Двухобмоточные трансформаторы

При расчётах режимов трёхфазных электрических сетей с равномерной загрузкой фаз трансформаторы в расчётных схемах представляются схемой замещения для одной фазы.

Установим связь схемы замещения трансформатора с его реальными схемно-режимными параметрами. Обмотки трансформатора расположены на общем магнитопроводе. Поэтому схема состоит из контуров первичной и вторичной обмоток, связанных взаимной индукцией (рис. 5.4).

Наличие магнитной связи между обмотками затрудняет исследование режимов работы трансформатора и электрической сети в целом. Поэтому в расчётах удобно эту связь заменить на электрическую. В этом случае анализ режимов упрощается и сводится к расчётам относительно простой электри­ческой цепи. Эта схема, в которой магнитная связь между обмотками заме­нена электрической, называется схемой замещения трансформатора. В осно­ве такой схемы лежит представление о том, что действие потоков рассеяния эквивалентно действию индуктивных сопротивлений обмоток Х₁ и Х₂, по которым текут токи 1₁ и 1₂. В соответствии с этим можно предста­вить трансформатор в виде схемы рис. 5.4,а. Здесь каждая из обмоток трансформатора заменена катушкой, имеющей активное и индуктивное со­противление действительной обмотки, и магнитосвязанными обмотками с трансформацией

k = W₁/W₂ без потоков рассеяния и без активного сопротивления.

Если выполнить приведение вторичной обмотки к первичной с учётом трансформации k = W₁/W₂ (рис. 5.4, б)

в результате будут уравновешены ЭДС E₁ и E'₂, что позволяет объединить

обмотки CD и cd в одну, называемую намагничивающей ветвью схемы за­мещения (рис. 5.4, в).

В итоге сформирована Т-образная схема, которая является наиболее точной схемой замещения двухобмоточного трансформатора (рис. 5.4, в).

Схема имеет продольные и поперечные элементы. Продольные элемен­ты представлены активными и индуктивными сопротивлениями одной фазы первичной обмотки R₁ и X₁ и вторичной обмотки . Поперечная ветвь -ветвь намагничивания трансформатора, представлена в виде активной Q_т и индуктивной В_т проводимостей, определяющих активную I_a и реактивную слагающие намагничивающего тока 1_Х трансформатора. Активная сла­гающая тока обусловлена потерями мощности в стали трансформатора, реак­тивная определяет намагничивающий поток взаимоиндукции обмоток трансформатора.

Т-образная схема замещения неудобна для выполнения электрических расчётов сетей, поскольку даже при питании всего одной нагрузки через двухобмоточный трансформатор схема состоит из двух контуров. Поэтому при расчётах режимов электрических сетей двухобмоточные трансформато­ры с достаточной точностью замещают более простыми Г-образными схема­ми замещения (рис. 5.5) - прямой и обратной в зависимости от подключения ветви проводимостей (рис. 5.5, а, б).

В данной схеме ветвь намагничивания, в отличие от Т-образной схемы, обычно подключают с первичной стороны, т. е. с которой трансформатор по­лучает электроэнергию от источника (прямая схема): для понижающих трансформаторов - со стороны ВН, для повышающих трансформаторов - со стороны НН. Иногда для частичной компенсации погрешности, вносимой применением Г-образной схемы, а также при реверсивной работе электропе­редачи один из трансформаторов, например понижающий, включают по пря­мой схеме, а второй - по обратной (рис. 5.6).

Активное и реактивное сопротивление схемы равны сумме сопротив­лений обеих обмоток трансформаторов, приведённых к одному напряжению. Если схема приведена к высшему напряжению, сопротивление обмоток (сквозное сопротивление) трансформаторов (рис. 5.6) определяется в виде

(5.1)

где - полное сопротивление вторичной обмотки трансформатора, приве­дённое к первичному напряжению.

Если схема приведена к низшему напряжению, то

Эти суммарные сопротивления обмоток обычно называют сопротивле­ниями (активным и индуктивным) трансформатора.

Активная проводимость G_Т - обусловлена потерями активной мощности в стали трансформатора на перемагничивание (гистерезис) и вихревые токи, реактивная проводимость B_T - намагничивающей сталь мощностью. Поскольку наличие этих проводимостей связано с токами холостого хода 1_х (в основном намагничивающего тока), в приближённых расчётах в Г-образной схеме замещения проводимость (ветвь намагничивания) трансформатора за­меняют неизменной нагрузкой

равной потерям мощности холостого хода трансформатора (рис. 5.7, a ). Пер­вое слагаемое - потери активной мощности в стали трансформатора, паспортная величина; второе - намагничивающая мощность трансформатора, принимаемая равной

(5.3)

хода где I _Х - ток холостого трансформатора с номинальной мощностью S_ном

Использование схемы замещения, где ветвь намагничивания заменена мощностью потерь холостого хода, допустимо при напряжении до 220 кВ включительно.

При расчётах режимов местных (распределительных) сетей 6-35 кВ влиянием проводимостей трансформаторов пренебрегают и используют про­стейшую схему замещения, состоящую только из последовательно соединён­ных активного и индуктивного сопротивлений (рис. 5.7, б ).

В расчётах, связанных с расчётом и анализом потерь электроэнергии в распределительных сетях, потери мощности холостого хода необходимо учи­тывать, т. к. они соизмеримы с нагрузочными потерями.

В схемах замещения (рис. 5.7) включён идеальный трансформатор, не обладающий сопротивлениями, а только показывающий наличие трансфор­мации, т. е. преобразование (понижение или повышение) напряжения пере­менного тока одного класса напряжения в другой.

Количественно значение такой трансформации характеризуется отно­шением напряжений на зажимах трансформатора в режиме холостого хода:

(5.4)

Такие схемы применяют при расчёте режимов электрических сетей с учётом их фактических напряжений.

Если рассматриваются связанные трансформаторами сети, параметры которых приведены к одному классу напряжения, то идеальный трансформа­тор не учитывается.

Параметры схемы замещения двухобмоточных трансформаторов опре­деляются по каталожным данным, составленным по результатам опытов хо­лостого хода и короткого замыкания.

Активные и реактивные сопротивления одной фазы трансформатора определяют из опыта короткого замыкания. Коротким замыканием называет­ся режим работы трансформатора, при котором первичная обмотка присое­динена к сети, а выводы вторичной обмотки соединены накоротко (напряже­ние = 0). Короткое замыкание при номинальном первичном напряжении является аварийным режимом, при котором токи в обмотках превышают в 10-15 раз номинальные, и опасным для трансформатора.