Применение трансформаторов напряжения

Коэффициент — загрузка — трансформатор

Коэффициент загрузки трансформаторов ГПП и ПГВ принимается аналогичным коэффициентам загрузки цеховых трансформаторов. Надежность электроснабжения предприятия достигается за счет установки на ГПП или ПГВ двух трансформаторов. Покрытие потребной мощности осуществляется не только за счет использования номинальной мощности трансформаторов, но и за счет их перегрузочной способности. Перегрузочную способность трансформатора определяют в зависимости от заданного графика нагрузки потребителей.
 

Значение коэффициента загрузки трансформатора, определенное выше , при реконструкции электрических сетей может служить ориентиром для выбора мощности трансформатора только в первом приближении. При принятии решений о загрузке трансформаторов на стадии реконструкции электрических сетей должны более полно учитываться технико-экономические условия эксплуатации трансформатора. Критерием эффективности при выборе мощности трансформатора, как и другого электрооборудования, является минимум приведенных затрат.
 

ТП проверяется коэффициент загрузки трансформаторов и ЛЭП в нормальном и послеаварийном режимах.
 

МВт; рт — коэффициент загрузки трансформаторов; 5Т — принятая, исходя из удельной плотности нагрузки, номинальная мощность трансформатора, MB A; AN — добавка до ближайшего большего целого числа.
 

В свою очередь увеличение коэффициента загрузки трансформатора приводит к увеличению внутренних потерь в трансформаторе.
 

Из табл. 10.2 видно, что при коэффициенте загрузки трансформатора / С31 35 и температуре перегрева верхних слоев масла на 18 С перед включением повышенной загрузки, трансформатор можно перегрузить на 55 мин, а при температуре перегрева верхних слоев масла на 24 С на 35 мин, при температуре перегрева масла на 30 С на 15 мин. Следует отметить, что эксплуатационные перегрузки возможны лишь при трансформаторе на подстанции, мощность которого меньше мощности максимума нагрузки.
 

Предполагая, что подстанция ежедневно работает по графику рис. 2 с коэффициентом загрузки трансформаторов К и затем отключается, по формулам ( ( 112) — ( d6) были рассчитаны превышения температуры обмотки над маслом в интервале времени, за которое трансформатор полностью остывает 6ОХП, причем бохп были при этом рассчитаны в зависимости от числа циклов включения нагрузки.
 

В проектной практике цеховые трансформаторы часто выбирают без технико-экономических расчетов, используя коэффициенты загрузки трансформаторов и расчетной нагрузки цеха.
 

В проектной практике цеховые трансформаторы часто выбирают без технико-экономических расчетов, пользуясь коэффициентом загрузки трансформаторов и расчетной нагрузки цеха. Для однотрансформаторных подстанций при наличии взаимного резервирования по перемычкам с другими подстанциями на в / горичном напряжении мощность трансформаторов выбирается с учетом степени резервирования.
 

Предварительные условия; с учетом удельной плотности нагрузки цеха единичная мощность трансформаторов ST 2500 кВ — А; коэффициент загрузки трансформаторов ( электроприемники II категории) ( Зт 0 9; цеховые трансформаторы питаются по радиальной схеме.
 

Исходя из указанных минимально допустимых величин напряжения у ламп в табл. 4 — 26 указаны максимально допустимые потери напряжения в осветительной сети, зависящие от мощности и коэффициента загрузки трансформаторов и коэффициента мощности нагрузки, при котором работает трансформатор.
 

Ном — номинальное напряжение, кВ; Рк — потери короткого замыкания в трансформаторе при номинальной нагрузке, Вт; Рх-потери холостого хода трансформаторов, Вт; КРк / Рх — отношение потерь в трансформаторе; р5 / 5Ном — коэффициент загрузки трансформатора.
 

Определение приведенных нагрузок подстанций

Определяем
параметры схемы замещения.

Рис.1. Т – образная
схема замещения трансформатора.

Параметры
схемы замещения трансформатора приведены
к стороне высокого напряжения 220кВ.

Рассчитаем
параметры для станции А.

Активное сопротивление
определим по формуле:

Определим
напряжения короткого замыкания каждой
обмотки по формулам:

Определим реактивные
сопротивления обмоток

Определим активную
проводимость

Параметры
схем замещения для трансформаторов
подстанции а
и тяговых подстанции b
и с
определим выше приведенными формулами.

Результаты
расчетов приведены в таблице 3.

Определим
все мощности и потери мощностей в схеме
замещения трансформаторов подстанций.

Рис.
2. Схема распределения мощностей в схеме
замещения.

Приведем
пример расчета мощностей для станции
А
при режиме максимальных нагрузок.

Определим мощность
в конце обмотки низшего напряжения:

Определим потери
мощности в обмотке низкого напряжения.

R_Т
– активное сопротивление трансформатора.

В численном виде
потери мощности:

Определим мощности
в начале обмотки низшего напряжения:

Определим мощность
в конце обмотки среднего напряжения:

Определим потери
мощности в обмотке среднего напряжения:

Определим мощности
в начале обмотки среднего напряжения

Определим мощности
в конце обмотки высокого напряжения

Определим потери
мощности в обмотке высокого напряжения:

Определим мощности
в начале обмотки высшего напряжения

Определим постоянные
потери в трансформаторе

Приведенная
мощность трансформатора

Тяговые
подстанции “в”, “с” и подстанцию “а”,
рассчитываем аналогично по формулам
(27) — (46) в режимах максимума и минимума
нагрузок. Результаты расчетов представлены
в таблице 5.

Таблица
5 — Приведенные нагрузки подстанций

Параметры	А	а	b	c
mах	min	max	min	max	min	max	min
	0,0165	0,129	0,112	0,0101	0,0038	0,0003	0,005	0,0004
	0,0288	0,0433	—	—	0,0021	0,0002	0,101	0,0091
	0,364	2,853	4,185	0,377	0,084	0,0076	0,101	0,0091
	0,162	0,1248	—	—	0,0061	0,0005	0,020	0,009
	-17,4	-38,99	36,112	10,81	4,904	1,470	5,305	1,590
	-12,7	-27,98	22,545	5,885	3,63	1,072	4,076	1,202
	26,029	26,04	—	—	3,602	1,080	6,407	1,923
	12,563	12,605	—	—	2,706	0,811	4,987	4,976
	8,619	-31,32	36	10,8	8,5	2,550	11,700	3,510
	-0,137	-26,38	18,36	5,508	6,248	1,874	8,942	6,160
	0,0026	0,087	0,112	0,0101	0,012	0,001	0,023	0,005
	0,141	4,78	4,797	0,432	0,634	0,057	1,236	0,286
	8,622	-31,24	36,112	10,81	8,512	2,551	11,723	3,515
	0,0042	-21,61	23,1572	5,94	6,882	1,931	10,178	6,446
	7,622+ +j0,0042	-31,24- -j21,61	36,112+ +j23,157	10,81+ +j5,94	8,512+ +j6,882	2,551+ +j1,931	11,723+ +j10,178	3,515+ +j6,446
	0,135	0,09	0,054	0,054	0,045	0,045	0,045	0,045
	0,675	0,45	0,22	0,22	0,225	0,225	0,225	0,225
	8,757+ +j0,68	-31,15- -j21,15	36,166+ +j23,38	10,864+ +j6,16	8,557+ +j7,107	2,596+ +j2,156	11,768+ +j10,403	3,56+j6,671

При
расчете приведенных нагрузок подстанций
активное сопротивление трансформаторов
намного меньше реактивного обмоток ВН
и НН, обмотка СН является источником
реактивной мощности. В минимальном
режиме работы нагрузок, мощность
отдаваемая электростанцией достаточна
для питания всех потребителей, а
оставшаяся энергия отдается энергосистеме.

1. Нахождение
   предварительного распределения
   мощностей в сети для

режима
наибольших нагрузок.

Условно разрежем
схему, изображенную на рис.1 по источнику
питания.

Рис.
5 Расчетная схема.

км.

где
— суммарная длина всей сети, км;

Рассчитаем
мощности протекающим по плечам между
нагрузками.

(47)

(48)

где-
S_пр
i-приведенные
мощности соответствующих электрических
станций и тяговых подстанций
(МВА),

L
_i
–длины соответствующих участков,(км).

Расчеты для
остальных режимов приведены в таблице
5

Мощности
участков линии.

Таблица
5

Участок ЛЭП	Полная мощность в расчетном режиме, МВА
	наибольших нагрузок	Наименьших нагрузок
Bc	40.3402+j26.4424	-5.4063-j0.443
Bb	24.9078+j15.1276	-8.7237-j5.72
ca	28.5722+j16.0394	-8.9663-j7.114
bA	16.3508+j8.0206	-11.3197-j7.876
Аа		19.8303+j13.274

Режим
максимальных нагрузок

Режим
минимальных нагрузок

Определяем
токи, протекающие по участкам цепи.

(49)

где
S_i—
мощность протекающая по участку, (МВА);

U_ном
– напряжение питающей сети, (В).

Определяем
токи соответствующие участкам цепи по
формуле (49):

Таблица
8 — Токовые нагрузки участков линии

Расчет на основе мощности

При выборе трансформаторов для подстанций, обслуживающих жилые дома, обязательно собирается и анализируется информация о мощностях, которые требуются потребителям. Второй показатель – распределение этих мощностей по времени. Потребление может зависеть от времени суток и сезона. Типовые графики доступны в справочниках.

На предприятиях учитываются технологические особенности оборудования, время включения и выключения, периоды перезагрузки и недогрузки, возможность расширения производства и подключения дополнительных потребителей.

Определять коэффициент загрузки необходимо по формуле:

β =Sр/S, где:

S_р –расчетная загрузка;

S – номинальная загрузка.

Если суточный график имеет большие провалы и пики, значение все равно равное.

Существуют рекомендованные величины коэффициентов:

• 0,65-0,7 – для потребителей первой категории;
• 0,7-0,8 – для потребителей второй категории;
• 0,9-0,95 – для потребителей третьей категории.

К первой категории относятся потребители, которые без электроэнергии могут нанести ущерб, нарушить сложный техпроцесса, вывести из строя дорогостоящее оборудование. Чаще всего у них есть свои источники питания (батареи, аккумуляторы, шины напряжения, собственные электростанции).

Вторая категория – потребители, у которых без электроэнергии возможен брак, простой, нарушения распорядка жизни большого количества частных лиц. Третья категория – все остальные.

Для масляных преобразователей

Для масляных преобразователей допускаются перегрузки:

• 30% – 2 часа;
• 45% – 80 минут;
• 60% – 45 минут;
• 75% – 20 минут;
• 100% – 10 минут.

Для автотрансформатора эти показания относятся к обмотке, которая наиболее нагружена.

Для сухих преобразователей

• 20% – час;
• 30% – 45 минут;
• 40% – 32 минуты;
• 50% – 18 минут;
• 60% – 5 минут.

Перегрузки легче переносят масляные преобразователи.

При установке трансформаторов они проверяются на перезагрузку в аварийной ситуации:

β = Sр/S.

Показатель может достигать 1,7-1,8.

В режиме после аварии

1,4* S≥ Sр.

Уменьшить показатель можно только до величины, позволяющей покрыть нагрузку при выходе из строя одного из преобразователей. Его завышение влечет за собой необходимость в установке дополнительного оборудования. Если на подстанции или предприятии два трансформатора, выбирается значение β= 0,7.

При наличии на подстанции или предприятии суточных графиков работы преобразователей они выбираются в соответствии с ГОСТ 1420985. Как определяют коэффициент нагрузки трансформатора, если графиков нет?

Устройство трансформаторов

Встречается полное непонимание принципов действия трансформатора. Почему малое количество витков выполняется толстым проводом, прочие вопросы – возникают у новичков. Начнем рассмотрением сердечников. Выполняются из ферромагнитных материалов. Чтобы внутри распространялось поле. Именно оно является причиной генерации вторичной обмоткой ЭДС. Майкл Фарадей изготовил сердечник опытного трансформатора (1831 год) из мягкой стали, ввиду выраженности свойств, сегодня поступают иначе:

1. Электротехническая сталь содержит изрядную долю кремния (несколько %), значительно повышает удельное сопротивление материала. Жесткий сплав с долей углерода до 1%. Ферромагнитные свойства выражены нечетко, падают тепловые потери. В первую очередь – на вихревые токи Фуко. Наводятся переменным магнитным полем в железном сплаве, некоторых других материалах. При работе трансформатора резко растут потери с увеличением частоты, повышение удельного сопротивления подмешиванием кремния является эффективной мерой борьбы с указанным явлением. Потери перемагничивания снижаются применением жесткой стали. Марки Э42, 43, 320, 330, 340, 350, 360. Первая цифра указывает процентное содержание кремния (3 – порядка 4,8%), вторая — характеризует магнитные потери, конкретные значения приводятся ГОСТ (например, 3836), не являются определенными.
2. Пермаллой представлен сплавом железо-никель. Характерной особенностью материала становится чрезвычайная высокая магнитная проницаемость. Поле внутри многократно усиливается. Пермаллой применяется в маломощных трансформаторах, где потери перемагничивания не могут быть большими по определению. Маркировка дополнена процентным содержанием металлов, Н указывает никель, Х — хром, С — кремний, А — алюминий.

До 60-х годов стоимость трансформаторов считалась по совокупности материалов, потери волновали мало. Но с 70-х цены на нефть выросли порядком, закономерно поднимая стоимость прочих энергоносителей. Ранее горячекатаную сталь заменили холоднокатаной (ГОСТ 21427.2), имеющую ориентированную структуру зерен. Закономерно повысилась магнитная проницаемость в продольном направлении. Саму сталь нарезают пластинами сообразно этому факту, одновременно блокируется возникновение вихревых токов. Процесс называется шихтованием, слои отделяются друг от друга пленкой лака.

Формула коэффициента трансформации

Технология литья стали, внесение новых свойств являются определяющими. Отвечают наравне с активным сопротивлением меди за возникающие потери, закономерно определяющие КПД устройства. Зависит от параметров сердечника, коэффициента трансформации, магнитный поток несет некоторые потери, ослабляется. Этот факт в полной мере замалчивается в формуле, которую видим на рисунке. Где R1 и R2 — потери в активном сопротивлении меди, факт перемагничивания сердечника замалчивается.

Попутно проанализируем формулу. Видно: активные потери входят таким образом, что коэффициент трансформации повышается. Казалось бы, если требуется понизить напряжение, только на руку, на деле энергия потребляется источником питания, приходится оплатить расход. Вот почему активные потери медных обмоток стремятся сделать нулевыми. Не распространяется без затухания поле, совершенно не учитывается формулой. Чтобы улучшить характеристики трансформатора, приходится выбирать электротехнический сплав.

Другая сторона монеты: активные потери уменьшим, снизив число витков. Требуется повысить магнитную индукцию поля, что требует создания совершенно особых сталей. Другим путем решения проблемы стало использование толстого провода, резко усложняя технологию намотки, одновременно существенно повышая стоимость, габариты изделия. Затем, на высоких частотах эффективность метода снижает скин-эффект, большое сечение создает пространство возникновению вихревых токов. Частично снимает проблему применение транспонированного провода, физически состоящего из большого числа изолированных друг от друга тонких жил (иногда полос). Изоляция эпоксидной смолой после отвердевания придает проводникам прочность.

Касательно трансформаторной стали к решению проблемы потерь (появлению возможности работать с большой индукцией) идут тремя путями:

• Улучшение ориентации доменов (процесс производства).
• Уменьшение толщины листов (сегодня – до 0,27 мм, более тонкая сталь редка).
• Поверхностная обработка стали.

Дополнительные сведения

2.1. Особенность учета витков

Трансформаторы передают энергию из первичной цепи во вторичную посредством магнитного поля. За редким исключением так называемых «воздушных трансформаторов», передача магнитного поля осуществляется по специальным магнитопроводам (из электротехнической стали например, или других ферромагнитных веществ) с магнитной проницаемостью намного большей, чем у воздуха или вакуума. Это концентрирует магнитные силовые линии в теле магнитопровода, уменьшая магнитное рассеивание, а кроме того, усиливает плотность магнитного потока (индукцию) в этой части пространства, занятой магнитопроводом. Последнее приводит к усилению магнитного поля и меньшему потреблению тока «холостого хода», то есть меньшим потерям.

Как известно из курса физики, магнитные силовые линии — концентричные и замкнутые сами на себя «кольца», охватывающие проводник с током. Прямой проводник с током охватывается кольцами магнитного поля по всей длине. Если проводник изогнуть, то кольца магнитного поля с разных участков длины проводника сближаются на внутренней стороне изгиба (подобно витковой пружине, изогнутой набок, с прижатыми витками внутри и растянутыми снаружи изгиба). Этот шаг позволяет увеличить концентрацию силовых линий внутри изгиба и соответственно усилить магнитное поле в той части пространства. Еще лучше изогнуть проводник кольцом и тогда все магнитные линии распределенные по длине окружности «собьются в кучку» внутри кольца. Такой шаг называется созданием витка проводника с током.

Все вышеописанное очень хорошо подходит для трансформаторов без сердечника (либо других случаев с относительно однородной магнитной средой вокруг витков), но абсолютно бесполезно при наличии магнитных замкнутых сердечников, которые, к сожалению, по геометрическим причинам никак не могут заполнить все пространство вокруг обмотки трансформатора. И поэтому, магнитные силовые линии, охватывающие виток обмотки трансформатора находятся в неравных условиях по периметру витка. Одним силовым линиям «повезло» больше и они проходят только по облегченному маршруту магнитопроводника, другим же приходится часть пути проходить по сердечнику (внутри витка), а остальную по воздуху, для создания замкнутого силового «кольца». Магнитное сопротивление воздуха почти гасит такие линии поля и соответственно нивелирует наличие той части витка, которая породила эту магнитную линию.

Из всего вышесказанного и отображенного на рисунке существует вывод — в работе трансформатора с замкнутым ферромагнитопроводом принимает участие не весь виток, а только небольшая часть, которая полностью окружена этим магнитопроводом. Или другими словами — основной магнитный поток, проходящий через замкнутый сердечник трансформатора создается только той частью провода, которая проходит сквозь «окно» этого сердечника. Рисунок показывает, что для создания 2-х «витков» достаточно дважды пропустить провод с током через «окно» магнитопровода, экономя при этом на обмотке.

Коэффициент — трансформация — силовой трансформатор

Коэффициент трансформации силовых трансформаторов определяют для проверки соответствия паспортным данным и правильности подсоединения ответвлений обмоток к переключателям.
 

Измерением коэффициента трансформации силовых трансформаторов проверяется соответствие их паспортным данным и в дополнение к измерению сопротивления постоянному току правильность подсоединения ответвлений к переключателям.
 

Автоматическое изменение коэффициентов трансформации силовых трансформаторов производится для поддержания определенного уровня напряжения на зажимах потребителей электрической энергии.
 

Автоматическое изменение коэффициента трансформации силовых трансформаторов производится для поддержания определенного уровня напряжения на зажимах потребителей электроэнергии. Изменение коэффициента трансформации переключением ответвлений обмоток переключающим устройством происходит скачкообразно. Плавное изменение ко-эффициеша трансформации путем изменения магнитного состояния магни-топровода его подмагничиванием иногда производят для трансформаторов небольшой мощности, предназначенных для питания специальной нагрузки.
 

Небаланс, обусловленный регулированием коэффициента трансформации Nr силовых трансформаторов, может достигать значительной величины.
 

Ступенчатое регулирование осуществляется путем изменения коэффициента трансформации силового трансформатора, первичные обмотки которого включаются на диапазоне больших напряжений в треугольник с отводами, на диапазоне средних напряжений — в треугольник, а на диапазоне малых напряжений — в звезду с использованием отводов. Плавное регулирование напряжения выполнено за счет дросселя насыщения, шесть рабочих обмоток которого включены последовательно с шестью вентилями выпрямительного моста. Принцип работы дросселя насыщения и устройство выпрямителя ВДГ-303 известны из литературы.
 

Каким образом осуществляется автоматическое регулирование коэффициента трансформации силовых трансформаторов.
 

Основным средством централизованного регулирования является автоматическое изменение коэффициента трансформации силовых трансформаторов с помощью РПН. При централизованном регулировании напряжение изменяется во всех точках электрической сети.
 

Если для поддержания заданного уровня напряжения требуется изменить коэффициент трансформации силовых трансформаторов, предусмотрено производить эту операцию устройством 4 через блок управления 9, изменяющим коэффициент трансформации силовых трансформаторов под нагрузкой. Возможно такое воздействие предусматривать сразу, если напряжение на шинах резко изменилось на величину, при которой целесообразно изменить коэффициент трансформации силовых трансформаторов или после того, как исчерпаны регулировочные возможности генераторов.
 

Если для поддержания заданного уровня напряжения требуется изменить коэффициент трансформации силовых трансформаторов, предусмотрено производить эту операцию устройством 4 через блок управления 9, изменяющим коэффициент трансформации силовых трансформаторов под нагрузкой. Возможно такое воздействие предусматривав сразу, если напряжение на шинах резко изменилось на величину, при которой целесообразно изменить коэффициент трансформации силовых трансформаторов или после того, как исчерпаны регулировочные возможности генераторов.
 

Коэффициент — трансформация — трансформатор — напряжение

Коэффициент трансформации трансформатора напряжения выбирают таким, чтобы при номинальном первичном напряжении напряжение вторичной обмотки было 100 В.
 

Коэффициент трансформации трансформаторов напряжения подбирается всегда так, чтобы при нормальной величине напряжения, на которую рассчитана первичная обмотка, от вторичной обмотки получилось бы 100 В.
 

Коэффициент трансформации трансформаторов напряжения определяется сравнением с контрольными трансформаторами напряжения. С этой целью испытуемый и контрольный трансформаторы напряжения с высокой стороны включают на номинальное или близкое к номинальному напряжение. Со стороны низкого напряжения на контрольном и испытуемом трансформаторах включают вольтметры и по их показаниям определяют коэффициент трансформации у испытуемого трансформатора. Снятие характеристики намагничивания трансформаторов тока производится при питании испытуемого трансформатора со стороны вторичной обмотки, при разомкнутой первичной. Характеристика представляет собой зависимость тока во вторичной обмотке от напряжения на ее зажимах. ЛАТР в нулевое положение, включают переключатель и, медленно сдвигая ползунок, устанавливают напряжение, равное 10 в. По амперметру делают отсчет тока при этом напряжении. Записав отсчет, увеличивают напряжение на 10 в и вновь делают отсчет. По результатам отсчета строят характеристики ( фиг. У одинаковых исправных трансформаторов характеристики почти совпадают. При наличии витковых замыканий во вторичной обмотке характеристика располагается ниже.
 

Коэффициенты трансформации трансформаторов напряжения и тока равны: Ки 100, Ki 2 ( X Ваттметр имеет 100 делений, на его шкале написано 5 А, 100 В.
 

Измерение коэффициента трансформации трансформаторов напряжения согласно требованиям завода-изготовителя обязательно только для каскадных ТН на напряжение 150 / 1 / 3 кВ и выше, которые поставляются в разобранном виде и собираются из отдельных блоков на монтажной площадке. Правильность соединения блоков трансформатора контролируется измерением общего коэффициента трансформации. В соответствии с требованиями Норм проверка коэффициента трансформации ТН не обязательна.
 

На погрешность измерения влияет погрешность коэффициента трансформации трансформатора напряжения; поэтому необходимо, чтобы его класс точности был выше класса точности вольтметра. Для измерений высокого напряжения в трехфазных цепях удобно применять схему рис. 11.3, д, в которой для измерений трех линейных напряжений используются только два трансформатора напряжения.
 

Часто при испытаниях оборудования на местах установки проверяют коэффициент трансформации трансформаторов напряжения при помощи двух вольтметров.
 

Аналогично градуируются приборы для измерения напряжения с учетом коэффициента трансформации трансформаторов напряжения.
 

Ср з — первичное линейное напряжение срабатывания защиты; Ки — коэффициент трансформации трансформаторов напряжения, от которых питается защита.
 

При определении показываемой мощности необходимо вводить поправку на коэффициент трансформации трансформаторов тока и на коэффициент трансформации трансформатора напряжения, через которые эти счетчики включаются в сеть.