Автотрансформаторы и особенности их работы

Отличие автотрансформатора от трансформатора заключается в том, что две обмотки автотрансформатора электрически связаны между собой. Это обусловливает передачу мощности от одной обмотки к другой не только электромагнитным, но и электрическим путем. У автотрансформатора электрически соединены между собой обычно обмотки высшего напряжения ВН и среднего напряжения СН, а обмотка низшего напряжения НН (третичная обмотка) имеет с ними электромагнитную связь (рис. 2.29).

.

 

 

Три фазы обмоток ВН и СН соединяются в звезду, а общая их нейтраль заземляется. Обмотки НН всегда соединены в треугольник.

Обмотка высшего напряжения состоит из двух частей:

О – общей О – А _m (обмотки среднего напряжения);

П – последовательной обмотки А _m – А.

Наличие электрической связи между обмотками в автотрансформаторе предопределяет иное токораспределение в его обмотках, чем в трансформаторе.

При работе автотрансформатора в номинальном режиме по его последовательной обмотке протекает ток I _ВН. Этот ток, создавая магнитный поток в магнитопроводе, индуцирует в общей обмотке ток I ₀.

Во вторичной цепи ток нагрузки I _СН складывается из тока I _ВН, обусловленного электрической связью обмоток ВН и СН, и тока I ₀, обусловленного магнитной связью этих же обмоток

I _СН = I _ВН + I ₀.

Под номинальной мощностью автотрансформатора S _Н понимается мощность на обмотках ВН или СН, имеющих между собой автотрансформаторную связь (т.е. мощность, которую автотрансформатор может принять из сети ВН и передать в эту сеть при номинальных условиях). Эта мощность также называется проходной. Это ‒ предельная мощность, которую автотрансформатор может передать из сети ВН в сеть СН, и, наоборот, при отсутствии нагрузки на обмотке НН .

Типовой мощностью автотрансформатора называют ту часть номинальной мощности S _Н, которая передается электромагнитным путем. Типовая мощность в a раз меньше номинальной: S _ТИП = S _Н ×a.

Здесь  – коэффициент выгодности автотрансформатора, где .

Чем ближе друг к другу значения U _ВН и U _СН, тем К _ТР ближе к единице и тем меньше a, следовательно, тем меньшую долю номинальной мощности составляет типовая мощность.

Магнитопровод и обмотки трансформатора выбираются по типовой (расчетной) мощности. В этом и заключается экономическая целесообразность автотрансформатора. Отсюда сделаем очень важный вывод: загружать последовательную и общую обмотки автотрансформатора в номинальном режиме работы более чем на типовую мощность S _ТИП нельзя.

Проходная (номинальная) мощность автотрансформатора состоит из типовой и электрической мощностей:

S _ПРОХ = S _Н = S _ТИП + S _Э.

Типовая мощность зависит от коэффициента выгодности и может быть определена по формуле:

.

Электрическая мощность является разностью между проходной и типовой мощностями:

.

Напряжение в общей обмотке, меньше U _ВН, ток в ней равен I _СН ‒ I _ВН, поэтому ее мощность меньше номинальной мощности S _Н.

Обмотка НН также рассчитывается на типовую мощность S _ТИП. Ее номинальная мощность выражается через номинальную мощность автотрансформатора так: S _НН = a_НН S _НОМ, При высшем напряжении до 330 кВ, a_НН может принимать значения 0,25, 0,4 или 0,5.

Таким образом, через автотрансформатор можно передавать мощность больше той, на которую выполняются его обмотки. Чем меньше коэффициент выгодности a, тем более экономичен автотрансформатор по сравнению с трехобмоточным трансформатором. Чем ближе номинальные напряжения на средней и высшей сторонах автотрансформатора, тем меньше a и тем выгоднее его использовать (при U _СН = U _ВН a = 0).

У блочных автотрансформаторов (т.е. работающих в системе генератор- трансформатор) S _НН» S _ТИП, у сетевых – S _НН < S _ТИП.

В отличие от автотрансформатора в трехобмоточном трансформаторе все три обмотки имеют одинаковую мощность S _Н. Поэтому применение автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами позволяет экономить цветные и черные металлы, удешевляет сетевое хозяйство, так как не вся мощность в них передается магнитным путем, а только часть. Эти преимущества автотрансформатор сохраняет при коэффициентах К _ТР не более 2; если К _ТР > 2, то преимущества отсутствуют (т.к. типовая мощность S _ТИП уменьшается).

Наличие электрической связи между обмотками ВН и СН создает возможность перехода перенапряжений, появляющихся в сети одного напряжения, на выводы обмоток другого напряжения. Для устранения воздействия перенапряжений на изоляцию автотрансформаторы со стороны СН и ВН защищают разрядниками, которые жестко (без разъединителей) присоединяют к шинам, отходящим от выводов.