Что такое расщепленная обмотка трансформатора

Расщепленная обмотка трансформатора

Расщепленная обмотка трансформатора – одна из разновидностей концентрической обмотки, где обмотки низкого напряжения или высокого напряжения разделяют на две гальванически не связанные части с одинаковым числом витков. Сама обмотка может навиваться из алюминиевых или медных проводов. В случае использования алюминия, следует применять провода с поперечным сечением на 70% больше, чем для аналогичных изделий из меди. Это вызвано более низким удельным электрическим сопротивлением алюминия. По этой причине масса и геометрические размеры трансформаторов с обмотками из алюминиевых проводов несколько выше. Для изготовления трансформаторов на небольшую мощность и ток, обмотку выполняют из круглого изолированного провода. У трансформаторов на большие токи и мощность обмотка выполняется из провода прямоугольного сечения. В некоторых случаях, обмотка трансформатора может состоять из нескольких параллельных проводов. Использование расщепленной обмотки для силовых трансформаторов ТМ, ТМН, ТМГ позволяет значительно снизить токи холостого хода и напряжение короткого замыкания в аварийных режимах.

Новости

• 18.11.2021 — CITIUS, ALTIUS, FORTIUS: Эволюция силового масляного трансформатора
• 02.04.2021 — Лицензии на конструирование и изготовление оборудования для атомной энергетики. Истинные ценности и преимущества для компании ООО «Трансформер».
• 01.03.2021 — Стратегия цифровой трансформации электросетей и технологии цифровых двойников силовых трансформаторов

© 2024 Все права защищены.
Политика конфиденциальности
Информация, размещенная на сайте не является офертой.

Назначение трансформаторов

Каждая фаза трансформатора состоит из двух или трех изолированных друг от друга обмоток. Обмотки имеют разное (заданное) число витков. Они расположены на одном стержне магнитопровода, который изготовляют из ферромагнитного материала (сталь, никель, кобальт), обладающего большой магнитной проницаемостью.
Когда по одной из обмоток проходит электрический ток, в ней возникает магнитное поле. Магнитная индукция этого поля пронизывает проводники другой обмотки, не обтекаемой первичным током, и наводит в ней напряжение, величина которого пропорциональна числу ее витков, участвующих в этом процессе.
По уравнению трансформатора напряжение во второй обмотке определяют по формуле
U = 4,44 fw Ф,
где 1 — частота переменного тока (для 50 Гц синусоидального тока); w — число витков обмотки; Ф — магнитный поток.

Классификация трансформаторов.

Силовые трансформаторы (далее просто трансформаторы), установленные на электростанциях или подстанциях, служат для преобразования электроэнергии одного напряжения в другое, связи между отдельными элементами (участками) электрической сети, регулирования напряжения и перетоков мощности. Они представляют собой статическое электромагнитное устройство, имеющее две и более индуктивно связанных обмотки. По назначению трансформаторы делятся на повышающие и понижающие, по числу обмоток — на двухобмоточные, трехобмоточные и с расщепленными обмотками. Двухобмоточные трансформаторы имеют обмотки высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН); трехобмоточные — обмотки высшего напряжения, среднего напряжения (СН) и низшего напряжения. По числу фазных обмоток, размещенных на одном магнитопроводе, различают однофазные и трехфазные трансформаторы. Из трех однофазных трансформаторов составляется одна трехфазная группа.

Рис. 1. Схемы соединения обмоток двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН (о), трехфазного трехобмоточного автотрансформатора (б)

Трансформаторы с расщепленными обмотками (рис. 1, а) применяют в основном для снижения токов короткого замыкания в данной точке сети. Под трансформаторами с расщепленной обмоткой понимают такой трансформатор, одна из обмоток которого имеет две части и более, электрически несоединенные и имеющие раздельные выводы. Это позволяет использовать каждую часть независимо от других.
При необходимости отдельные части обмотки, если их номинальное напряжение одинаково, могут быть соединены электрически и включены на параллельную работу. Возможна также работа каждой части расщепленной обмотки при отключенной другой. Суммарная мощность всех частей расщепленной обмотки равна номинальной мощности трансформатора.
Трансформаторы с расщепленными обмотками (ГОСТ 17544—85) изготовляют на 500. 750 кВ как однофазными, так и трехфазными. В отличие от обычного двухобмоточного трансформатора у трансформатора с расщепленной на две части обмоткой (НИ, и НН2) обмотка ВН имеет две параллельные ветви. У однофазного трансформатора ветви обмотки ВН и обмотки НН размещаются на разных стержнях магнитопровода. В трехфазном трансформаторе ветви расщепленной обмотки НН каждой фазы располагаются не на разных стержнях, а на одном стержне, сдвинутыми в осевом направлении. От взаимного расположения витков обмоток зависят эксплуатационные свойства и параметры схемы замещения трансформатора.
Однофазные трансформаторы с расщепленными обмотками применяют в соответствии с ГОСТ 17544—85 только для напряжений 500. 700 кВ. Они не рассчитаны на серийное производство. Однако в будущем роль этих трансформаторов для сети напряжением до 35 кВ будет возрастать, так как растут токи короткого замыкания в сети напряжением 0,4. 35 кВ и их необходимо снижать.
Автотрансформатор отличается от обычного трансформатора тем, что две его обмотки электрически соединены, что обусловливает передачу мощности не только электромагнитным, но и электрическим путем.
Автотрансформаторы широко применяют в сетях напряжением 150 кВ и выше благодаря их меньшей стоимости и меньшим суммарным потерям активной мощности в обмотках по сравнению с трансформаторами той же мощности. Потери мощности в стали автотрансформаторов также ниже по сравнению с трансформаторами.
Обычно у многообмоточного автотрансформатора электрически связаны обмотки ВН и СН, а обмотка НН (третичная обмотка) имеет электромагнитную связь (рис. 1, б). Три фазы обмотки высшего и среднего напряжения автотрансформатора соединяют в звезду и общую нейтраль их заземляют, а обмотка низшего напряжения всегда соединяется в треугольник. Обмотка высшего напряжения каждой фазы автотрансформатора состоит из двух частей: общей обмотки, или обмотки среднего напряжения, и последовательной обмотки. Благодаря наличию электрической связи между обмотками в автотрансформаторе иное токораспределение, чем в трансформаторе.
Мощность S„ = SD= Sном 2 = Sтип называется типовой мощностью автотрансформатора. Она представляет собой часть номинальной мощности и передается электромагнитным путем. Так как мощность в а* раз меньше номинальной, расход активных материалов, размеры, масса и стоимость автотрансформатора будут меньше, чем у обычного трансформатора такой же номинальной мощности.

*а — коэффициент выгодности автотрансформатора.

Величина коэффициента выгодности зависит от соотношения высшего и среднего напряжений UB/UC и колеблется от 0,855 (UB = = 750 кВ, Uc = 110кВ) до 0,267 (UB = 150 кВ, Uc = 110 кВ). Если величины высшего и среднего напряжений отличаются незначительно, то применение автотрансформатора вместо обычного трансформатора становится экономически более выгодным.
Пример. Необходимо передать мощность 50 кВ • А из сети 230 В в сеть 380 В, применив для этого автотрансформатор.
Определим коэффициент выгодности ост: ат = 1 — V/K, где К= СУ£/, или 1 — 230/380 = 1 — 0,6 = 0,4.
Значит, вместо обычного трансформатора мощностью 50 кВ — А можно применить автотрансформатор мощностью 50×0,4 = = 20 кВА.
Обмотка НН понижающего автотрансформатора используется для питания нагрузки, а также для присоединения компенсирующих устройств (синхронного компенсатора, батареи конденсаторов). Ее мощность выбирается равной типовой мощности = Sтип = _ с
~ Sном.
На электростанциях, когда нет необходимости использовать коэффициенты выгодности автотрансформаторов, для передачи мощности генераторов применяют повышающие трансформаторы без РПН, так как первичное напряжение (напряжение генераторов) стабильное.
В сетях энергосистем автотрансформаторы применяют чаще всего как элементы связи в системообразующих точках разного напряжения ВН и СН.
Различие между понижающим и повышающим автотрансформатором состоит в том, что в общей обмотке первого проходит разность токов /с — /в, а в общей обмотке второго — их сумма /с + 1В. Кроме того, благодаря конструкционному расположению обмоток повышающие автотрансформаторы обладают сравнительно небольшим реактивным сопротивлением (10. 13 %) в режиме работы НН—ВН, что очень важно с точки зрения уменьшения суммарной реактивности электропередачи. Понижающие автотрансформаторы, наоборот, имеют большое реактивное сопротивление (24. 36 %) между обмотками ВН— НН, что благоприятно сказывается на ограничении величин тока КЗ на стороне НН. В то же время большое значение реактивного сопротивления затрудняет регулирование напряжения и увеличивает потребление реактивной мощности.
Недостатком электрической связи обмоток ВН и СН автотрансформатора является возможность непосредственной передачи перенапряжений из одной сети в другую. Для защиты изоляции автотрансформатора от повреждений на выводах высшего и среднего напряжений устанавливают вентильные разрядники, присоединяемые непосредственно (без разъединителей) к вводам автотрансформатора.
Для уменьшения токов однофазных КЗ в нейтрали автотрансформаторов включают токоограничивающие реакторы типа РОН-35, которые включают без разъединителей к ошиновке нейтрали.
Заземление нейтралей всех работающих в энергосистеме автотрансформаторов приводит к увеличению токов однофазного КЗ.
Технические данные трансформаторов указаны на специальных щитках, которые крепятся к баку трансформатора. В них пере- числены все необходимые сведения о трансформаторе, в том числе: тип трансформатора (автотрансформатора); обозначение схемы и группы соединения обмоток; номинальная частота; вид переключения ответвлений; номинальная мощность, кВ-А; номинальное напряжение трансформатора и напряжение ответвлений, кВ; номинальные токи, А; напряжение короткого замыкания, %; полная масса трансформатора, кг или т; масса масла, кг или т; масса активной части, кг или т; транспортная масса (если она равна или больше 90 т); масса съемной части бака в транспортном состоянии, кг или т.
В зависимости от мощности трансформаторы изготовляют сухими (С), сухими защищенными (СЗ) или сухими герметичными (СГ) или масляными (М).
Условное обозначение трансформаторов (масляных) обычно состоит из буквенной и цифровой частей. Буквы означают: А — автотрансформаторная схема соединения обмоток; Т и О — число фаз (трехфазный, однофазный); Р — наличие расщепленной обмотки (из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей, которые допускают независимую друг от друга нагрузку или питание) на стороне НН; М, Д, ДЦ, Ц, МЦ и MB — система охлаждения; Т — наличие третьей обмотки; Н — наличие регулирования под нагрузкой; С и 3 — трансформатор собственных нужд, без расширителя. Номинальная мощность трансформатора указывается в кВ * А (числитель в цифровой части обозначения).
Например, условное обозначение трансформатора ТРДНС- 32000310-92У1 означает, что это трехфазный двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой НН, с системой охлаждения «Д», с РПН, исполнения для собственных нужд электростанций, номинальной мощностью 32 000 кВ — А, класса напряжения 10 кВ, конструкции 1992 г., для районов с умеренным климатом для наружной установки.
Для перевозки трансформаторов в ремонт и выбора соответствующих транспортных средств необходимо знать их предельные внешние габаритные размеры. При изготовлении и ремонте трансформаторов со сменой отдельных элементов (обмоток, магнито- провода и др.) размеры последних выбирают в зависимости от установленных для этих трансформаторов габаритных размеров. Для трансформаторов и автотрансформаторов отечественного производства введены восемь габаритных размеров (табл. 1).
На подстанциях дальних электропередач применяют шунтирующие реакторы. По своей конструкции они близки к трансформаторам и автотрансформаторам. Однако шунтирующие реакторы — это индуктивности, предназначенные для компенсации емкостного сопротивления линий большой протяженности. Их включают непосредственно по концам линий сверхвысоких напряжений, подключают также к шинам среднего напряжения и третичным обмоткам автотрансформаторов на подстанциях дальних электропередач.

Габаритные размеры силовых трансформаторов

Диапазон мощностей, кВ-А

Расщепленная обмотка

Обмотка, состоящая из двух или более гальванически не связанных частей, суммарная номинальная мощность которых, как правило, равна номинальной мощности трансформатора, напряжения короткого замыкания которых относительно других обмоток (обмотки) практически равны между собой, и которые допускают независимую друг от друга нагрузку или питание (по ГОСТ 16110-82 СТ СЭВ 1103-78)

• Расчетный резерв мощности энергосистемы (Расчетный резерв мощности)
• Реактивное сопротивление ндп. Реактанц

Смотреть что такое «Расщепленная обмотка» в других словарях:

• расщепленная обмотка — Обмотка, состоящая из двух или более гальванически не связанных частей, суммарная номинальная мощность которых, как правило, равна номинальной мощности трансформатора, напряжения короткого замыкания которых относительно других обмоток (обмотки)… … Справочник технического переводчика
• Расщепленная обмотка — 4.10. Расщепленная обмотка Обмотка, состоящая из двух или более гальванически не связанных частей, суммарная номинальная мощность которых, как правило, равна номинальной мощности трансформатора, напряжения короткого замыкания которых относительно … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• ГОСТ 16110-82: Трансформаторы силовые. Термины и определения — Терминология ГОСТ 16110 82: Трансформаторы силовые. Термины и определения оригинал документа: 8.2. Аварийный режим трансформатора Режим работы, при котором напряжение или ток обмотки, или части обмотки таковы, что при достаточной… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• Силовой трансформатор — ESE на 110кВ Силовой трансформатор стационарный прибор с двумя или более обмотками, который посредством электромагнитной индукции преобразует систему переменного напряжения и тока в другую систему … Википедия
• ГОСТ 15845-80: Изделия кабельные. Термины и определения — Терминология ГОСТ 15845 80: Изделия кабельные. Термины и определения оригинал документа: 68. Асбестовая изоляция Изоляция из асбестовых нитей Определения термина из разных документов: Асбестовая изоляция 83. Баллонная изоляция Воздушно… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• ГОСТ 15845-80. ИЗДЕЛИЯ КАБЕЛЬНЫЕ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ (СТ СЭВ 585-77) — Бронекабель Броня Броня, кабельная Группа Группа, вспомогательная Группа, направляющая … Словарь ГОСТированной лексики
• ГОСТ 15845-80. ИЗДЕЛИЯ КАБЕЛЬНЫЕ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ (СТ СЭВ 585-77) — Бронекабель Броня Броня, кабельная Группа Группа, вспомогательная Группа, направляющая … Словарь ГОСТированной лексики
• ГОСТ 24291-90: Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения — Терминология ГОСТ 24291 90: Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения оригинал документа: 4 (электрическая) подстанция; ПС Электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

3.5. Трансформаторы с расщепленными обмотками

На электростанциях и крупных подстанциях районных электрических сетей и систем электроснабжения промышленных предприятий устанавливают транс­форматоры или трехфазные группы с расщепленными на две (или более) обмотки низшего напряжения, что позволяет присоединять к одному трансформатору два и более генераторов или независимых нагрузок одного или разных классов на­пряжений. Условные обозначения таких трансформаторов приведены на рис. 3.1, е, ж. Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН являются разновидностью двухобмоточного трансформатора. В таком трансформаторе обмотка НН выпол­нена из двух или более обмоток, расположенных симметрично по отношению к обмотке ВН (рис. 3.16). Номинальные напряжения ветвей одинаковы, а мощности их составляют часть номинальной мощности трансформатора и в сумме равны мощности обмотки ВН. В этом состоит отличие трансформаторов с расщеплен­ными обмотками от трехобмоточных трансформаторов, у которых суммарная мощность обмоток СН и НН всегда больше мощности обмоток ВН.

На рис. 3.17, а представлена схема соединений обмоток для одной фазы трехфазного двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН на две ветви. Схема его замещения имеет вид трехлучевой звезды (рис 3.17, б), где R_НН1, R_НН2, Х_нн1|, X _нн2 — активные и индуктивные сопротивления расщепленных обмоток НН, приведенные к напряжению обмотки ВН.

Рис. 3.16. Устройство трехобмоточного трансформатора (а) и двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой НН (б)

С достаточной для практических расчетов точностью такой трансформатор можно рассматривать как два независимых трансформатора, питающихся от общей сети ВН. Мощность каждой обмотки НН равна половине мощности обмотки ВН, т. е. половине номинальной мощности трансформатора. Соответственно представлены соотношения для сопротивления

(3.45)

Рис. 3.17. Двухобмоточный трансформатор с расщепленными обмотками НН: а — соединение обмоток трансформатора; б — схема замещения

При параллельном соединении обмоток НН трансформатор с расщеплен­ными обмотками будет работать как обычный двухобмоточный. При этом сопро­тивления трансформатора между выводами обмотки ВН и общим выводом НН-1 и НН-2 будут равны сопротивлениям R_o6m и Х_о6щ) отнесенным к номинальной мощности трансформатора:

(3.46)

именуемыми общими, или сквозными, сопротивлениями трансформатора. С учетом (3.45) имеем:

(3.47)

Индуктивное сопротивление обмотки ВН принимают равным нулю, т. е. можно считать Х_о6щ целиком сосредоточенным в обмотках НН, включенных па­раллельно. Учитывая при этом, что Х_нн1| = Х_нн2, из (2.46) получим

(3.48)

Приведенные соотношения, строго говоря, действительны только для групп однофазных трансформаторов, расщепленные обмотки которых можно рассмат­ривать как обмотки отдельных трансформаторов. Коэффициент расщепления (от­ношение сопротивлений короткого замыкания между расщепленными обмотками к сопротивлению короткого замыкания между обмоткой ВН и параллельно со­единенными расщепленными обмотками) для однофазных трансформаторов ра­вен 4. В то же время в трехфазных трансформаторах степень магнитной связи ме­жду расщепленными обмотками отличается от однофазных и зависит от располо­жения обмоток на стержне магнитопровода. При расположении расщепленных обмоток одна над другой коэффициент расщепления равен 3,5 и индуктивные сопротивления обмоток трехфазных трансформаторов составляют:

Связь напряжений обмоток высшего и низшего напряжений учитывается идеальными трансформаторами с коэффициентами трансформации (рис. 3 17 6)

Проводимости трансформаторов с расщепленными обмотками определяют­ся так же, как и для двухобмоточных: по формулам (3.17) и (3.19).

Применение трансформаторов с расщепленными обмотками НН, обладаю­щими повышенными значениями индуктивных сопротивлений (см. (3.48) и (3.49)), способствует снижению мощности короткого замыкания на шинах НН почти вдвое, что позволяет во многих случаях обойтись без токоограничивающих реакторов.

В настоящее время трехфазные двухобмоточные трансформаторы с расще­пленными обмотками НН являются основным типом трансформаторов мощных приемных подстанций напряжением 110—220 кВ.

Вопросы для самопроверки

1. Каково назначение повышающих и понижающих трансформаторов? Для чего в электроэнергетических системах осуществляется трансформация электри­ческого напряжения?

2. Какие используют условные изображения двух-, трехобмоточных сило­вых трансформаторов и автотрансформаторов? Как при изображении указывают­ся схемы соединений обмоток?

3. Начертите схему одно- и трехфазного двухобмоточного трансформато­ров. Соедините обмотки фаз повышающего трансформатора по схеме треуголь­ник—звезда с нулем ( /Y-o) и понижающего трансформатора по схеме звезда-звезда с нулем (Y/Y-o). Электрические сети каких номинальных напряжений мо­гут связывать такие трансформаторы?

4. Как обозначаются типы силовых трансформаторов? Как расшифровыва­ются буквы в обозначениях типа трансформаторов и автотрансформаторов?

5. Какие способы охлаждения и регулирования напряжения применяют в трансформаторах?

6. Каков стандартный ряд номинальных мощностей трансформаторов?

7. Как по обозначениям различить понижающий и повышающий трансфор­маторы?

8. Поясните, возможно ли изменение фазы (сдвига) вторичного напряжения при трансформации?

9. Чем определяется возможность регулирования или изменения напряже­ния?

10. Что относится к паспортным (каталожным) данным двухобмоточных трансформаторов?

11. Какими схемами замещения моделируется двухобмоточный трансформатор? Как в них учитывается магнитная связь обмоток?

12. Как в схемах замещения двухобмоточных трансформаторов показывает­ся трансформация? В каком интервале она может изменяться в трансформаторах с ПБВ и РПН?

13. Каким образом в схемах замещения двухобмоточных трансформаторов учитываются сопротивления отдельных обмоток?

14. В каких случаях используются упрощенные схемы замещения транс­форматоров? В чем суть этих упрощений?

15. В чем заключается опыт короткого замыкания? Какие паспортные дан­ные определяются из этого опыта?

16. Нарисуйте принципиальную схему опыта холостого хода. Что опреде­ляют из этого опыта?

17. Чем представляется в схеме замещения поперечная ветвь? Что она учи­тывает?

18. Чем отличаются паспортные данные однофазных и трехфазных транс­форматоров?

19. Что такое идеальный трансформатор? Что он показывает на схеме заме­щения?

20. Как зависят сопротивления и проводимости трансформаторов от их но­минальной мощности?

21. Каковы соотношения между активными и реактивными сопротивления­ми и проводимостями для трансформаторов небольшой мощности и крупных трансформаторов?

22. Что характеризует относительное значение индуктивного (полного) со­противления трансформатора?

23. Зависит ли мощность холостого хода от номинального напряжения?

24. В каком случае двухобмоточные трансформаторы включаются по пря­мой и обратной схеме замещения?

25. В каких случаях целесообразно применение трехобмоточных трансфор­маторов?

26. Как различить в обозначениях двух- и трехобмоточные трансформато­ры?

27. Какие схемы соединений обмоток применяют для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов? Чем это объясняется?

28. В чем суть опытов короткого замыкания трехобмоточных трансформа­торов?

29. В чем особенность расчета сопротивлений для трехобмоточного транс­форматора по сравнению с двухобмоточным?

30. Какова взаимосвязь активных сопротивлений обмоток и их номинальных мощностей? Как она учитывается при расчете активных сопротивлений обмоток?

31. Как определить индуктивные сопротивления лучей схемы замещения? Соответствуют ли данные опытов короткого замыкания индуктивным сопротив­лениям трехобмоточного трансформатора?

32. Отличается ли определение проводимостей трехобмоточного трансфор­матора от двухобмоточного?

33. Какие трансформации учитываются в схеме замещения?

34. Начертите принципиальные схемы одно- и трехфазного автотрансфор­маторов. Как называются обмотки автотрансформатора?

35. В сетях каких напряжений применяют автотрансформаторы? Почему? Какие преимущества и недостатки имеют автотрансформаторы по сравнению с трехобмоточными трансформаторами?

36. На какие номинальные напряжения и мощности изготавливают в на­стоящее время автотрансформаторы?

37. При каких соотношениях напряжений применение автотрансформаторов становится наиболее выгодным? Почему? Что характеризует коэффициент вы­годности?

38. Что понимается под номинальной и типовой мощностями авто­трансформатора? Что они характеризуют?

39. В чем особенность опытов короткого замыкания автотрансформаторов? Как она учитывается при расчете параметров схемы замещения?

40. Как осуществляется приведение каталожных параметров автотрансфор­маторов к номинальной мощности?

41. Почему нейтрали автотрансформаторов должны быть всегда заземлены?