Особенности конструкции и режимы работы автотрансформаторов

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.

Рис.1. Схема однофазного автотрансформатора

Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки ОВ и ОС (рис.1). Часть обмотки, заключенная между выводами В и С, называется последовательной, а между С и О - общей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток I_в, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток I_o. Ток нагрузки вторичной обмотки I_c складывается из тока I_в, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока I_o, созданного магнитной связью этих обмоток: I_c=I_в+I_o, откуда I_o=I_c-I_в.

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

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

Преобразуя правую часть выражения, получаем:

(3)

где (U_в - U_c)I_в=S_т - трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную; U_cI_в=S_э - электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации.

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

В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора S=S_ном, 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:

(4)

где n_BC = U_BU_C - коэффициент трансформации; k_выг коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.

Из (4) следует, что чем ближе U_B к U_C, тем меньше k_выг 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=330кВ, U_C=110кВ, k_выг=0,667, а при U_B=550кВ, U_C=330кВ, k_выг=0,34.

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

Из схемы (рис.1) видно, что мощность последовательной обмотки

S_п=(U_B-U_C)I_B=S_тип;

мощность общей 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_тип 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 (генераторов и синхронных компенсаторов), а в некоторых случаях служит лишь для компенсации токов третьих гармоник. Мощность обмотки НН S_Н не может быть больше S_тип, так как иначе размеры автотрансформатора будут определяться мощностью этой обмотки. Номинальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных автотрансформатора.

Рассмотрим режимы работы трехобмоточных автотрансформаторов с обмотками ВН, СН и НН (рис.2).