Колесникова Любовь Юрьевна

Вечер, добрый!21.03.2015 в 14.00 или 23.03.2015 в 11.50
Лекционный материал
Параллельная работа трансформаторов

Трансформаторы в сетях и подстанциях чаще всего работают параллельно. Это обеспечивает надежность в электроснабжении, дает возможность отключить трансформатор на профилактику и в аварийной ситуации. Кроме этого при изменении графика нагрузки в течение суток для повышения кпд установки включать и отключать часть трансформаторов. Для трёхфазных фазных трансформаторов ставятся при условия, выполнение которых обеспечивает нормальную работу трансформаторов.
1)Напряжения первичных и вторичных обмоток трансформаторов должны быть одинаковыми, т.е.
KI = KII = KIII = …отличается на+-05,%
2)Напряжения короткого замыкания параллельно работающих трансформаторов должны быть одинаковыми, т.е.
UKI = UKII = UKIII отличается на+-10%
3)Группы соединения параллельно работающих трансформаторов должны быть одинаковыми. 4)Кроме того, мощность параллельно работающих трансформаторов не должна отличаться более чем в три раза.5)Произвести фазировку

1. Параллельная работа трансформаторов при неравенстве коэффициентов трансформации

Начнем с того, что KI = KII
При равенстве KI = KII вторичные ЭДС Е2I и Е2II равны и по контуру направлены встречно и их сумма равна 0 т.е. при этом не будет никаких уравнительных токов. Теперь пусть KI E2II (U2I > U2II). В этом случае при холостом ходе сумма напряжений по контуру не равна нулю, а значит будет уравнительный ток.
Появится , .
Учтем для простоты только индуктивные сопротивления, т.к. активные малы, тогда
,  создает в обмотках потоки, которые создают ЭДС и которые выравнивают напряжение до U2 на шинах.

Диаграмма при холостом ходе имеет вид:
Уравнительный ток будет существовать и при нагрузке. Он будет для каждого трансформатора складываться с нагрузочным током геометрически. Из диаграммы видно, что в том трансформаторе, где кI меньше (напряжение больше) трансформатор перегружен наоборот. Т.е. получается, что первый трансформатор перегружен, а второй недогружен. Для того чтобы разница в нагрузке была в допустимых пределах, часто предусматривают, чтобы разница в коэффициентах трансформации была не более 0,5% от их среднего значения.
, где  среднее геометрическое.
Если трансформатор меньшей мощности включается в параллельную работу, то он должен иметь больший коэффициент трансформации.

2. Параллельная работа трансформаторов при неравенстве напряжений короткого замыкания

Напряжения короткого замыкания .
Предположим, что UкI > UкII т.е. zкI > zкII, поэтому при одном и том же токе нагрузки падение напряжения IнzкI будет больше IнzкII. Поэтому внешняя характеристика трансформатора I будет расположена ниже.
Если возьмем внешние характеристики совместной работы трансформаторов, то увидим, что трансформатор II будет перегружен, т.е. у трансформатора, где Uк больше, там ток меньше, а ток, у которого Uк меньше, возьмет на себя большую нагрузку.
Так как при параллельной работе напряжение изменится у обоих трансформаторов на одинаковую величину U, то U = IIzкI = = IIIzII, откуда , т.е. распределение токов обратно пропорционально сопротивлениям короткого замыкания т.к. S=UI, при U = const, то S=I, тогда
;
если параллельная работа нескольких трансформаторов, то нагрузка каждого из них определяется.
,
где S = SномI + SномII + SномIII +…

Sx – нагрузка холостого хода трансформатора,
SномX, Uкх – номинальная мощность и напряжение короткого замыкания этого трансформатора

3. Параллельная работа трансформаторов с различными группами соединения

У трансформаторов имеющих одинаковые группы соединения вторичные ЭДС совпадают по фазе. А у трансформаторов с различными группами соединения вторичные ЭДС могут быть равными по величине, однако они всегда сдвинуты по фазе. Поэтому даже при совершенно одинаковых коэффициентах трансформации во вторичных обмотках появится уравнительный ток. Возьмем для примера 12 и 11 группу
E = 2E2Isin15 = 0,52E2I, тогда
, что составляет 26 от установившегося тока короткого замыкания, что примерно в 3-5 раз превысит номинальный ток.
Поэтому параллельная работа трансформаторов с различными группами соединения недопустима.

Условия параллельной работы трансформаторов
Для лучшего использования трансформаторов при параллельной работе необходимо нагрузки распределять между ними прямо пропорционально их номинальным мощностям. Это достигается тождественностью групп соединения обмоток, равенством в пределах допусков соответственно номинальных первичных и вторичных напряжений, а также равенством в пределах допусков напряжений короткого замыкания.
Нарушение первого условия вызывает появление больших уравнительных токов между обмотками трансформаторов, которые приводят к быстрому чрезмерному их нагреву. Требование равенства соответственно номинальных первичных и вторичных напряжений сводится к установлению равенства коэффициентов трансформации, которые не должны отличаться друг от друга более чем на ±0,5 % их среднего значения во избежание недопустимых уравнительных токов обмоток трансформаторов.

Схема включения трехфазных трансформаторов для параллельной работы
Различие между напряжениями короткого замыкания трансформаторов при параллельной работе допускают до ±10 % их среднего значения, так как неравенство этих величин вызывает перегрузку тех трансформаторов, у которых напряжение короткого замыкания имеет меньшее значение. Помимо этого, рекомендуется, чтобы отношение номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов не превышало 3 : 1.
При параллельном включении трехфазных трансформаторов нужно, чтобы их одноименные зажимы были присоединены к одному и тому же проводу сети, а перед первоначальным включением проведена фазировка, т. е. проверка соответствия по фазе вторичных э. д. с. при подключении первичных обмоток к общей сети.

Фазировка трехфазных трансформаторов при включении их на параллельную работу
Фазировка предусматривает проверку симметрии вторичных э.д.с. каждого трансформатора в отдельности и измерение напряжений между зажимами b и В2, c и С2, которые при закороченных зажимах а и А2 и правильном присоединении трансформатора должны быть равны нулю. Если напряжения между названными зажимами отличны от нуля, это указывает на допущенную ошибку монтажа, исключающую, до ее устранения, возможность включения трансформаторов на параллельную работу. Для измерения напряжений при фазировке следует применять электромагнитный вольтметр на двойное линейное вторичное напряжение трансформаторов.

Схема фазировки трехфазных трансформаторов, включаемых на параллельную работу
Распределение нагрузок между трансформаторами, включенными на параллельную работу
Распределение нагрузок S1 и S2 между параллельно работающими трансформаторами подчинено уравнению
S1 / S2 = (S1ном / S2ном) х (Uк2* / Uк1*),
где S1ном, S2ном - номинальные мощности, Uк1*, Uк2* - напряжение короткого замыкания трансформаторов, включаемых на параллельную работу.

Параллельная работа трансформаторов разной мощности
Некоторое перераспределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами с различными напряжениями короткого замыкания осуществляют изменением их коэффициентов трансформации путем переключения ответвлений первичных обмоток. Переключение необходимо выполнять так, чтобы у недогруженных трансформаторов вторичное напряжение при холостом ходе было выше, чем у трансформаторов, работающих с перегрузкой. В виде исключения допустима параллельная работа трансформаторов с разными коэффициентами трансформации и неодинаковыми напряжениями короткого замыкания при непременном условии, чтобы ни один из трансформаторов не был перегружен сверх установленных норм.

Предлагаю Вам задание для лучшей подготовки к проверочной.

1. Каков принцип работы трансформатора?

2. Почему трансформаторы не работают от сети постоянного тока?

3. Из каких частей состоит активная часть трансформатора? Каковы их назначение и конструкция?

4. Каково назначение трансформаторного масла?

5. Как определить номинальные токи и номинальное вторичное напряжение трансформатора?

6. Почему с увеличением тока нагрузки трансформатора увеличивается ток в его первичной обмотке?

7. Что такое приведенный трансформатор?

8. Объясните порядок построения векторной диаграммы трансформатора.

9. При каких условиях и почему вторичное напряжение трансформатора становится больше ЭДС?

10. Чем объясняется несимметрия токов х.х. в трехфазном трансформаторе?