На тему: «Параллельная работа трансформаторов» БИШКЕК 2021 Содержание 1. 2. 3. 4. 5. 6. Введение ………………………………………………………………………..3 Общее устройство трансформаторов…………………………………………4 Классификация трансформаторов…………………………………………….7 Параллельная работа трансформаторов……………………………………..8 Заключение……………………………………………………………………….13 Список литературы………………………………………………………………13 1.Введение Трансформаторы - наиболее распространенные устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности на напряжение до сотен киловольт составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Эти трансформаторы повышают напряжение переменного тока до значений, необходимых для экономичной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения электроэнергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителя значений. Наряду с этим трансформаторы являются элементами электроприводов, нагревательных и других установок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений, необходимых для работы электродвигателей, нагревательных печей и других электроустройств. Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока (ГОСТ Р52002-2003). Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как 2 правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнитомягкого материала. 2.Общее устройство трансформаторов Общее устройство трансформатора видно из представленного рисунка – это магнитопровод, набранный из отдельных пластин; обмотки, выполненные проводом; каркас из изоляционного материала, на котором намотаны обмотки. Рисунок 1. Общее устройство трансформатора 3 Трансформатор, входящий в состав выпрямителя и предназначенный для питания лампового радиоприёмника, имеет следующие обмотки: первичную, включаемую в сеть; вторичную повышающую, дающую выпрямляемое напряжение; вторичную понижающую, дающую напряжение для накала кенотрона; вторичную понижающую, дающую напряжение для накала усилительных ламп радиоприёмника. Иногда между первичной и вторичной обмотками помещается ещё экранная обмотка, предназначенная для защиты приемника от проникновения в него из сети всевозможных помех. Один конец этой обмотки заземляется, а другой изолирован и никуда не включается. Первичная обмотка делается из нескольких секций, позволяющих включать трансформатор в сеть с различным напряжением. Напряжение сети нередко колеблется под влиянием изменения нагрузки. Днем оно бывает нормальным, например 220 В, а вечером падает до 180-190 В, ночью и ранним утром повышается до 230-240 В. В таких случаях первичную обмотку иногда разбивают на ещё более мелкие секции (делают отводы, рассчитанные на напряжение 90, 100, 110, 120, 130, 180, 200, 220 и 240 В). Такая секционированная первичная обмотка позволяет подключать к сети количество витков, соответствующее фактическому напряжению, и таким образом обеспечивает нормальные напряжения для работы приемника. Если от сети с колеблющимся напряжением питается радиоприемник или какое-либо другое радиоустройство, трансформатор которого не имеет подобных мелкосекционированных обмоток, приходится прибегать к помощи автотрансформатора. Последний специально изготовляется с большим числом отводов, переключая которые можно регулировать напряжение, подводимое к приемнику. Вторичная повышающая обмотка силового трансформатора при однополупериодном выпрямлении состоит из одной секции без всяких отводов, а при двухполупериодном выпрямлении она рассчитывается на вдвое большее напряжение и имеет отвод от средней точки. На качество изготовления вторичной обмотки должно быть обращено особое внимание, так как в ней получаются высокие напряжения. Для получения хорошего сглаженного тока при двухполупериодном выпрямлении обе половины повышающей обмотки должны быть совершено 4 одинаковы. Поэтому их лучше наматывать не одну поверх другой, а располагать в соседних секциях каркаса. Накальные обмотки трансформаторов наматываются из относительно толстого провода (1-2 мм). Обмотка накала кенотрона в схеме выпрямителя соединена с плюсом высокого напряжения, поэтому она должна быть особенно тщательно изолирована от сердечника трансформатора, других его обмоток и экрана. Все обмотки трансформатора для лучшего использования его объема и для предохранения от пробоя изоляции проводов следует наматывать аккуратно, виток к витку. Слои обмоток нужно отделить один от другого тонкой пропарафинированной бумагой, а между обмотками прокладывать слой изолировочной ленты, тонкого электрокартона или два-три слоя лакоткани (специально изоляционной ткани, пропитанной лаком). Чтобы крайние витки сползали в щель между щечкой каркаса и краем обмотки и верхние витки не касались нижних, находящихся под большим напряжением один относительно другого, прокладки следует делать на 68 мм шире длины каркаса, а края этой прокладки надрезаны и загнуты. Каркас для намотки трансформатора обычно изготовляется из специального электрокартона или обычного плотного картона. Размеры каркаса определяются размерами стального сердечника трансформатора. Сердечник трансформатора для уменьшения в нем вихревых токов изготовляется из тонких листов (0,35-0,5 мм) специальное трансформаторной стали. Каждая пластина трансформатора с одной стороны оклеивается тонкой папиросной бумагой или покрывается слоем изолирующего лака. Используемые в настоящее время трансформаторные пластины чаще всего имеют Ш-образную форму. Применяются также пластины Г-образной формы. Рисунок 2. Виды пластин в сердечнике трансформатора 5 После намотки трансформатора каркас должен быть возможно плотнее заполнен трансформаторной сталью. Набивать силовой трансформатор надо вперекрышку: на то место, где был стык пластин, следующие пластины класть сплошной частью. Все пластины кладутся изолированной поверхностью в одну сторону. Пластины трансформатора должны быть туго стянуты болтами, проходящими через специальные отверстия. Если пластины не имеют отверстий, они стягиваются при помощи стальных обжимок или деревянных брусочков. 3. Классификация трансформаторов Трансформаторы можно классифицировать по признаку функционального назначения как: трансформаторы питания и трансформаторы согласования. Рассмотрим трансформаторы питания, их можно классифицировать 1. По напряжению: низковольтные высоковольтные высокопотенциальные 2. В зависимости от числа фаз преобразуемого напряжения однофазные трёхфазные 3. В зависимости от числа обмоток двухобмоточные многообмоточные 4. В зависимости от конфигурации магнитопровода стержневые броневые тороидальные 5. В зависимости от мощности 6 малой мощности средней мощности большой мощности 6. В зависимости от способа изготовления магнитопровода пластинчатые ленточные 7. В зависимости от коэффициента трансформации: повышающие понижающие 8. В зависимости от вида связи между обмотками: с электромагнитной связью (с изолированными обмотками) с электромагнитной и электрической связью(со связанными обмоками) 9. В зависимости от конструкции обмотки: катушечные галетные тороидальные 10. В зависимости от конструкции всего трансформатора открытые капсулированные закрытые 11. В зависимости от назначения: выпрямительные накальные анодно-накальные и т.д. 12. В зависимости от рабочей частоты трансформаторы делят на трансформаторы: пониженной частоты (менее 50 Гц) промышленной частоты (50 Гц) повышенной промышленной частоты (400, 1000, 2000 Гц) повышенной частоты (до 10000 Гц) высокой частоты 4.Параллельная работа трансформаторов Параллельная работа трансформаторов – подключение трансформаторов на совместную работу, при таком подключении соединяются между собой одноименные выводы обмоток со стороны высокого напряжения и выводы обмотки сторон низкого напряжения. Соединение только первичных, или только вторичных обмоток между собой не следует смешивать с параллельной работой трансформаторов. Такое соединение определяется, как совместная работа двух трансформаторов. При необходимости включения трансформаторов на параллельную работу во избежание негативных последствий для оборудования необходимо 7 учитывать несколько факторов. Рассмотрим подробно условия включения силовых трансформаторов на параллельную работу. Рис.1 включение трансформаторов на параллельную работу 5.Условия при которых возможна параллельная работа трансформаторов При включении двух (или более) трансформаторов на параллельную работу соединяют друг с другом одноименные выводы как на первичной, так и на вторичной сторонах. Параллельная работа трансформаторов считается нормальной, когда между ними отсутствуют уравнительные токи, нагрузочные токи распределяются пропорционально их мощностям и токи нагрузки совпадают по фазе. Условия при которых возможна параллельная работа трансформаторов, следующие: одинаковые группы соединений обмоток; равные коэффициенты трансформации; одинаковые напряжения короткого замыкания (допускается включение на параллельную работу при разнице в напряжениях короткого замыкания не более 10%); отношение мощностей параллельно работающих трансформаторов должно быть не более 3 : 1. Произведена фазировка трансформаторов 8 Перед включением трансформаторов на параллельную работу производят их фазировку на стороне напряжения до 1000 В. Если вторичные обмотки трансформаторов соединены в треугольник (рис. а) или звезду без нулевой точки, то фазировку выполняют следующим образом: соединяют одну из фаз одного трансформатора с какой-либо фазой другого трансформатора и вольтметром отыскивают одноименные фазы на остальных четырех зажимах. На одноименных фазах показания вольтметра будут нулевыми, и если концы этих фаз расположены друг против друга, то трансформаторы включают на параллельную работу. Вольтметр должен иметь шкалу на двойное линейное напряжение, так как при несовпадении фаз напряжение между зажимами может быть равно двойному линейному напряжению. Если ни одно из измерений не дает нулевого показания, меняют местами подводящие концы со стороны питания у фазируемого трансформатора и снова повторяют фазировку. При наличии нулевых выводов у вторичных обмоток для фазировки соединяют нулевые выводы обоих трансформаторов. Если нулевые выводы трансформаторов заземлены наглухо, дополнительного соединения делать не следует. Вольтметром, имеющим шкалу на линейное напряжение, определяют одноименные фазы (рис. б). На этих фазах показания вольтметра будут нулевыми, и если концы этих фаз расположены друг против друга, то трансформаторы включают на параллельную работу. Если при фазировке не получится нулевых показаний вольтметра, фазировка невозможна и трансформаторы включать на параллельную работу нельзя. Рис. Схема фазировки трансформаторов 5.1.Равенство групп соединения обмоток 9 Существует несколько групп соединений обмоток трансформатора. Каждая группа отличается своим углом сдвига фаз первичного и вторичного напряжений. Поэтому если включить два трансформатора с разными группами соединения обмоток на параллельную работу, то это приведет к возникновению больших уравнительных токов в обмотках, которые приведут к выходу из строя трансформаторы. Поэтому первым условием включения трансформаторов на параллельную работу является равенство их групп соединений обмоток. 5.2.Номинальная мощность трансформаторов Второе условие, необходимое для возможности включения трансформаторов на параллельную работу – соотношение их номинальной мощности не более 1 к 3. Например, если номинальная мощность одного силового трансформатора 1000 кВА, то он может быть включен на параллельную работу с другим трансформатором, мощностью от 400 кВА до 2500 кВА – все величины из данного диапазона мощности в соотношении с мощностью 1000 кВА не более 1 к 3. Параллельная работа трансформаторов с различной номинальной мощностью: Рис. Параллельная работа трансформаторов с различной мощностью 5.3.Номинальное напряжение обмоток, коэффициент трансформации Третье условие – равенство номинальных напряжений обмоток подключаемых на совместную работу трансформаторов. Если напряжение на вторичных обмотках трансформаторов будет отличаться, то это приведет к возникновению уравнительных токов, которые в свою очередь приводят к падениям напряжения и нежелательным потерям. Допускается незначительное отклонение напряжений разница коэффициентов трансформации в пределах до 0,5%. 10 На трансформаторах, где предусмотрена возможность регулировки коэффициента трансформации путем увеличения или уменьшения количества витков обмотки, нужно учитывать положение переключающих устройств – ПБВ или РПН. При необходимости посредством применения данных устройств можно откорректировать напряжение на трансформаторе до требуемых значений, после чего можно соединять вторичные обмотки – включать трансформаторы на параллельную работу. 5.4.Напряжение короткого замыкания На каждом трансформаторе в паспорте указывается такой параметр, как напряжение короткого замыкания. Эта величина показывает процентное соотношение к номинальному напряжению первичной обмотки силового трансформатора, которое необходимо подать на первичную обмотку, чтобы по обмотке протекал номинальный ток, при замкнутых накоротко выводах вторичной обмотки. Напряжение короткого замыкания характеризует внутреннее сопротивление обмоток силового трансформатора. Поэтому если включить параллельно трансформаторы с разными показателями напряжения короткого замыкания, то внутренние сопротивления трансформаторов будут непропорциональны и при подключении нагрузки трансформаторы будут нагружены неравномерно: один из трансформаторов может быть перегружен, а другой недогружен. В данном случае нагрузка будет распределяться обратно пропорционально напряжению короткого замыкания – то есть трансформатор с меньшим значением напряжения КЗ будет перегружен. Поэтому четвертым условием включения трансформаторов на параллельную работу является равенство напряжений короткого замыкания. Допускается разница напряжений короткого замыкания на 10%. 6.Распределение нагрузки между трансформаторами разной мощности При необходимости включения трансформаторов на параллельную работу возникает вопрос: а как будет распределена нагрузка между трансформаторами разной номинальной мощности? При соблюдении вышеперечисленных условий нагрузка на трансформаторах будет распределена пропорционально, в соответствии с их номинальными мощностями. Но, не смотря на соответствие паспортных данных вышеприведенным условиям, фактические параметры включаемых на параллельную работу трансформаторов могут немного отличаться. В первую очередь это связано с техническим состоянием трансформатора, возможными несоответствиями, допущенными на производстве либо внесенными изменениями в конструкцию при выполнении ремонтно-восстановительных работ. В таком случае при 11 включении трансформаторов на параллельную работу может наблюдаться непропорциональное распределение нагрузки. Возможный вариант решения данной проблемы - изменение коэффициента трансформации переключением устройства ПБВ или РПН. В данном случае необходимо экспериментально откорректировать напряжение на вторичной обмотке трансформаторов таким образом, чтобы на обмотке недогруженного трансформатора напряжение было выше, чем на другом трансформаторе. После выбора трансформаторов с учетом вышеприведенным условий необходимо выполнить еще одно важное условие – соблюсти фазировку при подключении выводов вторичных обмоток во избежание создания аварийной ситуации в электросети – междуфазного короткого замыкания. То есть перед тем как соединить выводы вторичных обмоток необходимо убедиться в том, что будут подключены одноименные выводы – для этого выполняется пофазная проверка специальными указателями для фазировки. При включении трансформаторов на параллельную работу не менее важно правильно выбрать оборудование для их подключения к электрической сети. Выбор коммутационных аппаратов и соединительных токопроводов по стороне ВН и НН трансформаторов осуществляется по номинальному току обмоток трансформатора с учетом допустимых кратковременных перегрузок. Защитные аппараты – высоковольтные выключатели, автоматически выключатели или предохранители должны быть выбраны таким образом, чтобы обмотки не подвергались перегрузкам выше допустимых значений, были защищены от возможных коротких замыканий в электрической сети. 7.Заключение Необходимость параллельной работы. При нескольких параллельно работающих трансформаторах можно без уменьшения требуемой для потребителей мощности ремонтировать выходящие из строя трансформаторы, иметь резерв при выходе из строя отдельных трансформаторов, отключать часть трансформаторов при уменьшении нагрузки (для уменьшения потерь), равномерно распределять нагрузку между трансформаторами. Эти преимущества привели к широкому распространению параллельной работы трансформаторов. 8.Список используемой литературы 1. Боровик С.С., Бродский М.А. Ремонт и регулировка бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Вышэйшая школа. Минск, 1989. 12 2. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины. Т.1. Высшая школа. М., 1987. 3. Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры, Москва «Радио и связь», 1994. 4. http://elcs.narod.ru/articles2.html 5. http://model.exponenta.ru/electro/0070.htm 6. Основы теории цепей, Г. И. Атабеков, Лань, С-Пб.,-М.,Краснодар, 2006. 7. Электрические машины, Л. М. Пиотровский, Л., «Энергия», 1972. 8. Силовые трансформаторы. Справочная книга/Под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина. М.:Энергоиздат 2004. -- 616 с ISBN 5-98073-004-4 9. Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромех. спец. вузов/Б. Н. Сергеенков, В. М. Киселёв, Н. А. Акимова; Под ред. И. П. Копылова. -- М.: Высш. шк., 1989--352 с ISBN 5-06-000450 10. Электрические машины, А. И. Вольдек, Л., «Энергия», 1974. 11. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. -- М.: Энергия, 1981--392 с. 13
