Силовые трансформаторы в системе электроснабжения

Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием, обеспечивающим передачу и распределение электрической энергии от электростанций к потребителям.

С помощью силовых трансформаторов осуществляется повышение напряжения до величин, необходимых для линий электропередач энергосистемы (35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ), а также многократное ступенчатое понижение напряжений до величин, применяемых непосредственно в приёмниках электроэнергии (10; 6,3; 0,66; 0,38; 0,22; 0,127 кВ).

На повысительных и понизительных подстанциях применяют трехфазные трансформаторы или группы однофазных трансформаторов с двумя или тремя раздельными обмотками. В зависимости от числа обмоток трансформаторы разделяют на двух- и трехобмоточные. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжения сокращенно обозначают ВН, СН, НН. Силовые трансформаторы в зависимости уровней напряжений обмоток имеют широкий диапазон номинальных мощностей (приводятся в справочниках).

Для компенсации потерь напряжения в электрических сетях повышающие трансформаторы имеют на высшей стороне напряжение на 10% выше номинального напряжения сети, а понижающие – низшее напряжение, на 5-10% выше номинального напряжения сети.

Каждый трансформатор характеризуется номинальными данными, к которым относятся:

- номинальная мощность, S_ном, кВА;

- номинальные токи первичной и вторичной обмоток трансформатора, I₁,А; I₂, А;

- потери холостого хода ΔР_хх, кВт;

- потери короткого замыкания, ΔР_к (или потери в меди ΔР_м), кВт;

- напряжение короткого замыкания, u_к, %;

- ток холостого хода i_хх (или i₀), %;

- группа соединения обмоток трансформатора;

- вид охлаждения.

Номинальная мощность трансформатора указывается в его паспорте или на заводской табличке.

Напряжения короткого замыкания – это напряжение, которое необходимо подвести к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в замкнутой обмотке протекал номинальный ток. Напряжение КЗ в процентах от номинального, отнесенное к мощности наиболее мощной обмотки, приводится в каталогах. В зависимости от мощности трансформатора u_к = 4,5 – 12 %.

Ток холостого хода трансформатора – это ток, который при номинальном напряжении устанавливается в одной обмотке при разомкнутой другой обмотке. Потери холостого хода ΔР_хх определяются током i_хх, выраженным в процентах от тока соответствующей обмотки.

Важным параметром подключения трансформатора к сети является группа и схема соединения его обмоток.

Возможны 4 схемы соединения обмоток трансформатора: звезда –Y; звезда с выводом нулевой точки – Y-o; треугольник – Δ; зигзаг – Z.

Группой соединения называют угловое (кратное 30º) смещение векторов между одноименными вторичными и первичными линейными напряжениями холостого хода трансформатора. Группа соединений указывается числами от 0 до 12, например, цифра 11 – соответствует угловому сдвигу между векторами линейных напряжений трансформатора равному 30 × 11 = 330º.

На электростанциях и подстанциях наиболее распространены следующие схемы и группы соединений двухобмоточных трансформаторов: «звезда – звезда с нулевым выводом» (Y/Y-o – 12); «звезда – треугольник» (Y/Δ – 11) или (Y-o/Δ – 11). В трехобмоточных трансформаторах наиболее часто применяется следующая схема и группа соединений «звезда – звезда с нулевым выводом – треугольник » (Y/Y-o/Δ – 11).

Изменение коэффициента трансформации, а следовательно регулирование напряжения можно осуществлять при включенном трансформаторе (под нагрузкой) или отключенном трансформаторе. Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) применяют на электростанциях и районных подстанциях. Регулирование напряжения трансформаторов при отключенной нагрузке (ПБВ) производится на подстанциях (цеховых) промышленных предприятий.

Номинальные токи обмоток трансформаторов приводятся в каталогах. Под номинальной нагрузкой принято понимать такую нагрузку, равную номинальному току, которую трансформатор может нести непрерывно в течение всего срока службы (20 – 25 лет) при номинальных температурных условиях. Номинальным температурным условиям при установке трансформатора на открытом воздухе соответствуют следующие значения температуры: Т_макс =40º; Т_ср.год = 5º.

В процессе работы трансформатора происходит старение его изоляции. На старение и срок службы изоляции трансформатора основное влияние оказывает температура нагрева его обмоток, зависящая от нагрузки и условия охлаждения трансформатора. Температура нагрева трансформатора обычно контролируется по температуре верхних слоев масла и не должна превышать 95º.

Для всех трансформаторов в зависимости от условий эксплуатации, могут быть допущены перегрузки. Силовые трансформаторы допускают перегрузки в часы максимума нагрузки за счет недогрузки в часы минимума нагрузки потребителей. Перегрузочную способность различных типов трансформаторов можно оценить с помощью кривых, вид которых представлен на рис. 4.3.

 

 

Рис 4.3. Кривые перегрузочной способности трансформаторов

 

На рисунке обозначено: к₁ = I_экв.0/I_ном.т - отношение эквивалентной начальной нагрузки к номинальной нагрузки трансформатора; к₂ = I_{экв.макс}/I_ном.т – отношение эквивалентного максимума нагрузки к номинальной нагрузке трансформатора (коэффициент перегрузочной способности трансформатора).

Допускаемая перегрузка трансформатора в часы максимума нагрузки определяется соотношением

S_доп = к₂ S_ном.т (4.3)

 

Для отвода тепла работающего трансформатора чаще всего используют трансформаторное масло, которое выполняет две функции: изоляции и охлаждающей среды. В зависимости от мощности трансформатора применяют различные способы охлаждения. Способы охлаждения указываются в маркировке трансформатора следующими буквенными обозначениями:

- М – естественное масляное охлаждение;

- Д – масляное охлаждение с воздушным дутьем;

-ДЦ – масляное охлаждение с воздушным дутьем и принудительной циркуляцией масла;

- МВ – масляно-водяное охлаждение с естественной циркуляцией масла;

- С – сухой, с естественным воздушным охлаждением и т.д.