Трьохобмоткову трансформаторі.
Розподіл поля розсіювання при
Навантаженні двох крайніх обмоток І та ІІ.
В останньому випадку середня обмотка не має власного поля розсіювання, але знаходиться в магнітному полі з постійною по ширині обмотки індукцією, створеному двома крайніми обмотками (рис. 7.4). Це поле викликає в середній обмотці втрати від вихрових струмів РвІІ, Вт, приблизно в 3 рази більші, ніж за участю цієї обмотки в номінальному двообмоткових режимі. Ці втрати можуть вити розраховані за формулою
де kд, до - коефіцієнт додаткових втрат, розрахований для середньої обмотки по (7.11) при k = n (n- число проводів обмотки в радіальному напрямку); РоснІІ - основні втрати в середній обмотці при струмі, відповідному 100% -ної номінальної потужності трансформатора.
Розрахунок втрат в відводах для триобмоткового трансформатора проводиться так само, як і для двохобмотувальні, окремо для кожної з трьох обмоток, при струмі, відповідному 100% -ної номінальної потужності.
Втрати в стінках бака і сталевих деталях конструкції визначаються для трьох випадків навантаження трансформатора ВН - СН, ВН - НН і СН - НН по (7.26) для відповідних значень uр.
Повні втрати короткого замикання для кожної пари обмоток триобмоткового трансформатора можуть бути підраховані по (7.1). При цьому для кожної пари обмоток повинно бути підставлено своє значення Рб. а при визначенні втрат пари крайніх обмоток І і ІІІ по рис. 7.4 додані додаткові втрати в середній обмотці РвІІ. знайдені по (7.27).
Розрахунок втрат короткого замикання двохобмотувальні автотрансформатора проводиться так само, як для двохобмотувальні трансформатора для струмів обмоток І1 і І2. При цьому Рб розраховується для розрахункового напруги Uк, р (§ 3.2). При розрахунку втрат для триобмоткового автотрансформатора з автотрансформаторной зв'язком двох обмоток і трансформаторної зв'язком між цими обмотками і обмоткою III слід враховувати зауваження, викладені в § 7.1 (розрахунок втрат для триобмоткових трансформаторів) і вказівки § 3.2 (розрахунок автотрансформаторів).
7.2. Розрахунок напруги короткого замикання
Напругою короткого замикання двохобмотувальні трансформатора називається приведене до розрахункової температурі напруга, яке слід підвести при номінальній частоті до затискачів однієї з обмоток при замкнутої накоротко інший обмотці, щоб в обох обмотках встановилися номінальні струми. При цьому перемикач повинен знаходитися в положенні, відповідному номінальній напрузі.
Напруга короткого замикання визначає падіння напруги в трансформаторі, його зовнішню характеристику і струм короткого замикання. Воно враховується також при підборі трансформатора для паралельної роботи.
У трьохобмоткову трансформаторі напруга короткого замикання визначається подібним же чином для будь-якої пари його обмоток при розімкнутої третьої обмотці. Тому триобмотковий трансформатор має три різних напруги короткого замикання. Для всіх трансформаторів напругу короткого замикання і його складові прийнято виражати у відсотках номінальної напруги, а активну складову визначати для середньої експлуатаційної температури обмоток 75 ° С для всіх масляних і сухих трансформаторів з ізоляцією класів нагрівостійкості А, Е, В. Для трансформаторів з ізоляцією класів F , Н, С розрахункова температура 115 ° С. Активна складова напруги короткого замикання, В, може бути записана так: Uа = rk Iном. де rk - активний опір короткого замикання трансформатора, наведене до однієї з його обмоток, з урахуванням додаткових втрат, в обмотках, втрат в відводах і металевих конструкціях; Iном - номінальний струм обмотки, до числа витків якої наведено опір rk = r1 + r2.
Висловлюючи активну складову в процентах номінальної напруги, отримуємо
Помноживши чисельник і знаменник на число фаз m і номінальний фазний струм Iном отримуємо формулу, справедливу для трансформаторів з будь-яким числом фаз:
де Pк - втрати короткого замикання трансформатора, Вт; S - номінальна потужність трансформатора, кВ · А. Для триобмоткового трансформатора S - найбільша з потужностей трьох обмоток (100%); для автотрансформатора S = Sтіп - типова потужність, якщо потрібно отримати розрахункове значення uа, р. і S = Sпрох - прохідна потужність, якщо потрібно отримати мережеве значення uа, с.
Реактивна складова напруги короткого замикання, В, може бути записана так: Uр = хк Iном. де хк = х1 + х2 - реактивний опір короткого замикання трансформатора, наведене до однієї з його обмоток. Висловлюючи реактивну складову напруги у відсотках, отримуємо
Із загальної теорії трансформаторів відомо, що реактивний опір трансформатора для найпростішого випадку взаємного розташування концентричних обмоток по рис. 7.5 при рівній висоті обмоток і рівномірному розподілі витків по їх висоті може бути представлено у вигляді (7.30). Цей вислів враховує поздовжнє (осьовий) поле розсіювання обмоток, припускаючи все індукційні лінії в межах висоти обмотки прямими, паралельними осі обмотки з поправкою на відхилення індукційних ліній від цього напрямку поблизу торців обмотки, що враховується коефіцієнтом kр:
Мал. 7.5. Поле розсіювання двох концентричних обмоток.
Підставивши xk в (7.29) і замінивши в цьому виразі Uном на UВ ω, отримаємо
Ставлення πd12 / l = β є одним з основних співвідношень, що визначають розподіл активних матеріалів в трансформаторі. Ввівши це позначення і замінивши в чисельнику виразу (7.31) і число витків ω = Uн / UВ. отримаємо
Ширина наведеного каналу розсіювання ар. м, в (7.30) - (7.32) в тих випадках, коли радіальні розміри обмоток а1 і А2 рівні або мало відрізняються один від одного (в трансформаторах потужністю S<10000 кВ·А), может быть принята равной
При розрахунку трансформаторів потужністю від 10000 кВА · А слід враховувати нерівність розмірів а1 і А2 і визначати ар по формулі
де d12 - середній діаметр каналу між обмотками, м; Dср1 і Dcр2 - середні діаметри обмоток, м.
При розрахунку uр по (7.31) і (7.32), а також при всіх подальших розрахунках слід користуватися реальними розмірами розрахованих обмоток трансформатора (а1. А2. A12. D12. L), а не наближеними значеннями β і ар. знайденими при визначенні основних розмірів трансформатора. Весь розрахунок напруги короткого замикання проводиться для одного стрижня трансформатора. Тому при користуванні формулами для визначення uр при розрахунку як трифазного, так і однофазного трансформатора слід підставляти в ці формули струм, напруга і потужність, а також число витків обмотки одного стержня для номінального режиму.
Коефіцієнт kр. враховує відхилення реального поля розсіювання від ідеального паралельного поля, викликане кінцевим значенням осьового розміру обмоток l в порівнянні з їх радіальними розмірами (А12. а1. a2), для випадку розташування обмоток по рис. 7.5 може бути підрахований за наближеною формулою
або більш простий
Зазвичай kр при концентричному розташуванні обмоток і рівномірному розташуванні витків по їх висоті коливається в межах від 0,93 до 0,98. Рівномірний розподіл витків по висоті кожної обмотки при рівності висот обох обмоток є найбільш раціональним. При цьому осьові сили в обмотках при аварійному короткому замиканні трансформатора будуть найменшими. Йдеться про рівномірний розподіл витків, в яких протікає електричний струм. При відсутності струму в частині витків обмотки ці витки з точки зору освіти магнітного поля розсіювання є відсутніми.
Нерівномірний розподіл витків, навантажених струмом по висоті буває вимушеним, наприклад, при розміщенні в середині висоти обмотки ВН з ПБЗ регулювальних витків, які відключаються при регулюванні з рівня + 5 до ступені -5% номінальної напруги (рис. 7.6, а). Надзвичайно рідко навмисне допускають нерівність висот обмоток по рис. 7.6, 6 або в. У трансформаторах з РПН витки кожного ступеня регулювання зазвичай розташовуються по всій висоті обмотки (див. Рис. 6.9).
Реальне поле розсіювання обмоток для випадку виключення частини витків однієї з обмоток по рис. 7.6, а може бути в спрощеному вигляді представлено у вигляді суми двох полів: поздовжнього, створеного повним числом витків обмоток зі струмом, і поперечного, викликаного струмом витоків, що не компенсуються внаслідок різниці висот обмоток.
Мал. 7.6. Різні випадки взаємного розташування обмоток