Условия параллельной работы трансформаторов – в каких случая допускается?

Необходимые условия для выполнения параллельной работы трансформаторов

Условия параллельной работы трансформаторов – когда соединение образуют одноименные контакты ВН и НН, подключенные к одноименным проводам или сборным шинам электрической сети. Такая работа трансформатора отличается удобством и экономичным потреблением электроэнергии.

Можно использовать трансформатор с большой мощностью, которой будет достаточно для требуемой нагрузки электросети. В этом случае трансформатор должен быть включённым постоянно, но на максимальной нагрузке он будет работать лишь часть времени. При этом он будет потреблять определенную часть электроэнергии впустую. Именно по этой причине мощный трансформатор заменяется на два, но с меньшей мощностью.

В статье будут рассмотрены основные технические характеристики и правила параллельного подключения трансформаторов.  Также бонусом к статье будет подробный видеоролик о трансформаторах и учебный материал “Параллельная работа трехфазных трансформаторов”.

Условия параллельной работы
Условия параллельной работы трансформаторов.

Технические особенности

Параллельная работа нескольких трансформаторов имеет ряд следующих технических и экономических преимуществ по сравнению с работой одного мощного трансформатора:

  • надежность снабжения потребителей электроэнергией, так как выход из строя одного из трансформаторов не лишает потребителей энергии. Нагрузка выбывшего трансформатора может быть временно принята полностью или частично оставшимися трансформаторами;
  • резервная мощность трансформаторов при их параллельном включении будет значительно меньшей, чем при питании потребителей от одного мощного трансформатора;
  • в периоды снижения нагрузок (в течение суток или весеннего и летнего сезона) в энергетических системах — на повышающих, понижающих или на районных трансформаторных подстанциях — часть трансформаторов может быть отключена, что обеспечит более экономичный режим работы подстанции за счет уменьшения потерь холостого хода трансформаторов и их загрузки на максимальный к. п. д.;
  • постепенное развитие подстанций. При подключении новых потребителей электрической энергии увеличение трансформаторной мощности может быть выполнено дополнительным включением одного или нескольких трансформаторов на параллельную работу.
Будет интересно➡  Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы

Это особенно необходимо на районных понижающих подстанциях, снабжающих энергией большие промышленные районы.

Необходимые условия для выполнения параллельной работы трансформаторов
Схема параллельного подключения трансформаторов.

Условия включения

Параллельная работа подразумевает обязательные и, несомненно, важные условия параллельной работы трансформаторов, всего существует 5 условий. Самое важное условие параллельной работы – сфазированность трансформаторов, в противном случае произойдет короткое замыкание.

Необходимые условия для выполнения параллельной работы трансформаторов
Фазировка обмоток.

Фазировка выполняется при помощи цепей вторичного напряжения. Фазировка трансформатора обуславливает согласование фаз всех рабочих элементов электрической цепи со стороны высокого и низкого напряжения. Напряжения на первичных и вторичных обмотках обоих трансформаторов должны иметь равное значение. Напряжение трансформаторов должно соответствовать классу изоляции.

Из этого следует, что коэффициенты трансформации (Ктр) также должны быть равными, их различие не должно быть выше +-0.5%.. разница Ктр или даже несовпадение состояния РПН или ПБВ соответствующего положения отпаек, способствует возникновению результирующего напряжения, которое появляется во вторичной обмотке.

Напряжения короткого замыкания обоих трансформаторов должны быть также равны, это требование вытекает из того, что чем выше напряжение к. з. тем выше значение сопротивления обмотки, а значит, трансформатор с малым значением напряжения (Uк.з.) будет работать с постоянным перегрузом из-за потребления высокой нагрузки, максимальная разница в отношении Uк.з не должна превышать 10%.

Здесь можно почитать об устройстве силового трансформатора и сфере его применения.

Группы соединений обмоток должны соответствовать друг другу и быть одинаковыми. Разные группы соединений влекут сдвиг фазы, что способствует возникновению уравнительных токов. Мощность обоих трансформаторов не должна быть различной более чем в 3 раза, если это условие не выдержано трансформатор с меньшей мощностью будет перегружен. Соблюдая условия включения трансформаторов на параллельную работу, достигается надежность и безопасность работы электроустановки.

Условия параллельной работы трансформаторов
Условия параллельной работы трансформаторов.

Как рассчитать мощность

Под нормальной параллельной работой трансформаторов понимают работу, при которой в режиме холостого хода нет тока в цепи вторичных обмоток, а при питании потребителей (в режиме нагрузки) токи распределяются пропорционально номинальным мощностям трансформаторов. В режиме холостого хода в цепи вторичных обмоток может быть так называемый уравнительный ток.

Необходимые условия для выполнения параллельной работы трансформаторов

Этот ток в цепи вторичных обмоток загружает трансформатор и вызывает неоправданный нагрев его обмоток и дополнительный расход энергии. В режиме нагрузки уравнительные токи накладываются на токи потребителей и создают неравномерную нагрузку трансформаторов.

Таким образом, первым необходимым условием нормальной параллельной работы трансформаторов является равенство номинальных вторичных напряжений. Из эквивалентной схемы параллельно работающих трансформаторов следует, что токи в двух параллельно включенных обмотках распределяются обратно пропорционально сопротивлениям короткого замыкания.

При соблюдении первых двух условий параллельной работы поменять местами концы одной из обмоток трансформатора, то в контуре вторичных обмоток ЭДС и будут направлены не встречно, а согласно, что равносильно короткому замыканию трансформатора. Для трехфазных трансформаторов также требуется идентичность групп соединения.

Если это условие не выполнено, ЭДС и соответствующей пары обмоток не совпадают по фазе и в результате появляется уравнительный ток, который может значительно превысить номинальное значение тока и даже быть близким к току короткого замыкания.

Интересный материал в тему: как собрать повышающий трансформатор самостоятельно.

Например, при соединении групп и угол сдвига фаз между одноименными ЭДС (напряжениями) составит 30° и, как показывают расчеты, уравнительный ток будет в 5 раз больше номинального. Следовательно, третьим условием нормальной параллельной работы трансформаторов является идентичность групп соединения обмоток.

Параллельная работа

Условия включения. При параллельной работе первичные обмотки трансформаторов присоединены к общим шинам питающей сети, вторичные — к общим шинам потребителя (рис. 3.22, а). Мощность всех параллельно работающих трансформаторов равна сумме их мощностей.

При включении на параллельную работу пользуются условным понятием начала и конца обмоток. На рис. 3.23 схематично изображена часть стержня магнитопровода, на который намотаны первичная и вторичная обмотки трансформатора. При изменении потока взаимоиндукции (например, при увеличении) в них индуктируются ЭДС. 

Если обмотки намотаны в одну сторону и имеют одинаковую маркировку, значит векторы ЭДС будут направлены в одну сторону. Если в одной из обмоток начало и конец поменять местами, вектор изменит направление на обратное, хотя физическая картина осталась такой же. Аналогичный сдвиг фазы ЭДС на векторной диаграмме можно получить изменяя направление намотки витков.

Необходимые условия для выполнения параллельной работы трансформаторов
Параллельное подключение трансформаторов.

Для того чтобы охарактеризовать сдвиг фаз линейных э. д. с. первичной и вторичной обмоток с учетом обозначения зажимов, вводится понятие группы соединения трансформатора. В однофазном, трансформаторе может быть две группы соединения, в трехфазном — двенадцать.

При обозначении группы соединений пользуются аналогией с часовым циферблатом. При этом вектор линейной э. д. с. первичной обмотки мысленно совмещают с минутной стрелкой часов, расположенной на цифре 12, а с направлением вектора вторичной линейной э. д. с. совмещают часовую стрелку. Цифра, на которой она расположена, определяет группу соединения трансформатора.

Угловое расстояние между двумя соседними цифрами циферблата составляет 30°. Поэтому для определения угла сдвига линейных э. д. с. обмоток следует умножить номер группы на 30°. Например, число 6 обозначает, что сдвиг между линейными э. д. с. обмоток составляет 180° = 6×30°. Меняя маркировку выводов, можно изменить группу соединения трансформатора.

При нормальной параллельной работе между трансформаторами не должны проходить уравнительные токи. Уравнительные токи отсутствуют, если первичные э. д. с. всех трансформаторов одинаковы и вторичные э. д. с. также одинаковы и находятся в фазе. Это достигается при соблюдении следующих условий: равенство коэффициентов трансформации; равенство напряжений короткого замыкания; принадлежность трансформаторов к одной группе.

Стандарт допускает параллельную работу трансформаторов при условии, что коэффициенты трансформации отклоняются не более, чем на 0,5% от среднего арифметического значения, и напряжения короткого замыкания отклоняются не более чем на 10% от среднего арифметического значения. Перед включением на параллельную работу необходимо опытным путем проверить соблюдение первого и третьего условий. При их соблюдении напряжение между зажимами разомкнутого рубильника (см. рис 2.22, а) равно нулю.

Равенство групп соединения обмоток

Существует несколько групп соединений обмоток трансформатора. Каждая группа отличается своим углом сдвига фаз первичного и вторичного напряжений. Поэтому если включить два трансформатора с разными группами соединения обмоток на параллельную работу, то это приведет к возникновению больших уравнительных токов в обмотках, которые приведут к выходу из строя трансформаторы. Поэтому важным условием включения трансформаторов на параллельную работу является равенство их групп соединений обмоток.

Проверка схем и групп соединения обмоток

На практике проверку схем и групп соединения обмоток трехфазных трансформаторов выполняют по методу двух вольтметров, который основан на измерении напряжений между соответствующими выводами обмоток трансформатора с последующим их сравнением с расчетными значениями. Измеренные напряжения должны быть равны расчетным для заданной группы соединений.

 

Необходимые условия для выполнения параллельной работы трансформаторов
Схема параллельного подключения трансформаторов

 

Чтобы исключить ошибки при параллельном включении трансформаторов, стандартами установлено для каждого трансформатора определенной мощности и напряжения обмотки ВН определенное значение напряжения короткого замыкания. Так, ГОСТ 12022—76 для трансформаторов мощностью 400 кВА и напряжением 10 кВ установил uк равным 4,5%, а напряжением 35 кВ — 6,5%.

Интересный материал для прочтения: факты о понижающих трансформаторах.

ГОСТ 11920—73 для трансформаторов мощностью 2500 кВА и напряжением 10 кВ установил uк равным 5,5%, а напряжением 35 кВ – 6,5%. Однако при практическом исполнении трансформаторов всегда возможны некоторые отступления в размерах обмоток или каналов между ними, что, как известно, влияет на величину uк. Поэтому ГОСТ 11677—75 разрешает включать на параллельную работу трансформаторы с некоторым отступлением от номинальных значений uк (в пределах ±10%). Третье условие параллельной работы заключается в том, чтобы все предназначенные для нее трансформаторы имели одинаковые группы соединения.

Необходимые условия для выполнения параллельной работы трансформаторов
Определение напряжения между обмотками.

Другими словами, необходимо при равенстве напряжений ВН иметь еще и одинаковые углы между векторами линейных напряжений обмоток ВН и НН. Чтобы убедиться в необходимости одинаковых групп соединения, рассмотрим простой пример. Пусть два трансформатора имеют схемы и группы соединения Y/Δ — 11 и Y/Δ — 1.

На рисунке показаны совмещенные векторы линейных напряжений обмоток ВН и НН первого и второго трансформаторов. Если первичные напряжения (ВН) у них одинаковы, то при параллельном соединении между вторичными напряжениями a1b1 и a2b2 появится сдвиг 60°. Вследствие этого получится геометрическая разность напряжений a1b1 и a2b2, показанная на рисунке отрезком b1b2. Треугольник a1b1b2 равносторонний, поэтому отрезок b1b= a2b1 = a2b2, т. е. равен по величине линейному напряжению обмотки НН.

Номинальная мощность трансформаторов

Условие, необходимое для возможности включения трансформаторов на параллельную работу – соотношение их номинальной мощности не более 1 к 3. Например, если номинальная мощность одного силового трансформатора 1000 кВА, то он может быть включен на параллельную работу с другим трансформатором, мощностью от 400 кВА до 2500 кВА – все величины из данного диапазона мощности в соотношении с мощностью 1000 кВА не более 1 к 3.

Параллельная работа трансформаторов, принадлежащих к разным группам соединения, невозможна, так как между их обмотками проходит недопустимо большой уравнительный ток.

Коэффициент трансформации

Определение коэффициентов трансформации трансформатора
Определение коэффициентов трансформации.

Равенство номинальных напряжений обмоток подключаемых на совместную работу трансформаторов обязательно для параллельной работы. Если напряжение на вторичных обмотках трансформаторов будет отличаться.

Это приведет к возникновению уравнительных токов, которые в свою очередь приводят к падениям напряжения и нежелательным потерям. Допускается незначительное отклонение напряжений – разница коэффициентов трансформации в пределах до 0,5%.

На трансформаторах, где предусмотрена возможность регулировки коэффициента трансформации путем увеличения или уменьшения количества витков обмотки, нужно учитывать положение переключающих устройств – ПБВ или РПН.

При необходимости посредством применения данных устройств можно откорректировать напряжение на трансформаторе до требуемых значений, после чего можно соединять вторичные обмотки – включать трансформаторы на параллельную работу.

В данной статье были рассмотрены основные факты о параллельной работе трансформаторов. Больше по этой теме можно узнать из учебного материала Параллельная работа трехфазных трансформаторов.

Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.forca.com

www.silovoytransformator.ru

www.zei.narod.ru

www.enargys.ru

www.electrono.ru

www.servomotors.ru

Ссылка на основную публикацию
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять