Материал: Расчет электрической системы на основе схемы замещения

Окончание таблицы 2.1.

3. Схемы замещения и параметры автотрансформаторов

Автотрансформаторы, как правило, устанавливаются на мощных узловых подстанциях районных сетей и предназначены для связи сетей двух номинальных напряжений. От шин среднего напряжения таких подстанций, обычно, получают электроэнергию целые районы с большим числом потребителей. Изображение автотрансформатора в принципиальной электрической схеме сети при наличии устройства РПН (регулирование напряжения под нагрузкой) представлено на рисунке 3.1.

Автотрансформатор (АТ) имеет последовательную обмотку (П), общую (О) и обмотку низшего напряжения (Н).

Обмотки последовательная и общая электрически соединены друг с другом и пронизываются общим магнитным потоком, тогда как обмотка низшего напряжения связана с ними только магнитной связью, что отражено на рисунке 3.1

а)                                         б)

Рисунок 3.1 - Автотрансформатор

а - изображение автотрансформатора в электрических схемах;

б - схема соединения обмоток автотрансформатора.

Автотрансформаторы характеризуются двумя значениями мощности: номинальная - это предельная мощность, которая может быть передана со стороны высшего напряжения (), типовая - мощность последовательной обмотки (). Расчётная мощность общей обмотки также равна типовой мощности, а обмотка низшего напряжения рассчитывается на мощность меньшую или равную типовой. Связь между номинальной и типовой мощностью АТ определяется выражением , где a- коэффициент выгодности автотрансформатора:

.

Чем меньше коэффициент выгодности, тем автотрансформатор более экономичен по сравнению с трёхобмоточным трансформатором. В электрических сетях с  a=0,25; 0,4; 0,5.

При расчёте электрических сетей автотрансформаторы учитываются схемами замещения (рисунок 3.2.). Полная схема замещения автотрансформатора имеет вид трёхлучевой звезды, где  - активные сопротивления соответствующих обмоток высшего, среднего и низшего напряжений учитывают потери активной мощности на нагрев обмоток;  - соответственно индуктивные сопротивления обмоток учитывают индуктивную мощность на потоки рассеяния. Намагничивающая ветвь подключается со стороны питающей обмотки, при этом  - активная проводимость обусловлена потерями активной мощности на нагрев магнитопровода, а  - реактивная проводимость определяет магнитный поток взаимоиндукции обмоток.

Рисунок 3.2. - Полная схема замещения автотрансформатора

Все параметры схемы замещения приведены к номинальному напряжению обмотки высшего напряжения. Для расчёта действительных значений напряжений и токов в обмотках среднего и низшего напряжений в схему включаются идеальные трансформаторы (трансформаторы без потерь мощности), которые учитывают коэффициент трансформации в режиме холостого хода.

Автотрансформаторы характеризуются следующими каталожными данными:

 - номинальная мощность, МВА;  - номинальные линейные напряжения соответственно обмоток высшего (ВН), среднего (СН), низшего (НН) напряжения, кВ, т.к. параметры схемы замещения отнесены к напряжению обмотки ВН, то в дальнейших расчётах , напряжения заданы при холостом ходе трансформатора;  - максимальное число положительных и отрицательных по отношению к основному выводу обмотки ВН регулировочных ответвлений,  - относительное значение изменения напряжения в процентах от , приходящееся на одно ответвление;

 - суммарные потери короткого замыкания для двух обмоток, кВт;  - напряжения короткого замыкания, %.  - потери холостого хода, кВт;  - ток холостого хода, %.

Для АТ проводят три опыта короткого замыкания, в каждом участвуют две обмотки. Например, при коротком замыкании на выводах обмотки СН, разомкнутой обмотке НН и подключении к источнику выводов обмотки ВН замеряются значения  и  при протекании по обмоткам ВН и СН номинальных токов. Следовательно, величины  и  отнесены к  автотрансформатора. Если в опыте короткого замыкания участвует обмотка низшего напряжения, по обмоткам протекают токи, соответствующие номинальной мощности обмотки НН, т.е. типовой мощности автотрансформатора. Следовательно  и  - отнесены к типовой мощности, поэтому указанные величины приводят к номинальной мощности АТ;

Используя каталожные данные автотрансформатора, проводят расчёт параметров схемы замещения.

Таблица 3.1.Справочные данные выбранных автотрансформаторов

В справочных данных приведено одно значение потерь короткого замыкания . По нему определяем суммарное активное сопротивление двух обмоток:

Мощность обмотки высшего напряжения равна номинальной мощности автотрансформатора, а мощность обмотки низшего напряжения составляет от неё не более 50%. При наличии магнитной связи активные сопротивления в схеме замещения обратно пропорциональны мощностям соответствующих обмоток:

а для обмотки НН:

1)    Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 63000/220/110

2)    Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 125000/220/110

Для расчёта индуктивных сопротивлений используют напряжения короткого замыкания. Заданные в каталожных данных напряжения  и  предварительно должны быть приведены к номинальной мощности АТ.

 и .

Если в справочниках напряжения  отнесены к номинальной мощности, пересчёта делать не следует.

Суммарные реактивные сопротивления пар обмоток рассчитываем по формулам:

.

А индуктивное сопротивление каждой обмотки находим из следующих выражений:

1)    Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 63000/220/110

Суммарные реактивные сопротивления пар обмоток:

 Ом;

 Ом;

 Ом;

Индуктивное сопротивление каждой обмотки:

2)    Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 125000/220/110

Суммарные реактивные сопротивления пар обмоток:

Ом;

Индуктивное сопротивление каждой обмотки:

Если индуктивное сопротивление какой-либо обмотки отрицательно, в дальнейших расчётах его не учитываем.

Проводимости  и  схемы замещения вычисляем по результатам опыта холостого хода (х.х). Потребляемая в этом опыте мощность определяем параметрами цепи намагничивания:

Откуда

Намагничивающая мощность и ток хх в % равны. Так как , следовательно,

1)    Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 63000/220/110

МВАр;

2)    Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 125000/220/110

 См;

МВАр;

 См;

Для АТ с  используют упрощенные схемы замещения. В таких схемах отсутствуют идеальные трансформаторы, а ветвь намагничивания учитывается потребляемой мощностью (рисунок 3.2.).

Рисунок 3.3. - Упрощенная схема замещения АТ

В схеме электрической сети промышленного района, рассчитываемой в работе, автотрансформаторы установлены на узловых подстанциях 1 и 2 и служат для связи сетей двух номинальных напряжений. Так как , то в расчётную схему сети они вводятся упрощенной схемой замещения.

Если на подстанции установлено два и более АТ, то для упрощенной схемы замещения (см. рисунок 3.3.) определяем эквивалентные параметры:

,

где n- количество АТ, установленных на подстанции.

Если обмотка НН автотрансформатора не нагружена (п/ст 1), её в схеме замещения не учитывают. Схема замещения упрощается и принимает вид (рисунок 3.4.).

Рисунок 3.4. - Упрощенная эквивалентная схема замещения при отсутствии нагрузки на обмотке НН автотрансформатора

Определим эквивалентные параметры для автотрансформаторов и нарисуем для них упрощенные схемы.

1)    Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 63000/220/110

Ом; Ом;

Ом; Ом;

Ом; Ом;

 МВА;

2)    Расчеты для автотрансформатора АТДЦТН- 125000/220/110

Ом;  Ом;

Ом; Ом;