Регулювання напруги транс. та автотранс

49. 9. Можливі схеми з'єднань обмоток трансформаторів.

50. 10. Переваги і недоліки автотрансформаторів порівняно з трансформаторами.

Автотрансформатор на відміну від трансформатора має одну обмотку, частина витків якої належить одночасно первинному і вторинному ланцюгам.Як у звичайному трансформаторі, первинний І1 і вторинний І2 струми автотрансформатора практично знаходяться в протифазі, тобто їх вектори зсунені відносно один одного на кут, близький до 1800. З цього випливає, що струм І12 в загальній частині витків дорівнює різниці вторинного і первинного струмів автотрансформатора. Габаритні розміри трансформатора або автотрансформатора визначаються їхніми електромагнітними потужностями. Відомо, що в автотрансформаторі електромагнітним шляхом передається тільки частина всієї поступаючої у вторинне коло потужності, що дозволяє зменшити переріз магнітопроводу і скоротити середню довжину витка обмотки. Це веде до зменшення витрат електротехнічної сталі і обмоточної міді на виготовлення автотрансформатора і зменшення магнітних і електричних втрат. Таким чином, автотрансформатор в порівнянні з трансформатором однакової потужності має менші розміри і вагу, більш високий ККД, меншу вартість. Экономические выгоды автотрансформатора в значительной мере ослабляются недостатками его в отношении эксплуатационном. Электрическая связь цепи низкого напряжения с цепью высшего напряжения создает опасность для обслуживающих цепь низшего напряжения и требует более высокой степени изоляции приборов в этой последней цепи. Всякого рода перенапряжения в линии высокого напряжения могут проникнуть в цепь низкого напряжения.

51. 11. Режими роботи автотрансформаторів

52. 12. Повна, трансформаторна, електрична, типова, прохідна потужності автотрансформаторів.

Прохідною потужністю називається потужність, на яку слід було б виготовити звичайний трансформатор, що зміг би замінити наявний автотрансформатор.

Прохідна потужність визначається за формулою

Потужність вторинної обмотки автотрансформатора S2 визна­чається таким чином:

З формули бачимо, що потужність складається з двох складових:

а) потужності U2 • І = Sел, яка називається електричною(тому
що вона передається з первинної обмотки у вторинну електрич­
ним шляхом);

б) потужності U2 •I3 =Sем, яка називається електромагнітною
(тому що вона передається з первинної обмотки у вторинну
електромагнітним шляхом).

Електромагнітну потужність автотрансформатора ще назива­ють типовою потужністю:

53. 13. Коефіцієнт вигідності автотрансформатора.

Відношення типової потужності до прохідної називається коефі­цієнтом вигідності автотрансформатора, який позначається літе­рою а і визначається за формулою:

Коефіцієнт вигідності автотрансформатора можна визначити і через коефіцієнт трансформації KТ= U2/U1= I2/I1:

Можна зробити висновок, що типова потужність, а звідси і витрати міді в обмотках та сталі у магнітопроводі тим менші, чим менший коефіцієнт вигідності ав­тотрансформатора. Тобто автотрансформатори використовують­ся при коефіцієнтах трансформації близьких до одиниці.

54. 14. Область застосування автотрансформаторів.

Автотрансформатори найчастіше використовують для зв’зку мереж близьких по номінальній напрузі с заземленною нейтраллю.Але роль у нього така сама як і в трансформаторів.

55. 15. Температурний режим трансформаторів.

Соответственно изменяющейся нагрузке меняется тепловое состояние трансформатора и тем самым интенсивность теплового старения изоляции трансформатора. Поэтому температурный режим трансформатора должен выдерживаться в диапазоне допустимых температур, только в таком случае можно обеспечить и выдержать нормируемый срок службы трансформатора.

56. 16. Зміна температури масла і обмоток трансформатора в перехідному режимі (при роботі з нерівномірним графіком навантаження).

У основі розрахунку навантажувальної здатності лежить теплове зношення ізоляції трансформатора. Під впливом температури і низки інших чинників фізико-хімічні властивості твердої ізоляції з часом зазнають зміни, при цьому ізоляція стає крихкою. Хоча електрична міцність її практично не знижується, вона більше не здатна витримувати механічні навантаження від вібрацій або коротких замикань. Цей незворотний процес називається старінням. Швидкість старіння ізоляції залежить від температури, а досягнутий ступінь старіння - від температури і часу її дії.

Для розрахунку навантажувальної здатності потрібно визначити температуру в найбільш нагрітих місцях обмотки, а також залежність швидкості старіння ізоляції від температури і температуру, при дії якої трансформатор працюватиме заданий, економічно виправданий термін

Розрахунок температури найбільш нагрітої точки обмотки Тоб зводиться до визначення величини, на яку температура верхніх шарів масла перевищує температуру охолоджуючого середовища θм і температура найбільш нагрітої точки обмотки - температуру масла при несталих режимах нагрівання θнб.н.н.т., а також незмінній температурі охолоджуючого середовища, еквівалентній тій, що природньо змінюється.

Встановлено, що для трансформаторів справедливе співвідношення ,де - втрати потужності в трансформаторі.

Тобто і

, звідки

, (3.1)

де і - паспортні втрати активної потужності в сталі і міді трансформатора відповідно;

;

- перевищення температури масла у верхніх шарах над температурою охолоджуючого середовища;

- відносне навантаження трансформатора.

Згідно з рекомендаціями ГОСТ 14209-97 приймається x = 0.9, = 55° С для трансформаторів з системами охолоджування М і Д; x = 1.0, = 400С для трансформаторів з системами охолоджування Ц і ДЦ.

Для перевищення температури обмотки в найбільш нагрітій точціточці над температурою масла справедливе співвідношення

Тому

(3.2)

Далі , (3.3)

де - перевищення температури найбільш нагрітої точки обмотки над температурою масла у верхніх шарах.

Згідно ГОСТ 14209-97 у| = 1.6 для трансформаторів з системами охолодження МіД;у = 1.8 для трансформаторів з системами охолодження ДЦ і Ц.

При нерівномірному графіку навантаження трансформатора його тепловий режим безперервно змінюється, причому закони зміни температури масла і температури обмотки відрізняються один від одного.

Розглянемо наявний багатоступінчастий графік навантаження трансформатора. Для перевищень температури масла у верхніх шарах можна записати (індекси М опущені)

(3.4)

............

,

де , ,... - сталі перевищення температури масла у верхніх шарах, відповідно при навантаженнях ;

- постійна часу нагріву трансформатора.

Постійні часу трансформаторів відповідно до ГОСТ 11677-85 повинні міститися в паспорті трансформатора. За відсутності таких даних в паспортах трансформаторів, випущених після|потім| 1975 р., слід приймати такі значення теплових постійних:

τ= 3 год. для трансформаторів із системами охолодження М і Д;

τ= 2 год. для трансформаторів з системами охолодження ДЦ і Д.

Для трансформаторів, випущених до 1975 р., рекомендується приймати теплові постійні часу нагрівання, наведені в табл. 3.1.

Розв'язання Розв'язання системи рівнянь (3.4) дозволяє знайти початкове перевищення температури масла і перевищення температури масла в кінці будь-якого ступеня х.

57. 17. Навантажувальна здатність трансформаторів: визначення.

58. 18. Аварійні перевантаження трансформаторів: причини, допустимі значення, нормування.

До класу аварійних режимів зарахуємо режими трансформатора, які є небезпечні для нього і можуть бути причиною пошкодження елементів конструкції трансформатора чи виходу його з ладу.

Такі режими трансформатора вимагають негайної дії експлуатаційного персоналу: зниження навантаження; відімкнення трансформатора

Критерієм допустимості перевантаження трансформаторів за струмом є зношення їх ізоляції, яке за розрахунковий період (добовий чи річний цикл) не повинно перевищувати нормального, що відповідає номінальним режимам трансформаторів, та не повинно призводити до пошкодження трансформаторів. Ще одним критерієм допустимості перевантаження трансформаторів підстанцій електричних мереж є питання надійності забезпечення транзиту потужності через трансформатор. Допустимість режиму навантаження трансформатора, який залишився в роботі за аварійного вимикання другого трансформатора підстанції, визначається не зношенням його ізоляції, а температурою найбільше нагрітої точки обмотки трансформатора, перевищення якої може призвести до раптової відмови трансформатора.

При наявності рухомого резерву в аварійних режимах допускається перевантаження масляних трансформаторів до 40% на термін не більше 6 годин за добу протягом не більше 5 діб підряд. Коефіцієнт початкового навантаження при цьому має бути не вище 0,93.
Нерівномірний розподіл потужності приймачів електричної енергії між фазами трифазних силових трансформаторів призводить до несиметричності струмів за фазами. Ступінь нерівномірності визначають за формулою

де Iмакс струм максимально навантаженої фази в момент найбільшого навантаження трансформатора;- Iср середнє арифметичне значення струму трьох фаз у той же час.-
Відповідно до правил ступінь нерівномірності не повинен перевищувати 20%.

59. 19. Довготривале аварійне перевантаження трансформаторів.

До множини режимів тривалих перевантажень трансформаторів зарахуємо режими, тривалість протікання яких не обмежується в часі, а струми перевантаження обмоток трансформаторів до того ж не перевищують п’ятивідсоткового значення [2]. Це найхарактерніші режими роботи трансформаторів, під час яких зношення ізоляції, температура верхнього шару оливи та найбільше нагрітої точки обмотки не перевищують нормальних значень. За необхідності режими тривалих перевантажень трансформаторів можуть бути змінені на важчі режими з погляду їх перевантаження за струмом, за умови справності трансформаторів.

60. 20. Систематичні перевантаження трансформаторів, які викликані нерівномірністю навантаження на протязі доби.

Множини систематичних і аварійних перевантажень трансформаторів складають режими з значним перевантаженням обмоток трансформаторів за струмом, підвищеним нагріванням обмоток та оливи трансформаторів. Такі режими супроводжуються зношенням ізоляції трансформаторів і їх тривалість є обмеженою.

Так, тривалість режимів перевантаження трансформаторів для множини систематичних перевантажень трансформаторів буде визначена з умови нормального добового зношення ізоляції, а для множини аварійних перевантажень трансформаторів, враховуючи умову нормального річного зношення ізоляції трансформаторів і забезпечення надійності транзиту потужності через них.

Робота трансформаторів в режимах систематичних і аварійних перевантажень пов’язана з ризиками погіршення стану трансформаторів. Ці режими трансформаторів під час експлуатації необхідно розпізнавати, контролювати та по закінченні визначеного часу їх протікання, змінювати на легші режими стосовно перевантаження трансформаторів, недопускаючи скорочення строку їх експлуатації.

До множини режимів небезпечних перевантажень трансформаторів зарахуємо режими

перевантажень трансформаторів, які супроводжуються значними струмами у їх обмотках, значним перевищенням температури найбільше нагрітої точки обмотки та оливи трансформатора. За таких режимів навантаження трансформаторів існує висока ймовірність пошкодження їх ізоляції та виходу трансформаторів з ладу [1]. Такі режими для трансформаторів є недопустимими, вони повинні розвантажуватися або вимикатися.