электроэнергетических систем

Расчет электрических сетей напряжением до 500 кВ в состав которых входят линии электропередач, обычно ведется с использованием П-образной схемы замещения или упрощенных аналогов. В СЗ различают продольные и поперечные ветви. Продольные – по ко­торым проходит ток нагрузки и величиной которого определяются потери мощности в этих ветвях. Эти ветви, как правило, состоят из удельных активного и индуктивного сопротивлений линии. Поперечные – включены на фазное напряжение и соединены с нейтралью схемы. Потери мощности в этих ветвях определя­ются приложенным напряжением. Эти ветви представляются параллельным соединением удельных активной и емкостной проводимостями. Если такие линии соединены трансформатором, то его можно, по аналогии с указанными СЗ, представить полной Т-образной схемой замещения, поперечная ветвь которой также содержит проводимости, рис.4.7.  

Рис.4.7

Т-образная схема замещения трансформатора неудобна для выполнения электрических расчетов сетей. Поскольку значения входящих в нее параметры   не могут быть определены опытным путем или по каталожным данным трансформаторов. В результате опытов холостого хода и короткого замыкания, как указывалось ранее, могут быть найдены числовые значений только сумм соответствующих параметров, т.е.  и . Поэтому при расчетах режимов электрических сетей двухобмоточные трансформаторы с достаточной точностью замещаются более простыми схемами замещения. Преобразуем СЗ, рис.4.7, руководствуясь следующими соображениям. 

Как уже было показано ранее, ток холостого хода силовых трансформаторов   составляет менее одного процента тока первичной обмотки и его величина, в основном, определяется величиной ЭДС первичной обмотки и параметрами намагничивающего контура.

Исходя из этого, ветвь намагничивания можно вынести на зажимы напряжения первичной обмотки трансформатора, рис.4.8. Это несколько увеличит ток холостого хода, так как он будет определяться в этом случае, не величиной ЭДС первичной обмотки , а величиной напряжения . Измениться и падение напряжения на сопротивлении первичной обмотки , поскольку по нему будет протекать ток   вместо тока .

Рис. 4.8

В результате получили СЗ, продольная ветвь которой содержит параметры первичной и приведенной вторичной обмоток и по которым протекает одинаковый по значению ток . Это позволяет объединить в один параметр СЗ, как активные , так реактивные  сопротивления, рис.4.9.

Рис.4.9

Указанные суммы в теории электрических сетей, обычно называют активным и реактивным сопротивлениями трансформатора, соответственно. В теории трансформаторов - их обычно называют сопротивлениями короткого замыкания и обозначают .

Полученная схема замещения трансформатора называется Г-образной, позволяет упростить расчеты трансформатора совместно с сетями электроэнергетических систем, не внося при этом существенных погрешностей.

Условное обозначение двухобмоточного транс­форматора на электрических схемах представлено на рис.4.10.

Рис.4.10

Если сети связанные трансформатором рассматриваются совместно и параметры сетей не приводятся к одному напряжению, то в схеме замещения учитывается идеальный трансформатор, рис.4.11. Этот трансформатор не имеет потерь и потоков рассеяния и характеризуется только коэффициентом трансформации .

Рис.4.11

В расчетах электрических сетей с трансформаторами при напряжениях 220 кВ и ниже в Г-образной схеме замещения, рис.4.9, ветвь намагничивания можно заменить неизменной нагрузкой, равной потерям холостого хода трансформатора, рис.4.12.

Рис.4.12

На рис. 4.12  - потери активной мощности в режиме холостого хода,  - намагничивающая мощность трансформатора.

При расчетах распределительных сетей напряжением 35 кВ и ниже током холостого хода, а следовательно, и потерями холостого хода можно пренебречь и использовать простейшую схему замещения, рис.4.13, состоящую только из последовательного соединения активного и индуктивного сопротивлений трансформатора.

Рис.4.13

Параметры СЗ могут быть определены экспериментально, на основании результатов проведенных опытов холостого хода и короткого замыкания трансформатора, или по паспортным (каталожным) данным трансформатора.

К паспортным данным трансформатора относятся: — номинальная мощность, МВ·А; — номинальные напряже­ния обмоток высшего и низшего напряжений, кВ; —активные потери холостого хода, кВт; % ()—ток холосто­го хода, % ; — потери короткого замыкания, кВт; % —напряжение короткого замыкания, % .

Проводимости ветви намагничивания определяются ре­зультатами опыта холо­стого хода. Трансформатор потребляет в этом режиме только мощность, равную потерям холостого хода, т. е.

Проводимости ветви намагничивания, См, определяются следующими выраже­ниями

где напряжения выражены в киловольтах, а мощности – в мегаваттах и мегаварах.

Потери активной мощности в режиме холостого хода определяются в основном напря­жением и приближенно предполагаются не зависящими от тока и мощности нагрузки. Ток холостого хода в трансформаторе имеет очень малень­кую активную составляющую, следовательно, можно принять, что

где — реактивная составляющая тока холостого хода.

Тогда, намагничивающая мощность трансформатора

Отметим, что  намного меньше, чем ,и полная мощность транс­форматора в режиме холостого хода  приближенно равна намагничиваю­щей мощности .

В этом случае, проводимость  определяется формулой:

Сопротивления трансформатора  и  определяются по результатам опыта короткого замыкания. Приближенно считают, что все потери мощности в опыте КЗ  идут на компенсацию электрических потерь в обмотках трансформатора, т. е.

и

В современных силовых трансформаторах , поэтому

Умножая последнее выражение на , после преобразований получим

где сопротивления получаются в Омах при подстановке напря­жений в киловольтах, а мощностей—в мегавольтамперах и в мегаваттах.

В технико-экономических расчетах потерь электроэнергии в распределительных сетей нельзя пренебрегать потерями холостого хода трансформатора, так как, эти потери соизмеримы с нагрузочными потерями.

Потери активной мощности в активном сопротивлении трансформатора  зависят от тока и мощ­ности нагрузки  и

Если учесть, что   и положить, что , то получим

Потери реактивной мощности в индуктивном сопротивлении трансформатора

Для трансформатора, через который проходят ток нагрузки  и мощ­ность , потери мощности, с учетом полученных выражений, равны

Как отмечалось ранее, при расчетах распределительных сетей напряжением 35 кВ и ниже током холостого хода, а, следовательно, и потерями холостого хода можно пренебречь и использовать простейшую схему замещения, рис.6.7.

Уравнение трансформатора, соответствующее схеме замещения рис. 4.13, можно записать в виде

+  = .

Или переходя к обозначениям , имеем       

–  =  – .