Автотрансформатори

АТ - це трансформатор, у якого обмотка середньої напруги (С) являється частиною обмотки вищої напруги (В), тобто АТ –це трансформатор, дві або більше обмотки якого гальванічно (електрично) пов’язані так, що вони мають загальну частини.

Принципіальнасхема однофазного автотрансформатора:

Двохобмоточний Трьохобмоточний

Випускають однофазні і трьохфазні АТ.

Uв–вища напруга (загальна)

Uc–середня напруга

Іоб=Ів –Іс

Іпосл=Ів

Якщо цю задачу вирішували за допомогою трансформатора, то схема мала б вигляд:

У трансформаторах розрізняють:

- номінальну (прохідну) потужність. Ця потужність електричному (гальванічному) з’єднанні обмоток. Вона означає граничну потужність, яка може бути передана через трансформатор на стороні ВН.

- типова потужність автотрансформатора. Це така потужність, яка була б, якщо обмотки працювали окремо, тобто автотрансформатор отримував би із трансформатора з окремо працюючими обмотками.

.

Значення типової потужності визначає габарити, масу, затрати та інші показники

,

де К_тр – коефіцієнт трансформації;

a – коефіцієнт доцільності застосування S_тип< S_ном, автотрансформатор (a<1)

Значення Ктр змінює співвідношення між Sтип і Sном. При цьому, чим менше Ктр тим більш вигідно застосовувати автотрансформатор (з точки зору масо-габаритних показників і витрат потужності).

Напруга, при Uв=220кВ і Uc=110кB або Uв=330кВ, Uc=150кВ

Ктр ≈2, a=0,5, Sном=2Sтип

Якщо Uв=330кВ, Uс=35кВ, то

К_тр≈10, α=0,9, .

Недоліки автотрансформаторів:

1. електричний зв’язок між обмоткою вищої і середньої напруги.

2. мережі працюють з різними режимами нейтрали. Автотрансформатор застосовують в мережах 110кВ і вище.

3. автотрансформатор має менший індуктивний опір ніж автотрансформатор (значить гірше обмеження струму короткого замикання)

Порівняльні техніко-економічні показники автотрансформатора АТ 220/110/6кВ з аналогічним трьохобмоточним трансформатором дають питому економію міді (кг/кВА) ≈15 25%, економію активної сталі ≈50 60%, а вага в 1,5 рази менше, ніж трансформатора; втрати потужності (Σ втрати потужності) менше на ≈30 35%.

Автотрансформатори випускають потужністью від 63 до 250 МВА, напругою 110кВ і вище.

Умовні позначення.

Умовні буквенні позначення (маркування).

Ці позначення складаються із букв і цифр, які відображають їх конструкцію, потужність і напругу обмоток.:

А- автотрансформатор трьохфазний

О- автотрансформатор однофазний

Т- трьохфазний трансформатор

Н- з регулювання під напругу (АТ або Т)

Т- трьохобмотувальний

Р- трансформатор з розщепленою обмоткою

Д- охолодженні дуття

Ц- примусове охолодження циркуляцією масла

М- масляне охолодження

Приклад: ТДТН-10000/100/6 – трьохфазний трьохобмоточний з РПН, охолодження дуттям

Питання для самоконтролю.

1. З яких основних елементів складаються повітряні лінії електропередач?

2. Для чого призначені підстанції та на які види вони підрозділяються?

3. Назвіть основні елементи підстанцій.

4. Що таке автотрансформатор, які він має переваги та недоліки?

5. Які умовні позначення та маркування мають елементи ПС?

Висновки: В результаті вивчення матеріалу студенти повинні засвоїти визначення, умовні позначення та маркування елементів електричних мереж.

ЛЕКЦІЯ № 4. ПАРАМЕТРИ І СХЕМИ ЗАМІЩЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МЕРЕЖІ.

Актуальність: вивчення параметрів для розрахунку, аналізу і управління режимами реальної електричної мережі та створення їх розрахункових моделей мереж - еквівалентних схем заміщення.

План:

1. Загальні положення.

2. Схеми заміщення ЛЕП.

3. Параметри схем заміщення ЛЕП.

4. Схеми заміщення Т і АТ.

5. Параметри схем заміщення трансформаторів.

6. Схеми заміщення трьохобмоточних трансформаторів.

7.Схеми заміщення двохобмоточних трансформаторів з розщепленою обмоткою.

Питання для самоконтролю.

Загальні положення.

Для розрахунку, аналізу і управління режимами реальної електричної мережі створюють їх розрахункові моделі. З цією метою реальну електричну мережу заміняють еквівалентною схемою заміщення.

Схемою заміщення мережі називається її графічне зображення, яке показує послідовність з’єднання її ділянок і відображує їх властивості.

Схеми заміщення мережі складають із схем заміщення її елементів (ЛЕП, ПС, навантаження і ін.) на одну фазу трьохфазної марежі.

Схеми заміщення розрізняють:

- продольні (із струмом навантаження)

- поперечні (на повну напругу вітки). Цим віткам відповідають продольні і поперечні параметри.

Схеми заміщення ЛЕП.

Необхідність обліку тих чи інших параметрів ЛЕП в схемі заміщення від рівня напруги, конструктивному виконанню, а також вимоги до точності розрахунку.

В загальному випадку схема заміщення ЛЕП містить продольні та поперечні параметри.

Розглянемо різноманітні схеми заміщення ЛЕП:

ПЛ кВ, км, КЛ кВ.

Представленні звичайною симетричною П-образною схемою заміщення

- для ПЛ: Uн=110 220кВ (втратами потужності на потужності на корону зневажають).

- для КЛ: Uн<35кВ (зневажають діелектричними втратами )

Схема заміщення спрощується:

- для більшості розрахунків режимів в мережах з Uн=110-220кВ ЛЕП представляється більш простою схемою заміщення. В ній замість ємністної провідності ліній враховується зарядна реактивна потужність, що генерується ємністю лінії та направлена на неї.

- для ПЛ з Uн=35кВ або <35кВ не враховують поперечну гилку (місцеві мережі)

- для КЛ з Uн=10кВ або <10кВ (враховується тільки активний опір продольної гілки)

Параметри схем заміщення ЛЕП.

При розрахунку складників схем заміщення ЛЕП використовують питомі (погонні) параметри: опору і провідності.

1. Активний опір.

Омічний опір (при постійному струмі)

– переріз

Активний опір при змінному струмі в порівнянні з R:

r>R (із-за поверхневого ефекту)

при f=50Гц в елементах,які не містять сталі (сердечника) різниця між R i r не більше 1% тому r≈R

Питомий активний опір

,

де l – довжина;

r₀, Ом/км

В довіднику визначення опору дають при θ=20ºС.

Як правило, поправочний коефіцієнт при розрахунку не вводиться.

2. Індуктивний опір

Погонний індуктивний опір фаз ЛЕП залежить від взаємного розташування і потоку щеплення дротів.

В загальному випадку індуктивний опір ліній визначається:

-значення Х₀ ПВ з одиночними дротами визначається в від двох величин:

X₀=f(R_п, D_ср), де R_п – зовнішній радіус дроту,

D_ср – середнє геометричне розташування між дротами

Для одноланцюгової трьохфазної лінії:

, де

D₁₂, D₂₃, D₃₁, – відстань між сусідніми дротами

В залежності від розташування дротів на опорах значення D_ср – наступне:

а) розташування дротів у вершинах рівностороннього трикутника

б) якщо дроти розташовані горизонтально

Із ТОЕ погонний індуктивний опір ЛЕП:

,

де: – магнітна проникність матеріалу дроту,

L – індуктивність.

, ,

де: Х'₀ і Х"₀ відповідно зовнішні і внутрішні індуктивні опір лінії.

Для дротів із кольорових металів:

Х'₀>> Х"₀, Х₀≈Х'₀

У кабелях D_ср дуже маленькі, тому індуктивною складовою зневажають.

Для зменшення затрат напруги та потужності в мережах виникає задача зменшити Х_0.

Аналіз виразу (1) показує,що значення Х₀ можна знизити шляхом:

а)зменшення D_ср

б)збільшити R_n

Зменшення D_ср збільшує небезпеку пробою,збільшення R_n збільшує затрати металу. Але, збільшення R_n можливо шляхом розщеплення дроту фази на декілька паралельних (║) дротів. Розщеплення дротів виконується на ПЛ з U_н≥330кВ.

3. Активна провідність ЛЕП(g)

Ця складова обумовлена двома видами втрат активної потужності:

1. – від струму витоку (із-за недосконалого ізолятора)

2. – від втрат на корону

*розряд – приватний випадок пробою (тільки в газах)

*пробої можуть бути частковими і повними.

Поле між двома дротами неоднорідне, тобто у поверхні дротів.

Е вище (Е≠соnst)

4. Ємністна провідність ЛЕП.

– обумовлена наявністю ємності зв’язків між дротами різних фаз, а також між дротами і землею.

, [Ф]

,

, [См/км]

Наявність ємкостної провідності визиває в лінії протікання ємкісного струму і ємкісної потужності, яка називається відповідно зарядним струмом і зарядною потужністю ліній.

– зарядний струм;

– зарядна потужність.

Із цього виразу виходить, що значення Qc суттєво (в квадраті) залежить від напруги мережі.

Для ПЛ ємкісна провідність і зарядна потужність враховується при Uн≥110кВ.

В районних мережах (Uн≥110кВ) завжди враховується Qc, а якщо мережа місцева то не враховується.

В ПЛ надвисоких напруг значної протяжності ліній (сотні км.)утворюють таке значення Qc, що її треба компенсувати, бо в іншому випадку можливі високі рівні перенапруги. З цією метою для компенсації використовують шунтуючі реактори.

Для КЛ, де відстань між фазними дротами і заземлюючими оболонками мала, а також в них велика величина Е – це значить, що Свл «Скл => Вкл»Ввл.

Схеми заміщення Т і АТ

(трансформаторів і автотрансформаторів).

Одна фаза двообмотувального траннсформатора з достатнім ступенем точності представлена Г – образною схемою заміщення:

Активна провідність g_T обумовлена втратами активної потужності в магнітодроті (на вихрові потоки, які значно більше витрат на гістерезис).

Реактивна провідність Вт обумовлена взаємною індуктивністю між обмотками трансформатора.

Трансформатор з напругою до 220 кВ – схема заміщення представленна продольную гілкою, а замість поперечної гілки використовують навантаження, рівну сумарним втратам потужності хх.

.

При розрахунках місцевих мереж (Uн<110кВ) в схемах заміщення трансформатора враховують тількипродольну гілку.

Параметри схем заміщення трансформаторів.

Опір та провідність визначають за паспортними даними. Для двохобмоточних трансформаторів в каталогах вказуються:

Активний опір r_Т визначається із даних досліду к.з.:

, ,

Але так, як в паспорті не вказується Ін, то його можна визначити за іншими заданими параметрами:

, , ,

беремо U_H первинної обмотки:

, тоді

= ,

Індуктивний опір Х_Т визначається відносним падінням напруги в індуктивному опору однієї фази. (В % відносно U_ф)

, (% ); ,

підставимо значення І_н, тоді:

,

Так як напруга U_к (в %, U_н)= , в трансформаторах х_Т>>r_Т =>U_а<< U_р, тоді U_р≈ U_к, а

Активна провідність g_T визначається:

,

Реактивна провідність b визначається:

Так як b_Т>g_T, то можливо прийняти, що весь струм хх проходить через Вт, тоді намагнічується реактивна потужність первинної обмотки трансформатора (вторинна розімкнена) складає:

, %

.

Прирівнюємо праві частини цих виразів, знаходимо, що:

Схеми заміщення трьохобмоточних трансформаторів.

Схема заміщення цього трансформатора представляє собою трьохпроменеву зірку:

- поперечна гілка цих трансформаторів має теж значення, що і в двохобмоточного трансформатора.

Активний опір трансформатора при рівних потужностях обмоток - опір променів еквівалентної схеми, приведених до сторони ВН, приблизно одинакові.

Для трьохобмоточних трансформаторів в каталогах задається значення ΔР_к для випадків максимальних втрат.

Таким гіршим випадком являється протікання повного (номінального) струму по двом обмоткам при розімкненій третій. Напруга, по обмотці ВН і СН при розімкненій НН. В цьому випадку продольна гілка схеми заміщення перетворюються в послідовне з’єднання двох обмоток, і тоді при розрахунках r_T можна приймати: , тому, враховуючи вираз для r_T, отриманні для двох обмотувального трансформатора можна записати:

.

Індуктивний опір Хт - визначається за виразом, аналогічним як для двох обмотувального трансформатора, але окремо для кожної обмотки.

, ,

Але в паспортних даних для трьох обмотувальних трансформаторів значення Uк(%) вказується не для кожної із обмоток, а для кожної пари обмоток, тому вихідні значення Uк знаходяться в результаті трьох рівнянь з трьома невідомими.

Кінцеві значення вихідних (шуканих) Uк:

Uкв=0,5(Uквс+Uквн – Uксн)

Uкс=0,5(Uксн+Uквс – Uквн)

Uкн=0,5(Uксн+Uквн – Uквс)

Якщо в результаті розрахунків виявиться,що одне із значень буде від’ємним числом, то воно приймається рівним нулю. Параметри поперечної гілки визначаються як і у двохобмоточного трансформатора.

Схеми заміщення двохобмоточних трансформаторів з