» »

Как посчитать номинальный ток трансформатора. Короткие замыкания на выводах низшего (среднего) напряжения - Защита трансформаторов распределительных сетей

Страница 5 из 24

4. Короткие замыкания на выводах низшего (среднего) напряжения понижающего трансформатора
В современных распределительных сетях к «низшим» напряжениям условно относят напряжения 0,4, 0,66, 6 и 10 кВ, к «средним» - 20 и 35 кВ, а к «высшим» 110 и 220 кВ. В отношении двухобмоточных трансформаторов это деление тем более условно, что, например, для трансформатора 10/0,4 кВ напряжение 10 кВ оказывается «высшим». Однако у трехобмоточных трансформаторов, например 110/35/10 кВ, действительно имеется высшее, среднее и низшее напряжения. В обозначении трансформатора обычно указывается только высшее напряжение.
Распределение токов в обмотках трансформатора при к. з. на его выводах низшего (среднего) напряжения зависит от схемы и группы соединения обмоток.
Понижающие силовые масляные трансформаторы общего назначения класса напряжения 110 кВ (ГОСТ 12965-74) имеют схемы и группы соединения обмоток Y/Y/A-0-11 и им подобные: У/А/Д-И-П, Y/A-ll, Y/A-A-U.
Понижающие двухобмоточные трансформаторы 20 и 35 кВ (ГОСТ 12022-76 для трансформаторов 25-630 кВ-А и ГОСТ 11920-73 для трансформаторов от 1 до 80 MB-А) выпускаются со схемами соединения обмоток У/Д-11 при низшем напряжении 6 или 10 кВ, и со схемами Y/Y-0, Л/Y-H и У/У (звезда - зигзаг) при низшем напряжении 0,4 кВ. Согласно этим же ГОСТ трансформаторы 6 и 10 кВ могут иметь схемы соединения Y/Y-0, Д/>М1 (начиная с мощности 160 кВ-А)
и у/у.
Наибольший интерес для выполнения защиты трансформаторов представляют два вида несимметричных к. з. за трансформаторами с этими схемами соединения обмоток - двухфазное к. з. и однофазное к.з. (последнее только для трансформаторов со схемой соединения обмотки низшего напряжения в звезду с заземленной нейтралью У). При этом для выполнения защиты необходимо знать численные значения и фазные соотношения токов со всех сторон защищаемого трансформатора, поскольку место установки защиты и место к.з. не обязательно совпадают. Более того, на трансформаторах небольшой мощности защита может устанавливаться только на питающей стороне. Для удобства и наглядности сравнения токов, проходящих на разных сторонах трансформатора, условно считают, что коэффициент трансформации трансформатора N = 1 и токи нагрузки отсутствуют.
Двухфазное к.з. за трансформатором со схемой соединения обмоток У/Д-11. Как известно, 11-й или 11-часовой группой соединения называется такое соединение обмоток высшего (ВН) и низшего (НН) напряжений трансформатора соответственно в звезду (У) и в треугольник (Л), при которой векторы линейных токов на стороне треугольника (1анн, /в /у/у, 1с нн) опережают на 30° векторы токов соответствующих фаз на стороне звезды (рис. 1-3), считая градусы по принятому положительному направлению вращения векторов против часовой стрелки. Если установить вектор тока на стороне звезды (например, 1 а вн) совпадающим с минутной стрелкой обычных часов, а вектор тока той же фазы на стороне треугольника (1а нн) -с часовой стрелкой, то часы покажут 11 ч.
На рис. 1-3 показаны векторные диаграммы токов в обмотках высшего и низшего напряжения, из которых видно, как образуется угловой сдвиг между векторами токов на сторонах ВН и НН трансформатора У/Л-11. Например, в фазе Анн проходит линейный ток, равный геометрической разности фазных
токов /а - /в, проходящих в обмотке НН, соединенной в треугольник. Вектор линейного тока /аяя = /а -/в сдвинут на 30° относительно вектора фазного тока /а, совпадающего по фазе с вектором 1а вн. Поскольку число витков обмоток, соединенных в треугольник, в л/3 раз больше числа витков обмоток, соединенных в звездузначения фазных то
ков, проходящих в обмотке НН, в д/3 раз меньше, чем токов, проходящих в обмотке ВН (например, Iabh/1a = V^)- Но
значения линейных токов на стороне НН в V3 раз больше фазных (рис. 1-3, г), и, следовательно, значения токов на сторонах ВН и НН трансформатора У/Д-11 оказываются равными (при принятом выше условном коэффициенте трансформации N - 1).
При двухфазном к. з. на стороне НН векторная диаграмма токов в месте к.з. аналогична показанной на рис. 1-1,6. Для того чтобы построить векторную диаграмму токов на стороне

Рис. 1-3. Распределение рабочих токов в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/A-11 (а), векторная диаграмма токов на стороне ВН (б), векторные диаграммы фазных (в) и линейных (г) токов на стороне НН, векторная диаграмма токов фазы А на сторонах ВН и НН (д)
BII, воспользуемся методом симметричных составляющих, который очень широко применяется в релейной защите . В соответствии с этим методом несимметричная векторная диаграмма токов в месте двухфазного к.з., состоящая только из двух векторов, может быть представлена двумя симметричными векторными диаграммами токов прямой и обратной последовательностей (рис. 1-4, tf).
Для проверки правильности этих диаграмм произведем геометрическое сложение векторов токов прямой и обратной последовательностей каждой фазы:
В результате этого геометрического сложения получается векторная диаграмма полных токов, соответствующая исходной диаграмме полных токов при двухфазном к. з. фаз В и С.
Аналогичные диаграммы токов будут при двухфазных к. з. между другими фазами: А и В (/с = 0), А и С (/в = 0). В распределительных сетях значения векторов lf] и /г2) равны между собой и составляют половину тока трехфазного к. з.

Рис. 1-4. Распределение токов и векторные диаграммы токов при двухфазном к. з. за трансформатором со схемой соединения Y/A-11: а - поясняющая схема и распределение токов на сторонах ВН и НН; б и в - векторные диаграммы токов прямой и обратной последовательностей и полных токов на сторонах ВН и НН соответственно


Значения полных токов в поврежденных фазах (В и С на рис. 1-4, в) в УЗ раз больше:

т. е. ток при двухфазном к. з. несколько меньше, чем при трехфазном, о чем уже упоминалось в § 1-3.
Для построения векторной диаграммы полных токов на стороне ВН трансформатора Y/A-11 необходимо:
векторную диаграмму токов прямой последовательности стороны НН повернуть на -30° (по часовой стрелке);
векторную диаграмму токов обратной последовательности стороны НН повернуть на +30° (против часовой стрелки).
Эти повороты вызваны наличием углового сдвига между токами на сторонах ВН и НН (рис. 1-3). После построения векторных диаграмм прямой и обратной последовательностей на
стороне ВН (рис. 1-4,6) производится геометрическое сложение векторов iT и 1{? каждой фазы. В результате получается характерная векторная диаграмма токов, согласно которой в одной из фаз на стороне ВН (звезды) значение тока в 2 раза больше, чем в других фазах, и равно току трехфазного к. з. за таким же трансформатором (рис. 1-4,6). При этом векторы большего тока и двух меньших направлены в противоположные стороны.
Двухфазное к.з. за трансформатором со схемой соединения обмоток A/Y- Этот случай отличается от предыдущего лишь тем, что при трансформации симметричных составляющих тока к.з. со стороны НН (звезды) на сторону ВН (треугольника) векторная диаграмма токов прямой последовательности поворачивается на +30° (против часовой стрелки), а векторная диаграмма токов обратной последовательности - на -30° (по часовой стрелке). В результате получается такая же характерная векторная диаграмма полных токов, согласно которой один из линейных токов на стороне ВН (треугольника) в 2 раза больше двух других и равен току трехфазного к.з. за таким же трансформатором. По сравнению с предыдущим случаем эта векторная диаграмма повернута на 180° и больший из токов соответствует другой фазе (В), но для выполнения токовых защит, которыми оборудуются подобные трансформаторы, это не имеет значения. Важно лишь то, что при любом двухфазном к. з. за трансформатором У/Д-11 или Д/У-11 ток в одном из выводов со стороны ВН равен току 1к\ в двух других - по 0,5/(к3), а направления большего и двух меньших токов противоположны. Это распределение токов учитывается при выполнении и анализе защиты трансформаторов с таким соединением обмоток.
Двухфазное к. з. за трансформатором со схемой соединения обмоток Y/Y-0. Такое соединение обмоток имеет место у трансформаторов Y/Y-0, а также у двух обмоток в трехобмоточных трансформаторах У/У/Д или У/Д/У. Поскольку при таком соединении обмоток отсутствует угловой сдвиг между токами на сторонах ВН и НН (поэтому группа соединений и называется 0-й или 12-й) векторная диаграмма токов на -стороне ВН полностью соответствует векторной диаграмме токов на стороне НН. Таким образом на стороне ВН токи к.з. проходят только в двух, поврежденных, фазах, они равны между собой и векторы их направлены в противоположные стороны (так же как на рис. 1-1, б).
Однофазное к.з. на землю за трансформатором У/У-0 (рис. 1-5). Векторная диаграмма тока в месте однофазного к.з., состоящая из одного вектора /к\ является несимметричной и может быть представлена тремя симметричными векторными диаграммами токов прямой, обратной и нулевой последовательностей . Эти диаграммы показаны на рис. 1-5, в. Для проверки можно произвести геометрическое сложение симметричных составляющих токов каждой из трех баз:

Все симметричные составляющие имеют равные значения,
в том числеа сумма этих составляющих
равнаПоэтому ток при однофазном к. з. на землю часто
называется утроенным током нулевой последовательности.

Рис. 1-5. Распределение токов и векторные диаграммы токов при однофазном к. з. на землю за трансформатором со схемой соединения обмоток Y/Уа - поясняющая схема и распределение токов на сторонах ВН и НН; б и в - векторные диаграммы токов прямой, обратной и нулевой последовательностей и полных токов на сторонах ВН и НН соответственно
Для построения векторной диаграммы полных токов на стороне ВН нужно учесть, что составляющие нулевой последовательности не могут проходить по обмотке ВН, соединенной в звезду без выведенной и заземленной нулевой точки (нейтрали), поскольку токи /о во всех фазах имеют одно направление (рис. 1 5, в). Следовательно, на сторону ВН трансформируются симметричные составляющие только прямой и обратной последовательностей, причем без поворота векторов, так как рассматривается трансформатор 12-й группы. В результате геометрического сложения векторов Л1) и /г1) каждой фазы получается характерная векторная диаграмма токов (рис. 1-5,6), согласно которой в одной из фаз (поврежденной) на стороне ВН значение тока в 2 раза больше, чем в других фазах, и равно 2/3 тока однофазного к. з., проходящего на стороне НН. Еще раз напомним, что токи сравниваются по значению при условно принятом коэффициенте трансформации трансформатора, равном 1.

Как видно из рис. 1-5 вектор большего тока на стороне ВН направлен в противоположную сторону по отношению к векторам
двух меньших токов, равных -g- /к°. Векторная диаграмма на рис. 1-5,6 имеет только внешнее сходство с векторной диаграммой на рис. 1-4, б.
Однофазное к. з. на землю за трансформатором Л/У-11 (рис. 1-6). Векторные диаграммы токов в месте однофазного к. з. на стороне НН (рис. 1-6, в) имеют точно такой же вид, как на рис. 1-5, в. Для построения векторной диаграммы полных токов

Рис. 1-6. Распределение токов и векторные диаграммы токов при однофазном к. з. на землю за трансформатором со схемой соединения обмоток Д/^-11: а - поясняющая схема и распределение токов на сторонах ВН и НН\ б и в - векторные диаграммы токов прямой, обратной и нулевой последовательностей и полных токов на сторонах ВН и НН соответственно
на стороне ВН необходимо векторную диаграмму токов прямой последовательности стороны НН повернуть на +30° (против часовой стрелки), а векторную диаграмму токов обратной последовательности стороны НН - на -30° (по часовой стрелке;. Кроме того, надо учесть, что симметричные составляющие нулевой последовательности, имеющие одинаковое направление i о всех фазах, замыкаются в обмотке В#, соединенной в треугольник, и поэтому в линейных токах на стороне ВН отсутствуют. Произведя геометрическое сложение векторов l

1. Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении.

ООО «ПТК «Запчастьэнерго» производит и реализует различные обмотки для масляных силовых трансформаторов. Обмотки как правило используются в качестве зап.частей для ремонта масляных силовых ТМ.

Обмотка трансформатора представляет собой совокупность витков, которая образует электрическую цепь, в которой образуется электродвижущая сила, индуктированная в отдельных витках. Обмотка трансформатора содержит обмоточный провод, изоляционные детали, предусмотренные конструкцией; изоляция создает необходимые каналы для охлаждения, препятствует их смещению под действием электромагнитных сил, защищает от электрического пробоя. Обмотки трансформаторов отличаются количеством витков, типом и направлением намотки, количеством параллельных проводов в витке, схемой присоединения отдельных частей обмотки между собой.

Алюминиевый и медный провод прямоугольного и круглого сечений по ГОСТ 6324:52, ГОСТ 9761:61 применяют для обмоток силовых трансформаторов. Медные и алюминиевые трансформаторные обмотки применяются для трансформаторов мощностью 20-1000 кВА. Медь, в отличии от алюминия, наделена более высокой теплопроводностью, большей эластичностью, повышенной механической прочностью. Предел прочности при растяжении медных проводов в 3,5 раза больше, чем алюминиевых, поэтому в трансформаторах с высокой мощностью не рекомендуется применять алюминиевую обмотку.

Так как трансформаторы бывают различными по напряжению, то и обмотки будут отличаться. У них может отличаться тип намотки и ее направление, количество витков и параллельных проводов них, а также схемой соединения отдельных частей в целую систему. Чтобы сделать обмотку масляного трансформатора используют провода с эмалевой или хлопчатобумажной изоляцией. В силовых трансформаторах используют провода из стекловолокна, которое устойчиво к перепаду температур.

По тому, как располагается обмотка, выделяют следующие ее виды:

  • Концентрическая. Они имеют цилиндрическую форму и располагаются на магнитном проводе. В этом случае обмотки НН (низкого напряжения) и ВН (высокого напряжения) располагаются напротив друг друга. Как правило, ближе к проводу расположена НН обмотка.
  • Чередующаяся – это обмотка НН и ВН трансформатора. Они меняются местами вверх по оси стержня. При сильном напряжении изолировать обмотки бывает трудно. Именно поэтому чаще всего прибегают к первому варианту.

Обмотки многослойные цилиндрические обмотки

Чтобы сделать данный тип, используют закругленные провода, или провода прямоугольной формы. Они должны располагаться не одним слоем, при этом между каждым необходима изоляция. Если слоев много, то обмотка делится на 2 концентрические катушки, а между ними будет охладительный канал.

Катушечные цилиндрически обмотки из множества слоев

Они состоят из большого количества дисковых катушек и наматываются из круглого провода. Между катушками также могут расположиться каналы для охлаждения. Как правило, данный вид обмотки применяют на стороне ВН.

Цилиндрическая обмотка из одного слоя

С помощью одного или нескольких проводов их наматывают вверх по линии. Обмотка должна располагаться на торце, по обе его стороны

Цилиндрическая обмотка из двух слоев

Принцип намотки в данном случае такой же, как и в первом варианте, только провод располагается двумя слоями. Оба вида не должны превышать количество 4-х проводов на одном витке. Данный вид используют для напряжения низшего (НН). Мощность трансформатора с обмоткой из двух слоев не должна превышать более 550 киловатт.






















Обмотка трансформатора из алюминиевого провода (основные типоразмеры):


Условное
обозначение обмотки
Тип трансформатора
Сторона
Схема соединения
Напряжение, кВ
Габаритные
размеры, мм
Высота Внутр.диаметр Наруж.диаметр
В 4-25-10/0,4
 ТМ-25/10
ВН
Y/Y0-0
10
 328 135
 199
ВН 4-25-10/0,4
 304 150 205
ВН 4-40-10/0,4
 ТМ-40/10
 392 160 230
ВН 4-40-10/0,4
 344 160 241
ВН 4-63-10/0,4
 ТМ-63/10
 418 160 250
ВН 4-100-10/0,4
 ТМ-100/10
 504 190 266
ВН 4-160-10/0,4
 ТМ-160/10
 492 210 301
ВН 4-250-10/0,4
 ТМ-250/10
 527 235 324
ВН 4-400-10/0,4
 ТМ-400/10
 595 255 355
ВН 4-630-10/0,4
 ТМ-630/10
 629 295 412
НН 4-25-0,4/6-10
 ТМ-125/10
НН
0,4
 328 90 127
НН 4-25-0,4/6-10
 304 96 132
НН 4-40-0,4/6-10
ТМ-40/10
 392 107 146
НН 4-40-0,4/6-10
 344 106 144
НН 4-63-0,4/6-10
 ТМ-63/10
 418 118 149
НН 4-100-0,4/6-10
 ТМ-100/10
 504 128 181
НН 4-160-0,4/6-10
 ТМ-160/10
 492 147 201
НН 4-250-0,4/6-10
 ТМ-250/10
 527 163 225
НН 4-00-0,4/6-10
 ТМ-400/10
 595 188 246
НН 4-630-0,4/6-10
 ТМ-630/10
 629 212 285
ВН 4-25-6/0,4
 ТМ-25/6
ВН
6
 328 135 199
ВН 4-40-6/0,4
 ТМ-40/6
 392 160 230
ВН 4-63-6/0,4
 ТМ-63/6
 418 160 252
ВН 4-100-6/0,4
 ТМ-100/6
 504 190 265
ВН 4-160-6/0,4
 ТМ-160/6
 492 210 303
ВН 4-20-6/0,4
 ТМ-250/6
 527 235 319
ВН 4-400-6/0,4
 ТМ-400/6
 595 255 357
ВН 4-630-6/0,4
ТМ-630/6
 629 295 410
ВН 4-25-10/0,4
ТМ-25/10
ВН
 10 290 145 208
ВН С*-25-10/0,4
 320 135 194
ВН С-25-10/0,4
 320 140 205
НН С-25-0,4/10
 НН 0,4 290 95 135
НН С*-25-0,4/10
 320 91 124
НН С-25-0,4/10
 320 90 130
ВН С-40-6/0,4
 ТМ-40/6
ВН
 6 337 155 230
ВН С-40-10/0,4
ТМ-40/10
 10 337 159 216
НН С-40-0,4/6-10
 НН 0,4 337 105 144
ВН С-100-10/0,4
ТМ-100/10
ВН
 10 540 160 234
НН С-100-0,4/10
 НН 0,4 540 115 148
ВН С-160-10/0,4
ТМ-160/10
ВН
 10 530 203 280
НН С-160-0,4/10
 НН 0,4 530 142 190

Трансформаторы - электромагнитные статические преобразователи электрической энергии.

Основное назначение трансформаторов - изменять напряжение переменного тока. Трансформаторы применяются также для преобразования числа фаз и частоты. Наибольшее распространение имеют силовые трансформаторы напряжения , которые выпускаются электротехнической промышленностью на мощности свыше миллиона киловольт-ампер и на напряжения до 1150 - 1500 кВ.

Для передачи и распределения электрической энергии необходимо повысить напряжение турбогенераторов и гидрогенераторов, установленных на электростанциях, с 16 - 24 кВ до напряжений 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ, используемых в линиях передачи, а затем снова понизить до 35; 10; 6; 3; 0,66; 0,38 и 0,22 кВ, чтобы использовать энергию в промышленности, сельском хозяйстве и быту.

Так как в энергетических системах имеет место многократная трансформация, мощность трансформаторов в 7 - 10 раз превышает установленную мощность генераторов на электростанциях.

Силовые трансформаторы в выпускаются в основном на частоту 50 Гц.

Трансформаторы малой мощности широко используются в различных электротехнических установках, системах передачи и переработки информации, навигации и других устройствах. Диапазон частот, на которых могут работать трансформаторы, - от нескольких герц до 105 Гц.

По числу фаз трансформаторы делятся на однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные. Силовые трансформаторы выпускаются в основном в трехфазном исполнении. Для применения в однофазных сетях выпускаются .

Классификация трансформаторов по числу и схемам соединения обмоток

Трансформаторы имеют две или несколько обмоток, индуктивно связанных друг с другом. Обмотки, потребляющие энергию из сети, называются первичными . Обмотки, отдающие электрическую энергию потребителю, называются вторичными .

Многофазные трансформаторы имеют обмотки, соединенные в многолучевую звезду или многоугольник. Трехфазные трансформаторы имеют соединение в трехлучевую звезду и треугольник.

Повышающие и понижающие трансформаторы

В зависимости от соотношения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформаторы делятся на повышающие и понижающие . В повышающем трансформаторе первичная обмотка имеет низкое напряжение, а вторичная - высокое. В понижающем трансформаторе , наоборот, вторичная обмотка имеет низкое напряжение, а первичная - высокое.

Трансформаторы, имеющие одну первичную и одну вторичную обмотки, называются двухобмоточными . Достаточно широко распространены трехобмоточные трансформаторы , имеющие на каждую фазу три обмотки, например две на стороне низкого напряжения, одну - на стороне высокого напряжения или наоборот. Многофазные трансформаторы могут иметь несколько обмоток высокого и низкого напряжения.

Классификация трансформаторов по конструкции

По конструкции силовые трансформаторы делят на два основных типа - масляные и сухие .

В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками находится в баке, заполненном трансформаторным маслом, которое является хорошим изолятором и охлаждающим агентом.

Автротрансформаторы

Наряду с трансформаторами широко применяются , в которых имеется электрическая связь между первичной и вторичной обмотками. При этом мощность из одной обмотки автотрансформатора в другую передается как магнитным полем, так и за счет электрической связи. Автотрансформаторы строятся на большие мощности и высокие напряжения и применяются в энергосистемах, а также используются для регулирования напряжения в установках небольшой мощности.

Номинальные данные трансформаторов

Номинальные данные трансформатора, на которые он рассчитан с заводской гарантией на 25 лет указываются в паспортной табличке трансформатора :

    номинальная полная мощность Sном, КВ-А,

    номинальное линейное напряжение U л.ном, В или кВ,

    номинальный линейный ток I л.ном. А,

    номинальная частота f , Гц,

    число фаз,

    схема и группа соединения обмоток,

    напряжение короткого замыкания Uк, %,

    режим работы,

    способ охлаждения.

В табличке приводятся также данные, необходимые для монтажа: полная масса, масса масла, масса выемной (активной) части трансформатора. Указываются тип трансформатора в соответствии с ГОСТ на марки трансформаторов и завод-изготовитель.

Номинальная мощность однофазного трансформатора Sном=U1 ном I1 ном, a трехфазного

где U1 лном, U1 фном, I1 лном и I1 фном - соответственно номинальные .

Номинальными напряжениями трансформатора являются линейные напряжения при холостом ходе на первичной и вторичной обмотках трансформатора. За номинальные токи первичной и вторичной обмоток трансформатора принимаются токи, рассчитанные по номинальной мощности при номинальных первичных и вторичных напряжениях.

Ввиду общности конструкции и методов расчета к трансформаторам могут быть отнесены реакторы, дроссели насыщения и сверхпроводящие индуктивные накопители.