ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

По окончании выполнения лабораторной работы студент должен

Исследование параллельной работы трехфазных двухобмоточных силовых трансформаторов

Цель:Освоить на практике условия включения трансформаторов на параллельную работу.

По окончании выполнения лабораторной работы студент должен

знать:

- схемы и основные группы соединений обмоток трехфазного трансформатора;

- назначение параллельной работы трансформаторов;

- условия и порядок включения трансформаторов на параллельную работу;

- безопасные правила эксплуатации;

уметь:

- различать группы соединений обмоток трансформаторов.

Ход работы:

Состав электрической схемы стенда (рисунок 16):

G1 – Трехфазный источник питания;

A2, A7 – Трёхфазная трансформаторная группа;

Р1 – блок вольтметров.

Источник G1 – источник синусоидального напряжения промышленной частоты.

Обмотки трехфазных трансформаторных групп А2 и А7 (трехфазных трансформаторов) соединены соответственно по схемам Y / Y и Y / ∆.

С помощью вольтметров блока Р1 контролируются напряжения между одноименными фазами трехфазных трансформаторов.

Рисунок 16 – Электрическая схема соединений

Основные теоретические положения:

Параллельной работой двух или нескольких трансформаторовназывается работа при параллельном соединении их обмоток как на первичной, так и на вторичной сторонах. При параллельном соединении одноименные зажимы трансформаторов присоединяют к одному и тому же проводу сети (рисунок 13, а).

Рисунок 13 – Включение трансформаторов на параллельную работу

Применение нескольких параллельно включенных трансформаторов вместо одного трансформатора суммарной мощности необходимо для обеспечения бесперебойного энергоснабжения в случае аварии в каком-либо трансформаторе или отключения его для ремонта. Это также целесообразно при работе трансформаторной подстанции с переменным графиком нагрузки, например, когда мощность нагрузки значительно меняется в различные часы суток. В этом случае при уменьшении мощности нагрузки можно отключить один или несколько трансформаторов для того, чтобы нагрузка трансформаторов, оставшихся включенными, была близка к номинальной. В итоге эксплуатационные показатели работы трансформаторов (КПД и сosφ₂) будут достаточно высокими.

Для того чтобы нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределялась пропорционально их номинальным мощностям, допускается параллельная работа двухобмоточных трансформаторов при следующих условиях:

1. При одинаковом первичном напряжении вторичные напряжения должны быть равны. Другими словами, трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации: k_I = k_II= k_III=… При несоблюдении этого условия, даже в режиме х.х., между параллельно включенными трансформаторами возникает уравнительный ток, обусловленный разностью вторичных напряжений трансформаторов (рисунок 14, а):

где Z_kI и Z_kII — внутренние сопротивления трансформаторов.

Рисунок 14 – Появление напряжения ∆U при несоблюдении условий включения трансформаторов на параллельную работу

При нагрузке трансформаторов уравнительный ток накладывается на нагрузочный. При этом трансформатор с более высоким вторичным напряжением х.х. (с меньшим коэффициентом трансформации) оказывается перегруженным, а трансформатор равной мощности, но с большим коэффициентом трансформации — недогруженным. Так как перегрузка трансформаторов недопустима, то приходится снижать общую нагрузку. При значительной разнице коэффициентов трансформации нормальная работа трансформаторов становится практически невозможной. Однако ГОСТ допускает включение на параллельную работу трансформаторов с различными коэффициентами трансформации, если разница коэффициентов трансформации не превышает ±0,5% их среднего значения:

где — среднее геометрическое значение коэффициентов трансформации.

2. Трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединения.При несоблюдении этого условия вторичные линейные напряжения трансформаторов окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга, и в цепи трансформаторов появится разностное напряжение ∆U, под действием которого возникнет значительный уравнительный ток. Так, 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/A—11) группам соединения, то линейное напряжение U₂_I первого трансформатора, будет больше линейного напряжения U₂_II второго трансформатора в раз (U₂_I / U₂_II = ). Кроме того, векторы этих напряжений окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга на угол 30° (рисунок 14, б). В этих условиях во вторичной цепи трансформаторов появится разностное напряжение ∆U. Для определения величины ∆Uвоспользуемся построениями рисунка 14, б: отрезок ОА равен U₂_II/2 или, учитывая, что U₂_II = U₂_I / , получим ОА = 0,5U₂_I. Следовательно, треугольник, образованный векторами напряжений U₂_I, U₂_IIи ∆U — равнобедренный, а поэтому разностное напряжение ∆U = U₂_II. Появление такого разностного напряжения привело бы к возникновению во вторичной цепи трансформаторов уравнительного тока, в 15—20 раз превышающего номинальный ток нагрузки, т. е, возникла бы аварийная ситуация. Величина ∆U становится еще большей, если трансформаторы принадлежат нулевой и шестой группам соединения (∆U = 2U₂), так как в этом случае векторы линейных вторичных напряжений окажутся в противофазе.

Ход работы:

Состав электрической схемы стенда (рисунок 16):

G1 – Трехфазный источник питания;

A2, A7 – Трёхфазная трансформаторная группа;

Р1 – блок вольтметров.

Источник G1 – источник синусоидального напряжения промышленной частоты.

Рисунок 16 – Электрическая схема соединений

3. Трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения к. з.: . Соблюдение этого условия необходимо для того, чтобы общая нагрузка распределялась между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям.

С некоторым приближением, 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 15, а,можно перейти к эквивалентной схеме (рисунок 15, б). Известно, что токи в параллельных ветвях распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям:

Умножим обе части равенства на I_II_номU_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: I₁U_ном = S₁, и I₁₁U_ном = S₁₁ — фактическая нагрузка первого и второго трансформаторов соответственно, ВА; I_1номU_ном= S_1ном и I_11номU_ном = S_11ном номинальныемощностиэтих трансформаторов, ВA; (I_1номZ_kl/U_ном)100=u₁_k и (I_11номZ_kl₁/U_ном)100=u₁₁_k — напряжения к.з. трансформаторов, %. В результате получим

(S₁/S_1ном)( S₁₁/S_11ном),

или

S’₁/ S’₁₁=u_k₁₁/u_k₁ ,

где S’₁=S₁/S_1ном, S’₁₁=S₁₁/S_11ном — соответственно относительные мощности (нагрузки) первого и второго трансформаторов.

Рисунок 15 – К понятию о распределении нагрузки при параллельной работе трансформаторов

Контрольные вопросы:

1. Как осуществляется трансформирование трехфазного тока?

2. Как выполняются магнитопроводы трехфазных трансформаторов?

3. Что такое группа соединения трансформатора? Какие можно назвать основными и производными группами соединения? Как их получить?

4. Чем обусловлено применение параллельной работы трансформаторов?

5. Каковы условия включения трансформаторов на параллельную работу?

6. Как распределяется нагрузка между параллельно работающими трансформаторами?

7. Каковы последствия невыполнения каждого из условий включения на параллельную работу?

8. Как выполняется фазировка трансформаторов?

Трансформирование трехфазного тока осуществляется двумя способами: а) с помощью группы, состоящей из трех однотипных однофазных трансформаторов; б) с помощью трехфазного трансформатора.

2.Схема трехфазного стержневого трансформатора. Обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены звездой и треугольником. При соединении обмоток звездой концы (или начала) трех фаз соединяются между собой, образуя нейтральную, или нулевую точку, а свободные зажимы начал (или концов) трех фаз подключаются к трем проводам сети источника (или приемника) электрической энергии переменного тока.

При соединении обмоток треугольником начало первой фазы соединяется с концом второй, начало второй фазы - с концом третьей, начало третьей фазы - с концом первой. Точки соединения начала одной фазы с концом другой подключаются к проводам трехфазной сети переменного тока.

3.Сдвиг по фазе между ЭДС обмотки высокого напряжения и ЭДС обмотки низкого напряжения принято выражать группой соединений т.к сдвиг фаз может изменяться от 6 градусов до 360 градусов. Кратность сдвига составляет 30 градусов, для обозначения группы соединения используются числа от 1 до 11 и 0.

4.Параллельно работает от двух или нескольких трансформаторов называется их работа при параллельном соединении всех первичных и всех вторичных обмотках. При параллельном соединении зажимы трансформатора подсоединяют к одному и тому же поводу сети .Вместо одного большого трансформатора суммарной мощностью, необходимо для обеспечения бесперебойного электро снабжения.

5.При параллельном включении трансформаторов их первичные и вторичные обмотки раздельно присоединяются параллельно к общим шинам На схеме изображены два трансформатора, включенные на параллельную работу, но их число может быть и большим. Для нормальной работы трансформаторов при их параллельном включении должны быть выполнены условия:

1)равенство номинальных первичных и вторичных напряжений трансформаторов;

2)принадлежность трансформаторов к одинаковым группам;

3)равенство напряжений коротких замыканий, их активных и реактивных составляющих

6. Общая нагрузка на всех включенных параллельную работу трансформаторов не должна превышать номинальных мощностей этих трансформаторов.

7.Первое и пожалуй, наиболее важное - это соответствие фазировки двух трансформаторов. При несоблюдении этого условия, и включении их на одни шины произойдет междуфазное короткое замыкание. Фазировка высоковольтного оборудования выполняется довольно легко, по цепям вторичного напряжения, снимаемым с обмоток трансформаторов напряжения

Вторым непременным условием параллельной работы этих электрических машин, является равенство первичных и вторичных напряжений. Тут все предельно понятно: нельзя включить трансформатор на напряжение, которое не соответствует его классу изоляции.

Третьим условием является равенство напряжений короткого замыкания. Термин напряжение короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора. Чем выше Uкз, тем больше сопротивление обмотки.

Четвертое условие – одинаковые группы соединения обмоток. Его невыполнение приведет к появлению уравнительных токов, так как фазы будут сдвинуты на определенный угол.

Соотношение мощностей, параллельно подключаемых трансформаторов, должно различаться не более чем в три раза. В противном случае, менее мощный трансформатор будет работать с перегрузом.

Соблюдение перечисленных выше основных условий позволит работать оборудованию в номинальном режиме, что повысит уровень надежности электроснабжения потребителя.

8. По правилам технической эксплуатации необходимо перед первым включением на параллельную работу двух трансформаторов проверить для вторичных напряжений совпадение тех фаз, которые предполагается соединить между собой для параллельной работы.
Очевидно, что при такой проверке необходимо убедиться в отсутствии напряжений между тремя параллельно соединяемыми парами фаз вторичной стороны. При контроле отсутствия напряжения разрешается применять вольтметры или лампы для напряжений до 380 В и трансформаторы напряжения, питающие вольтметры или специально приспособленные указатели напряжения с неоновыми лампами и сопротивлениями, для напряжений до 10 кВ. Для более высоких напряжений следует применять только вольтметры, питаемые через трансформаторы напряжения. Применяя трансформаторы напряжения, прежде всего необходимо произвести фазировку самих трансформаторов напряжения.

Вывод:

И так для подключения трансформатора на параллельную работу необходимо, чтобы в режиме холостого хода в их обмотках не возникали уравнительные токи, а при нагрузке общая нагрузка распределялась между ними пропорционально их номинальным мощностям, для этого потребуется выполнять ряд условий:

1)Равенство номинальных первичных и вторичных напряжений, например, для двух параллельно работающих трансформаторов используем формулу:

U_1I = U_1II, U_2I = U_2II,

Трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации k_I = k_II. Практически допускается разница в коэффициентах трансформации не более 1%

2) тождественность групп соединения обмоток, что обеспечивает совпадение по фазе одноименных вторичных напряжений;

3) равенство напряжений короткого замыкания U_кI% = U_кII%. Допускается отклонение напряжения короткого замыкания U_к% каждого трансформатора от среднеарифметического значения напряжений короткого замыкания всех трансформаторов не более чем на ± 10%;

4)рекомендуется включать на параллельную работу трансформаторы, отличающиеся по мощности не более чем в 3 раза.

При соблюдении первых двух условий исключается появление уравнительного тока при холостом ходе параллельно работающих трансформаторов

Уравнительный ток обуславливает неравномерную нагрузку трансформаторов, сопровождающуюся увеличением потерь мощности и нагрева.

Третье условие необходимо соблюдать для распределения нагрузки между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям. Если напряжения U_к%трансформаторов не равны, то перегружается трансформатор с меньшим значением U_к%, т.е. с меньшим сопротивлением Z_к. Распределение нагрузки между двумя трансформаторами можно оценить из выражения:

(S_I/S_II)= (S_номI/S_номII)·(U_кII%/U_кI%)