут быть приняты равными потерям активной мощности при номинальной нагрузке:

где Sном.тр. – номинальная мощность трансформатора;

Uном – номинальное напряжение;

Реактивное (индуктивное) сопротивление трансформатора представляет собой сумму индуктивного сопротивления рассеяния первичной обмотки и приведенного к ней индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки. Оно обуславливает поток рассеяния трансформатора и может быть найдена из выражения падения напряжения на реактивном сопротивлении трансформатора:

Uр рассчитывают зная величину Uк (Uк.з.), которое выражено в % относительно номинального напряжения, а также зная выражение для падения напряжения на активном сопротивлении:

В силовых трансформаторах, особенно мощных, Uк >> Uа, , следовательно:

Uк находится при опыте короткого замыкания. Кроме того, значение Uк для типовых трансформаторов приведены в справочных материалах.

Активная проводимость трансформатора Gтр обуславливает потери активной мощности в стали и на перемагничивание:

где ∆Рх.х.—потери активной мощности в опыте холостого хода.

Перемагничивание – свойство стали изменять свою полярность.

Реактивная проводимость трансформатора В обусловлена намагничиванием стали и может быть определена по формуле:

Явление трансформации напряжения выражается идеальным трансформатором не имеющим сопротивление и магнитный поток рассеяния, благодаря чему напряжение на зажимах трансформатора постоянно и определяется коэффициентом трансформации:

При определении сопротивлений обмоток трансформатора рекомендуется в качестве расчетного номинального напряжения принимать напряжение той обмотки, которая подключена к рассчитываемому участку цепи. В этом случае при необходимости можна непосредственно складывать сопротивление линии и трансформатора.

Обозначение трансформатора

Двухобмоточный трансформатор Трансформатор с расщепленной обмоткой НН

Каждая из вторичных обмоток имеет номинальную мощность 50% от всей номинальной мощности трансформатора. Поскольку ветви расщепленной обмотки НН трехфазного трансформатора размещают одна на другой на одном стержне магнитопровода каждой фазы, то индуктивные сопротивления ветвей одинаковы по отношению к первичной обмотке и равны между собой. Трансформаторы с расщепленными обмотками НН могут работать как с раздельными, так и с параллельными ветвями обмотки НН. Если ветви обмотки НН соединены параллельно, то трансформатор работает как обычный трансформатор. Но обычно ветви расщепленной обмотки работают раздельно. В таком случае схема имеет вид:

Для упрощения активное сопротивление не учитывается, поскольку Хтр >> Rтр:

Расщепление обмоток выполняется в двухобмоточных трансформаторах номинальной мощностью 25 МВА и выше. Расщепление обмотки позволяет снизить токи короткого замыкания почти в два раза, так как сопротивление каждой ветви расщепленной обмотки в два раза больше сопротивления нерасщепленной:

Трехобмоточный трансформатор имеет обмотки трех номинальных напряжений: высшего, среднего и низшего. Особенностью данных трансформаторов является то, что суммарная мощность обмоток среднего и низшего напряжений всегда больше, чем мощность обмотки высшего напряжения. Схема замещения трехобмоточных трансформаторов представляется виде трехлучевой звезды:

Х1, Х2, Х3 и R1, R2, R3 – индуктивные и активные сопротивления, приведенные к первичной обмотке трансформатора. При равенстве мощностей R1=R2=R3=0,5Rобщ.

Активное сопротивление трехобмоточных трансформаторов гораздо меньше, чем реактивное и им можно пренебречь. Точно также, как и для ЛЭП реактивное сопротивление трансформатора зависит от взаимного расположения обмоток трансформатора.

В понижающих трансформаторах обмотка НН располагается на магнитопроводе, обмотка ВН – снаружи, СН – между ними. В повышающих трансформаторах на магнитопроводе находится обмотка СН, ВН – снаружи, НН – между ними. При любом исполнении обмотки располагаются концентрически.

Короткое замыкание между каждой парой обмоток представляет собой сумму падений напряжений на соответствующих обмотках. Напряжение к.з. находится как:

Трехобмоточный автотрансформатор

Отличительной чертой автотрансформаторов является наличие электрической связи между обмотками ВН и СН. Автотрансформаторы применяются в сетях напряжением 150 кВ и выше. Мощность обмотки ВН равна мощности обмотки СН. Мощность обмотки НН меньше, чем мощность обмотки ВН. Номинальная мощность автотрансформатора:

Кроме того, автотрансформатор характеризуется типовой мощность, на которую рассчитывается последовательная обмотка (обмотка ВН вместе с СН) при ненагруженной обмотке НН:

где α -- коэффициент выгодности, который выражает преимущество установки автотрансформатора перед установкой трехобмоточного:

Схема замещения трехобмоточного автотрансформатора представляется трехлучевой звездой.

Активные сопротивления и проводимости обмоток трансформатора обычно не учитываются, но при необходимости их можно рассчитать по формулам аналогичным для двухобмоточных трансформаторов.

Общее активное сопротивление автотрансформатора рассчитывается как:

где Uном – номинальное напряжение обмотки ВН.

Если активное сопротивление автотрансформатора не учитывается, то в этом случае и реактивные сопротивления и проводимости рассчитываются по формулам аналогичным для трехобмоточных трансформаторов. Однако, следует учитывать, что напряжение к.з., приводимое в каталоге, относится к номинальной мощности Uк12. Для того, чтобы все напряжения были приведены к одной номинальной мощности, их не обходимо найти по следующим формулам: