Параллельная работа трансформаторов. Потери в трансформаторе. КПД трансформатора.

 

Параллельной работой двух или нескольких трансформаторов называется работа при параллельном соединении их обмоток, как на первичной, так и на вторичной сторонах. При параллельном соединении одноименные зажимы трансформаторов присоединяются к одному и тому же проводу сети.

v Условия включения трансформаторов на параллельную работу:

 

1) Равенство коэффициентов трансформации К_т1=К_т2;

2) Принадлежность к одной группе соединения;

3) Равенство напряжений короткого замыкания U_к1=U_к2.

 

Рассмотрим, какое влияние на параллельную работу трансформаторов окажет нарушение указанных условий, предполагая, что поочередно одно из них не соблюдается при наличии двух других.

 

Неравенство коэффициентов трансформации КтI≠КтII

При несоблюдении этого условия, между параллельно включенными трансформаторами возникает уравнительный ток, обусловленный разностью вторичных напряжений трансформаторов ΔU. I_ур= ΔU/(Z_кI+Z_кII)

При нагрузке трансформаторов уравнительный ток накладывается на нагрузочный, при этом трансформатор с меньшим коэффициентом трансформации оказывается перегруженным, а трансформатор с большим коэффициентом трансформации – недогруженным. Так как перегрузка трансформаторов не допустима, то приходиться снижать общую нагрузку.

 

v ГОСТ допускает включение на параллельную работу трансформаторов с различными коэффициентами трансформации, если разница коэффициентов трансформации не превышает ± их среднего значения: Δk=[(Кт1-Кт2)/√ Кт1·Кт2]·100% ≤ 0,5%

Принадлежность к разной группе соединения:

Если включить на параллельную работу два трансформатора с одинаковыми коэффициентами трансформации, но один из них принадлежит к нулевой (Y/Y—0), а другой — к одиннадцатой (Y/Y—11) группам соединения, то линейное напряжение U_2I первого трансформатора, будет больше линейного напряжения U_2II второго трансформатора в √3 раз (U_2I / U_2II =√3).

Кроме того, векторы этих напряжений окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга на угол 30°. В этих условиях во вторичной цепи трансформаторов появится разностное напряжение ∆U. Которое привело бы, к возникновению во вторичной цепи трансформаторов уравнительного тока, в 15—20 раз превышающего номинальный ток нагрузки, т. е, возникла бы аварийная ситуация.

v Поэтому параллельная работа трансформаторов различных групп соединения недопустима.

Неравенство напряжений короткого замыкания U_ктрI≠U_ктрII

Пренебрегая токами х.х., можно параллельно включенные трансформаторы заменить их сопротивлениями к.з. z_kI и z_kII и тогда от схемы, показанной на рисунке а, можно перейти к эквивалентной схеме (рис. б). Известно, что токи в параллельных ветвях распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям:

Умножим обе части равенства на I_IIном ·U_ном/(I_1номU_ном), левую часть — на U_ном/U_ном, а правую часть — на 100/100, получим

 

Затем преобразуем полученное равенство, имея в виду следующее: I₁·U_ном = S₁, и I₁₁·U_ном = S₁₁ — фактическая нагрузка первого и второго трансформаторов соответственно, В-А;

I_1ном ·U_ном= S_1ном и I_11ном ·U_ном =S_11ном номинальные мощности этих трансформаторов, В-A;

 

(I_1ном ·Z_kl/U_ном)·100=u_1k и (I_11ном ·Z_kl1/U_ном) ·100=u_11k — напряжения к.з. трансформаторов, %.

 

В результате получим: (S₁/S_1ном):(S₁₁/S_11ном) или S₁’/ S₁₁’=u_k11/u_k1

где S₁’=S₁/S_1ном, S₁₁’=S₁₁/S_11ном — соответственно относительные мощности (нагрузки) первого и второго трансформаторов.

Из соотношения (4.5) следует, что относительные мощности (нагрузки) параллельно работающих трансформаторов обратно пропорциональны их напряжениям к.з.

v При неравенстве напряжений к.з. параллельно работающих трансформаторов больше нагружается трансформатор с меньшим напряжением к.з. В итоге это ведет к перегрузке одного трансформатора (с меньшим u_к) и недогрузке другого (с большим u_к).

v ГОСТ оговаривает, что при включении на параллельную работу трансформаторов значение U_к любого из них не должно отличаться более чем на ± от среднеарифметического значения U_к всех трансформаторов и отношение номинальных мощностей должно находится в пределах.

v Потери в трансформаторе

 

Электрические ()

Рэ=Рэ1+Рэ2

Рэ=m·I₁²·r1+m·I₂²·r₂^\

Определяются по опыту ____________

 

 

Магнитные ()

Р_м=Р_г+Р_вт

Р_г≡f

Р_вт≡f²

Р_м≡f^1,3

Р_м≡В²

Определяются по опыту ________________

 

v При неизменном первичном напряжении (U₁ = const) магнитные потери постоянны, т.е. не зависят от нагрузки трансформатора.

 

Энергетическая диаграмма трансформатора: