Параметры автотрансформаторов

К основным параметрам автотрансформатора относятся номинальные мощность, напряжение, ток; напряжение КЗ; ток XX; потери XX и КЗ.

Номинальной мощностью автотрансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть загружен трансформатор в определенных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении.

Согласно ГОСТ 16110 – 82 «Трансформаторы силовые. Термины и определения»:

Номинальная мощность автотрансформатора – номинальная проходная мощность обмоток, имеющих общую часть.

Проходная мощность автотрансформатора – мощность, передаваемая автотрансформатором из одной сети в другую, равная сумме его электромагнитной и электрической мощностей.

Электромагнитная мощность автотрансформатора – мощность, передаваемая автотрансформатором из одной сети в другую посредством электромагнитной индукции равная мощности общей или последовательной обмотки автотрансформатора.

Электрическая мощность автотрансформатора – мощность, непосредственно передаваемая автотрансформатором из одной сети в другую электрическим путем благодаря гальванической связи между соответствующими обмотками, равная произведению напряжения общей обмотки на ток последовательной обмотки автотрансформатора и коэффициент, учитывающий число фаз.

Для автотрансформаторов общего назначения, установленных на открытом и имеющих естественное масляное охлаждение без обдува и с обдувом, за номинальные условия охлаждения принимают естественно меняющуюся температуру наружного воздуха (для климатического исполнения У: среднесуточная не более 30 °С, среднегодовая не более 20 °С), а для автотрансформаторов с масляно-водяным охлаждением температура воды у входа в охладитель принимается не более 25 °С (ГОСТ 11677 — 85).

Автотрансформаторы устанавливают не только на открытом воздухе, но и в закрытых не отапливаемых помещениях с естественной вентиляцией. В этом случае автотрансформаторы также могут быть непрерывно нагружены на номинальную мощность, но при этом срок службы автотрансформатора несколько снижается из-за худших условий охлаждения.

Номинальные напряжения обмоток — это напряжения обмоток при холостом ходе автотрансформатора.

Номинальными токами трансформатора называются указанные в заводском паспорте значения такое в обмотках, при которых допускается длительная нормальная работа трансформатора.

Напряжение короткого замыкания U_к — это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток автотрансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному.

Ток холостого хода I_х характеризует активные и реактивные потери в стали и зависит от магнитных свойств стали, конструкции и качества сборки магнитопровода и от магнитной индукции. Ток холостого хода выражается в процентах номинального тока автотрансформатора. В современных автотрансформаторах с холоднокатаной сталью токи холостого хода имеют небольшие значения.

Потери холостого хода Р _хи короткого замыкания Р_к определяют экономичность работы автотрансформатора. Потери холостого хода состоят из потерь в стали на перемагничивание и вихревые токи. Для уменьшения их применяется электротехническая сталь с малым содержанием углерода и специальными присадками, холоднокатаная сталь толщиной 0,3 мм марок 3405, 3406 и др. с жаростойким изоляционным покрытием. В справочниках и каталогах приводятся значения Р_х для уровней А и Б. Уровень А относится к трансформаторам, изготовленным из электротехнической стали с удельными потерями не более 0,9 Вт/кг, уровень Б - с удельными потерями не более 1,1 Вт/кг (при В = 1,5 Тл, f = 50 Гц).

Потери короткого замыкания состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочных потерь в обмотках и конструкциях автотрансформатора. Добавочные потери вызваны магнитными полями рассеяния, создающими вихревые токи в крайних витках обмотки и конструкциях автотрансформатора (стенки бака, ярмовые балки и др.). Для их снижения обмотки выполняются многожильным транспонированным проводом, а стенки бака экранируются магнитными шунтами.

В современных конструкциях автотрансформаторов потери значительно снижены. Чем меньше мощность автотрансформатора, тем больше относительные потери в нем.

8.3 Группы и схемы соединения обмоток

Силовые автотрансформаторы энергосистем имеют обычно следующие схемы соединения обмоток: звезда с выведенной нейтралью, треугольник. Наибольшее распространение нашли группы соединения обмоток 11 и 0 (ранее группа называлась 12). В отдельных случаях применяют автотрансформаторы с другими схемами и группами соединения обмоток. Группа соединений определяется углом между векторами напряжений обмоток высшего и низшего(низших) напряжений. Вектор напряжений обмотки высшего напряжений выполняет роль минутной стрелки и совмещается с цифрой 12 циферблата часов; при этом вектор напряжения обмотки низшего напряжения, выполняет роль часовой стрелки, указывает группу соединения обмоток, численно равную времени на условном циферблате.

Например, у трехфазных групп однофазных трехобмоточных автотрансформаторов практическое применение нашли схемы и группы соединения обмоток:

Соединение обмоток в звезду с выведенной нулевой точкой применяется в том случае, когда нейтраль обмотки должна быть заземлена. Эффективное заземление нейтрали обмоток ВН обязательно в трансформаторах 330 кВ и выше и во всех автотрансформаторах (подробнее ниже). Системы 110, 150 и 220 кВ также работают с эффективно-заземленной нейтралью, однако для уменьшения токов однофазного КЗ нейтрали части трансформаторов могут быть разземлены. При этом обязательное глухое заземление нейтралей автотрансформаторов уменьшает возможность энергосистем по ограничению токов однофазазных КЗ, значения которых в ряде энергосистем превысили значения токов трехфазных КЗ.

Особенности автотрансформаторов накладывают определенные ограничения на возможные режимы их работы в энергосистеме, что приходится учитывать при выборе схем электрических соединений.

9.4. Элементы конструкции силовых автотрансформаторов

Мощный автотрансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка.

В магнитной системе проходит магнитный поток автотрансформатора (отсюда название «магнитопровод»). Магнитопровод является конструктивной и механической основой автотрансформатора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехнической стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

В течение многих лет применялась горячекатаная сталь ЭЧ1, ЭЧ2 с толщиной листов 0,5 — 0,35 мм, допускающая индукцию 1,4—1,45 Тл, с удельными потерями 2,5-3,5 Вт/кг. В настоящее время применяется холоднокатаная текстурованная сталь марок 3405, 3406, т. е. сталь с определенной ориентировкой зерен, допускающая индукцию до 1,7 Тл, с удельными потерями 0,9-1,1 Вт/кг. Применение такой стали позволило значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большей допустимой магнитной индукции, уменьшить диаметр витков обмотки, уменьшить массу и габариты автотрансформаторов.

Уменьшение удельных потерь в стали, тщательная сборка магнитопровода, применение без шпилечных конструкций, соединение стержней с ярмом с помощью косой шихтовки позволяют уменьшить потери холостого хода и ток намагничивания автотрансформатора.

Листы трансформаторной стали должны быть тщательно изолированы друг от друга. Первоначально применялась бумажная изоляция — листы оклеивались с одной стороны тонким слоем специальной бумаги. Бумага создает полную электрическую изоляцию между листами, но легко повреждается при сборке и увеличивает размеры магнитопровода. Широко применяется изоляция листов лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Лаковая пленка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке. Последнее время все шире применяется двустороннее жаростойкое покрытие листов стали, наносимое на металлургическом заводе после проката. Толщина покрытия меньше 0,01 мм, что обеспечивает лучшие свойства магнитной системы. Стяжка стержней осуществляется стеклобандажами, ярм — стальными полубандажами или бандажами.

Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов автотрансформатора. На остове устанавливают обмотки и крепят проводники, соединяющие обмотки с вводами, составляя активную часть.

Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися.

Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной электрической и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от нее должна без повреждений выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения. Обмотки должны выдерживать электродинамические усилия, которые появляются при протекании токов КЗ. Необходимо предусмотреть надежную систему охлаждения обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изоляции.

Для проводников обмотки используются медь и алюминий. Как известно, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспечило широкое применение меди для обмоток автотрансформаторов. Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным сопротивлением, требует новой технологии выполнения обмоток. В современных автотрансформаторах для обмотки применяется транспонированный провод, в котором отдельные проводники в параллельном пучке периодически изменяют свое положение. Это выравнивает сопротивление элементарных проводников, увеличивает механическую прочность, уменьшает толщину изоляции и размеры магнитопровода.

Изоляция автотрансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции.

В масляных автотрансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция).

Значительный эффект дает применение изоляции из специально обработанной бумаги (стабилизированной), которая менее гигроскопична, имеет более высокую электрическую

прочность и допускает большой нагрев. В сухих автотрансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

Активную часть автотрансформатора вместе с отводами помещают в бак. Основные части бака — стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства — радиаторы.

В автотрансформаторах небольшой мощности бак выполняется с верхним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку автотрансформатора, а затем поднять активную часть из бака.

Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экранируются с внутренней стороны пакетами из электротехнической стали или пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).

Расширитель автотрансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Бак автотрансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него. Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства.

Для предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикагелевый воздухоосушитель. Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колебаниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается. Для предотвращения этого применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом), поступающим из специальных эластичных емкостей. Возможно применение специальной пленки - мембраны на границе масло-воздух. Осушение воздуха в расширителе осуществляют термовымораживателями.

К баку автотрансформатора крепится термосифонный фильтр, заполненный силикагелем или другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции масла через фильтр происходит непрерывная регенерация его. Для контроля за работой атотрансформатора предусматриваются контрольно-измерительные и защитные устройства. К контрольным устройствам относятся маслоуказатель и термометры. Маслоуказатель устанавливается на расширителе, термометр — на крышке бака. К защитным устройствам относятся реле понижения уровня масла и газовое реле. На мощных силовых автотрансформаторах дополнительно применяются устройства контроля изоляции вводов (КИВ) и манометры, контролирующие давление масла в герметичных вводах ВН.

9.5. Системы охлаждения силовых автотрансформаторов

При работе автотрансформатора происходит нагрев обмоток и магнитопровода за счет потерь энергии в них. Предельный нагрев частей автотрансформатора ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева. Чем больше мощность автотрансформатора, тем интенсивнее должна быть система охлаждения.

Естественное воздушное охлаждение автотрансформаторов осуществляется путем естественной конвекции воздуха и частично лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название «сухих». Обозначать естественное воздушное охлаждение при открытом исполнении С; при защищенном исполнении СЗ, при герметизированном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха СД.

Допустимое превышение температуры обмотки сухого автотрансформатора над температурой охлаждающей среды зависит от класса нагревостойкости изоляции и согласно ГОСТ 11677 —85 должно быть не больше: 60°С (класс А); 75 °С (класс Е); 80°С (класс В); 100°С (класс F); 125 °С (класс Н).

Данная система охлаждения малоэффективна, поэтому применяется для автотрансформаторов малой мощности.

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для автотрансформаторов мощностью до 16000 кВ-А включительно. В таких автотрансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается окружающему маслу, которое, циркулируя по баку и радиаторным трубам, передает его окружающему воздуху. При номинальной нагрузке трансформатора температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +950^оС (ПТЭ).

Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак автотрансформатора снабжается ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла(Д) применяется для более мощных автотрансформаторов. В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб помещаются вентиляторы (рис. 15). Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов могут осуществляться автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Автотрансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% номинальной, а температура верхних слоев масла не более +55°С, также при минусовых температурах окружающего воздуха и при температуре масла не выше + 45 °С независимо от нагрузки (ПТЭ). Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе с номинальной нагрузкой + 95°С.

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ) применяется для автотрансформаторов мощностью 63000 кВ-А и более.

Охладители состоят из системы тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители (рис. 15).

Благодаря большой скорости циркуляции масла, развитой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Переход к такой системе охлаждения позволяет значительно уменьшить габариты автотрансформаторов. Охладители могут устанавливаться вместе с автотрансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора. На рис. 16 показан однофазный автотрансформатор с системой охлаждения ДЦ с выносными охладителями, связанными с баком маслопроводами. Бак колокольного типа с нижним разъемом.

В автотрансформаторах с направленным потоком масла (НДЦ) интенсивность охлаждения повышается, что позволяет увеличить допустимые температуры обмоток. Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как система ДЦ, но в отличие от последнего охладители состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло. Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать + 70°С.

Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему автотрансформатора, давление масла в маслоохладителях должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,02 МПа (2 Н/см²). Эта система охлаждения эффективна, но имеет более сложное конструктивное выполнение. На автотрансформаторах с системами охлаждения ДЦ и Ц устройства принудительной циркуляции масла должны автоматически включаться одновременно с включением автотрансформатора и работать непрерывно независимо от нагрузки автотрансформаторов. В то же время число включаемых в работу охладителей определяется нагрузкой автотрансформатора. Такие автотрансформаторы должны иметь сигнализацию о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды или об останове вентилятора.

Следует отметить, что в настоящее время ведутся разработки новых конструкций трансформаторов и автотрансформаторов с обмотками, охлаждаемыми до очень низких температур. Металл при низких температурах обладает сверхпроводимостью, что позволяет резко уменьшить сечение обмоток. Трансформаторы с использованием принципа сверхпроводимости (криогенные трансформаторы) будут иметь малую транспортировочную массу при мощностях 1000 МВ-А и выше.

Каждый трансформатор имеет условное буквенное обозначение, которое содержит следующие данные в том порядке, как указано ниже:

1) число фаз (для однофазных – О; для трехфазных – Т);

2) вид охлаждения – в соответствии с пояснениями, приведенными выше;

3) число обмоток, работающих на различные сети (если оно больше двух), для трехобмоточного трансформатора Т; для трансформатора с расщепленными обмотками Р (после числа фаз);

4) буква Н в обозначении при выполнении одной из обмоток с устройством РПН;

5) буква А на первом месте для обозначения автотрансформатора.

За буквенным обозначением указывается номинальная мощность, кВ-А; класс напряжения обмотки (ВН); климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70.

Например, АТДЦТН-63000/ИО-У1 - трехфазный автотрансформатор с системой охлаждения ДЦ, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, номинальной мощностью 63000 кВА, напряжением ВН U кВ; климатическое исполнение У (умеренный климат); категория размещения 1 (на открытом воздухе).

9.6. Особенности конструкции автотрансформаторов

Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки 0Ви ОС(рис. 4). Часть обмотки, заключенная между выводами Ви С, называется последовательной, а между С и О - общей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток I_в, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток I₀. Ток нагрузки вторичной обмотки I_с складывается из тока I_в, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока I₀, созданного магнитной связью этих обмоток: I_С =I_В + I₀, откуда I₀ = I_с - I_В.

Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную, называется проходной.

Если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток автотрансформатора, можно записать следующее выражение:

Преобразуя правую часть выражения, получаем:

где — электромагнитная(трансформаторная) мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную; - электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации.

Эта мощность не нагружает общей обмотки, потому что ток I_В из последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку ОС.

В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора S = S_НОМ, а трансформаторная мощность – типовой мощностью

S_т = S_тип.

Размеры магнитопровода, а, следовательно, его масса определяются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:

где п_BC = U_в/U_с - коэффициент трансформации; k_выг - коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.

Отсюда следует, что чем ближе U_В к U_С, тем меньше k_выг и меньшую долю номинальной составляет типовая мощность. Это означает, что размеры автотрансформатора, его масса, расход активных материалов уменьшаются по сравнению с трансформатором одинаковой номинальной мощности.

Из схемы (рис. 5) видно, что мощность последовательной обмотки

мощность общей обмотки

Таким образом, еще раз можно подчеркнуть, что обмотки и магнитопровод автотрансформатора рассчитываются на типовую мощность, которую иногда называют расчетной мощностью. Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на S_тип нельзя. Этот вывод особенно важен при рассмотрении комбинированных режимов работы автотрансформатора. Такие режимы возникают, если имеется третья обмотка, связанная с автотрансформаторными обмотками только магнитным путем.

Третья обмотка автотрансформатора (обмотка НН) используется для питания нагрузки, для присоединения источников активной или реактивной мощности (генераторов и синхронных компенсаторов), а в некоторых случаях служит лишь для компенсации токов третьих гармоник. Номинальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных автотрансформатора.

9.7. Режимы работы автотрансформаторов

Рассмотрим режимы работы трехобмоточных автотрансформаторов с обмотками ВН, СН и НН (рис. 5). В автотрансформаторных режимах (рис. 5, а_, 6) возможна передача номинальной мощности S_ном из обмотки ВН в обмотку СН или наоборот. В обоих режимах в общей обмотке проходит разность токов Iс - 1_В = k_выг, а поэтому последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо.

В трансформаторных режимах (рис. 5, в, г)возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причем обмотку НН можно загрузить не более чем на S_тип. Условие допустимости режима НН → ВН или НН → СН:

Если происходит трансформация S_тип из НН в СН, то общая обмотка загружена такой же мощностью и дополнительная передача мощности из ВН в СН невозможна, хотя последовательная обмотка не загружена.

В трансформаторном режиме передачи мощности S_тип из обмотки НН в ВН (рис. 5, г) общая и последовательная обмотки загружены не полностью:

поэтому возможно дополнительно передать из обмотки СН в ВН некоторую мощность (см. пояснения к рис. 5, е).

В комбинированном режиме передачи мощности автотрансформаторным путем ВН→СН и трансформаторным путем НН→CH нагрузка последовательной обмотки

Отсюда видно, что даже при передаче номинальной мощности S_В = S_ном последовательная обмотка не будет перегружена. В общей обмотке токи автотрансформаторного и трансформаторного режимов направлены одинаково:

Нагрузка общей обмотки

Подставляя значения токов и производя преобразования, получаем:

где Р_н, Q_н — активная и реактивная мощности, передаваемые из обмотки НН в обмотку СН.

Таким образом, комбинированный режим НН →СН, ВН → СН ограничивается загрузкой общей обмотки и может быть допущен при условии

Если значения на стороне ВН и НН незначительно отличаются друг от друга, то кажущиеся мощности можно складывать алгебраически и упрощается

В комбинированном режиме передачи мощности из обмоток НН и СН в обмотку ВН распределение токов показано на рис. 5, е. В общей обмотке ток автотрансформаторного режима направлен встречно току трансформаторного режима, поэтому загрузка обмотки значительно меньше допустимой и в пределе может быть равна нулю. В последовательной обмотке токи складываются, что может вызвать ее перегрузку. Этот режим ограничивается загрузкой последовательной обмотки:

Комбинированный режим НН → ВН, СН → ВН допустим, если

Если значения на стороне СН и НН незначительно отличаются друг от друга, то

Возможны и другие комбинированные режимы: передача мощности из обмотки СН в обмотки НН и ВН или работа в понижающем режиме при передаче мощности из обмотки ВН в обмотки СН и НН. В этих случаях направления токов в обмотках изменяются на обратные по сравнению с рис. 5, д,е.

Во всех случаях надо контролировать загрузку обмоток автотрансформатора. Ток в последовательной обмотке может контролироваться трансформатором тока ТА1_, так как I _п = I_В (рис. 6). Трансформатор тока ТА2 контролирует ток на выводе обмотки СН, а для контроля тока в общей обмотке необходим трансформатор тока ТА0, встроенный непосредственно в эту обмотку. Допустимая нагрузка общей обмотки указывается в паспортных данных автотрансформатора.

Выводы, сделанные для однофазного трансформатора, справедливы и для трехфазного трансформатора, схема которого показана на рис. 7. Обмотки ВН и СН соединяются в звезду с выведенной нулевой точкой, обмотки НН - в треугольник.

К особенностям конструкции автотрансформаторов следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали, общей для обмоток ВН и СН. Объясняется это следующим. Если в системе с эффективно-заземленной нейтралью включить понижающий автотрансформатор с незаземленной нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение вместо (U_B — U_C) напряжение выводов обмотки СН возрастет примерно до Uв резко увеличится напряжение, приложенное к обмоткам неповрежденных фаз. Аналогичная картина наблюдается в случае присоединения повышающего автотрансформатора с незаземленной нейтралью к системе с эффективно-заземленной нейтралью.

Такие перенапряжения недопустимы, поэтому нейтрали всех автотрансформаторов глухо заземляются. В этом случае заземления на линии со стороны ВН или СН не вызывают опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ.

Подводя итог всему сказанному, можно отметить следующие преимущества автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами той же мощности:

· меньше расход меди, стали, изоляционных материалов;

· меньшая масса, а, следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;

· меньшие потери и больший КПД и более легкие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов:

· необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ; - сложность регулирования напряжения;

· опасность пёрехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.

9.9. Регулирование напряжения автотрансформаторов

Регулирование напряжения в автотрансформаторах имеет некоторое отличие от регулирования напряжения в обычных трансформаторах. Если ответвления выполнить в нейтральной точке (рис. 8, а) то это позволяет облегчить изоляцию переключающего устройства и рассчитать его на меньший ток, так как в общей обмотке автотрансформатора проходит разность токов. Такое регулирование называется связанным, т. е. при переключении ответвлений одновременно меняется количество витков ВН и СН. Это приводит к резким изменениям индукции в сердечнике и колебаниям напряжения на обмотке НН.

Независимое регулирование в автотрансформаторе можно осуществить с помощью регулировочной обмотки на линейном конце среднего напряжения (рис. 20, б). В этом случае переключающее устройство должно быть рассчитано на полный номинальный ток, а изоляция его — на полное напряжение средней обмотки.

Такие переключающие устройства на ток 2000 А с изоляцией классов 110 и 220 кВ позволяют обеспечить РПН для автотрансформаторов больших мощностей. Регулирование осуществляется с помощью трех однофазных регуляторов, имеющих электропривод с автоматическим управлением.

Для регулирования напряжения под нагрузкой на мощных трансформаторах и автотрансформаторах применяются также последовательные регулировочные трансформаторы (рис. 9). Они состоят из последовательного трансформатора 2, который вводит добавочную ЭДС в основную обмотку автотрансформатора 1, и регулировочного автотрансформатора 3, который меняет эту ЭДС. С помощью таких трансформаторов можно изменять не только напряжение (продольное регулирование), но и его фазу (поперечное регулирование). Устройство таких трансформаторов значительно сложнее, чем РПН, поэтому они дороже и применение их ограничено.

Одним из видов последовательных регулировочных трансформаторов являются линейные регуляторы, которые включаются последовательно в линию или в цепь трансформатора без РПН, обеспечивая регулирование напряжения в пределах ± 10 - 15%.

Широкое применение линейные регуляторы находят на подстанциях с автотрансформаторами (рис. 10). На стороне СН регулирование напряжения обеспечивается встроенным в автотрансформатор 1РПН, а на стороне НН устанавливается регулировочный трансформатор 2, снабженный автоматическим регулированием напряжения. Регулировочные трансформаторы типа ЛТМ выпускаются мощностью 1,6 — 6,3 МВ·А на напряжение 6—10 кВ, типов ЛТМН, ЛТДН — 16—100 МВ·А на напряжение до 35 кВ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ТЕМА: «Режимы работы (передачи мощности) автотрансформаторов»

Цель работы: исследование работы автотрансформатора в режиме холостого хода, трансформаторном, автотрансформаторном и комбинированном режимах передачи мощности. Определите загрузки обмоток в различных режимах.

Основные понятия о режимах работы AT

При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить и написать краткий конспект по разделу курса ЭЧС и ПС «Автотрансформаторы».

Возможны следующие режимы AT: автотрансформаторный (Sв ↔ Sс), трансформаторный (Sн ↔ Sв, Sн ↔ Sс, Sн ↔ (Sв + Sс)), комбинированный (трансформаторно-автотрансформаторный (Sс ↔ (Sв + Sн), (Sв ↔ (Sс + Sн)).

В автотрансформаторном режиме возможна передача номинальной (проходной) мощности Sв ↔ Sс, в трансформаторном режиме (Sн ↔ (Sс + Sв) типовой – S_тип=α*S_ном (α - коэффициент выгодности.). В комбинированных режимах передача мощнос­ти ограничивается перегрузками последовательной обмотки - Wп

(Sв =(Sс + Sн)) или общей обмотки – Wо (Sс ↔ (Sв + Sн)).