Особенности конструкции и режимы работы автотрансформаторов

В установках 110 кВ и выше широкое применение находят автотрансфор­маторы большой мощности. Объясняется это рядом преимуществ, кото­рые они имеют по сравнению с трансформаторами.

Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки ОВ и ОС (рис. 2.34). Часть обмотки, заключенная между выводами В я С, называется последовательной, а между С и О — общей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток /_в, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток /₀. Ток нагрузки вторичной об­мотки 1_С складывается из тока /_в, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока /₀, созданного магнитной связью этих обмоток: 1_С = 1в + h, откуда 1₀ = 1_с — 1в-

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

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

S = U_BI_B * U_CI_C.

Преобразуя правую часть выражения, получаем:

S = U_BI_B = [_{U_B - U_с) + 1/_с] h = (Uв ~ V_c) h + U_CI_B, (2.10)

где (U в — U _с) I_B = S_T -трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную; U_CI_B = — S₃ — электрическая мощность,переда­ваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без транс­формации.

Эта мощность не нагружает общей обмотки, потому что ток 1_В из последовательной об­мотки проходит на вывод С, минуя обмотку ОС.

В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотранс­форматора S = S_HOM, 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_вс = Uв/Uс — коэффициент трансформации; k_выгод — коэффициент выгод­ности или коэффициент типовой мощности.

Из (2.11) следует, что чем ближе U_B к U_c, тем меньше k_выгод 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.

Например, при U_B = 330 кВ, U_c = 110 кВ k_выгод = 0,667, а при U_B = 550 кВ, U_c = 330 кВ k_выгод = 0,34.

Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов при соче­тании напряжений 220/110; 330/150; 500/220; 750/330.

Из схемы (рис. 2.34) видно, что мощность последовательной 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_Tlra 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 (генератрров и синхронных компенсаторов), а в некоторых слу­чаях служит лишь для компенсации токов третьих гармоник. Мощность обмотки НН S_H не может быть больше S_Tm, так как иначе размеры авто­трансформатора будут определяться мощностью этой обмотки. Номи­нальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных авто­трансформатора.

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

(U_B /√3 вместо (U_B — U_C)/√3 ), напряжение выводов обмотки СН возрастет примерно до U_B, 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:

§ меньший 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;

§ более легкие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов:

§ необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к уве­личению токов однофазного КЗ;

§ сложность регулирования напряжения;

§ опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электри­ческой связи обмоток ВН и СН.

Дата добавления: 2014-01-07