Автотрансформатор — различия между версиями

Материал из Wiki Power System
Перейти к: навигация, поиск
(Общие положения)
 
(не показаны 33 промежуточные версии этого же участника)
Строка 1: Строка 1:
 
{{Незавершенная статья}}
 
{{Незавершенная статья}}
  
Автотрансформатором (АТ) называется трансформатор, две или более обмотки которого гальванически связаны так, что они имеют общую часть. Обмотки АТ связаны электрически и магнитно, и передача энергии из первичной цепи во вторичную происходит как посредством магнитного поля, так и электрическим путём.
+
Автотрансформатором (АТ) - [[трансформатор]], в котором  две или более обмотки гальванически связаны так, что они имеют общую часть. Обмотки АТ связаны электрически и магнитно, и энергия передаётся из первичной цепи во вторичную как посредством магнитного поля, так и электрическим путём.
  
 
== Общие положения ==
 
== Общие положения ==
  
Везде, где необходимо преобразовывать близкие напряжения (110 и 220, 220 и 330,330 и 500, 500 и 750 кВ), используются только автотрансформаторы. Для энергосистем часто требуется создание установок, преобразующих напряжение и имеющих предельные мощности. Габариты трансформатором и автотрансформаторов лимитируются железнодорожными габаритами и возможностями их доставки с завода-изготовителя на место эксплуатации. Автотрансформатор из-за меньшего расхода активных материалов в заданных габаритах удается выполнить на большую мощность, чем трансформатор.
+
Автотрансформаторы используются для преобразования близких [[Класс напряжения|классов напряжения]] (110 и 220, 220 и 330,330 и 500, 500 и 750 кВ). В [[энергосистема]]х часто возникает необходимость создания установок для преобразования напряжения, которые имеют предельные мощности. Габариты [[трансформатор]]ов и автотрансформаторов будут ограничиваться железнодорожными габаритами и возможностями их доставки с завода-изготовителя к месту эксплуатации. АТ удается выполнить на большую мощность, чем [[трансформатор]], так как на АТ расходуется меньше активных материалов в заданных габаритах.
  
В конструктивном отношении автотрансформаторы практически не отличаются от трансформаторов.
+
В конструктивном плане между АТ и [[трансформатор]]ом практически нет отличий.  
  
[[Файл:Sxema_obmotok_at.jpg|мини|Рисунок 1 - Схема соединения обмоток автотрансформатора]]
+
[[Файл:Obmotka_AT.png|мини|Рисунок 1 - Схема соединения обмоток автотрансформатора]]
  
Обмотка низшего напряжения магнитно связана с двумя другими. Обмотки же последовательная и общая (П и О на рис.1) непосредственно электрически соединены друг с другом и, кроме того, имеют магнитную связь. По последовательной обмотке течёт ток ток <math> I_в </math>, а по общей - <math> ( I_в - I_c) </math>.  ''Номинальной мощностью'' АТ называют мощность, которую автотрансформатор может принять из сети высшего напряжения или передать в эту сеть при номинальных условиях работы:
+
Обмотка НН автотрансформатора только магнитно связана с обмотками ВН и СН. Обмотки же последовательная и общая (П и О на рис.1) связаны гальванически друг с другом, а также имеют магнитную связь. По обмотке П будет протекает ток <math> I_в </math>, а по обмотке О - <math> ( I_в - I_c) </math>.  ''Номинальная мощность'' АТ - мощность, которую автотрансформатор может принять из сети высшего напряжения или передать в эту сеть при номинальных условиях работы:
  
 
<math>S_{ном} = \sqrt{3} \cdot U_{в.ном} \cdot I_{в.ном} </math>    (1)
 
<math>S_{ном} = \sqrt{3} \cdot U_{в.ном} \cdot I_{в.ном} </math>    (1)
  
Эта мощность также называется ''проходной''. Она равна предельной мощности, которую АТ может передать из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения и наоборот при отсутствии нагрузки на обмотке низшего напряжения.
+
Номинальную мощность также называют ''проходной''. Она равна предельной мощности, которую АТ может передать из сети ВН в сеть СН и наоборот при отсутствии нагрузки на обмотке НН.
  
Последовательная обмотка П рассчитывается на ''типовую мощность''
+
Последовательная обмотка П рассчитывается на ''типовую мощность'':
  
<math>S_{тип} = \sqrt{3} \cdot (U_{в.ном}-U_{с.ном}) \cdot I_{в.ном}=\sqrt{3} \cdot U_{в.ном} \cdot I_{в.ном} \cdot (1- \frac{U_{с.ном}}{U_{в.ном}}) = \alpha \cdot S_{ном} </math>    (2)
+
<math>\displaystyle S_{тип} = \sqrt{3} \cdot (U_{в.ном}-U_{с.ном}) \cdot I_{в.ном}=\sqrt{3} \cdot U_{в.ном} \cdot I_{в.ном} \cdot (1- \frac{U_{с.ном}}{U_{в.ном}}) = \alpha \cdot S_{ном} </math>    (2)
  
где <math>\alpha = 1- \frac{U_{с.ном}}{U_{в.ном}} </math> - коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз <math>S_{тип} </math> меньше <math>S_{ном} </math>.
+
где <math> \displaystyle \alpha = 1- \frac{U_{с.ном}}{U_{в.ном}} </math> - коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз <math>S_{тип} </math> меньше <math>S_{ном} </math>.
  
Напряжение общей обмотки меньше <math>U_{ном} </math>, ток в ней равен <math>I_{в.ном}-I_{с.ном} </math>, поэтому её мощность меньше <math>S_{ном} </math>. Обмотка низшего напряжения также рассчитывается на <math>S_{тип} </math> или на мощность меньше <math>S_{тип} </math>. Её номинальная мощность выражается через номинальную мощность АТ так:
+
Напряжение общей обмотки меньше <math>U_{ном} </math>, ток в ней равен <math>I_{в.ном}-I_{с.ном} </math>, поэтому её мощность меньше <math>S_{ном} </math>. Обмотку НН также рассчитывают на <math>S_{тип} </math> или на мощность меньше <math>S_{тип} </math>. Номинальную мощность обмотки НН можно выразить через <math>S_{ном} </math>:
  
<math>S_{н.ном} = \alpha_{н.н} \cdot S_{ном}</math>    (2.а)
+
<math> \displaystyle S_{н.ном} = \alpha_{н.н} \cdot S_{ном}</math>    (2.а)
  
 
где для <math>U_{в.ном} \leq 330 кВ  \quad \alpha_{н.н}=0,25; 0,4; 0,5 </math>.
 
где для <math>U_{в.ном} \leq 330 кВ  \quad \alpha_{н.н}=0,25; 0,4; 0,5 </math>.
  
В автотрансформаторе общая и последовательная обмотки рассчитаны на типовую мощность <math>S_{тип}<S_{ном}</math> , а обмотки низшего напряжения - на <math>\alpha_{н.н} \cdot S_{ном}<S_{ном}</math> . Таким образом, через понижающий АТ можно передать мощность, большую той, на которую выполняются его обмотки. Чем меньше коэффициент выгодности <math> \alpha = \frac{S_{тип}}{S_{ном}}</math>, тем более экономичен АТ, по сравнению с трёхобмоточным трансформатором. Чем ближе номинальные напряжения на средней и высшей сторонах автотрансформатора, тем меньше <math> \alpha </math> и тем выгоднее использовать АТ. При <math>U_{c}=U_{в} \quad \alpha=0</math> (см. (2.а)).
+
В АТ обмотки П и О рассчитываются на типовую мощность <math>S_{тип}<S_{ном}</math> , а обмотки НН - на <math>\alpha_{н.н} \cdot S_{ном}<S_{ном}</math> . Получается, что через понижающий АТ можно передать мощность, большую той, на которую выполнены его обмотки. Чем меньше <math>\displaystyle \alpha = \frac{S_{тип}}{S_{ном}}</math>, тем более экономичен АТ, в сравнении с трёхобмоточным [[трансформатор]]ом. Чем ближе значения номинальных напряжений на высшей и средней сторонах АТ, тем меньше <math> \alpha </math> и тем выгоднее использовать АТ. При <math>U_{c}=U_{в} \quad \alpha=0</math> (см. (2.а)).  
  
Недостатком АТ является необходимость выполнения изоляции обмоток П и О на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь. Автотрансформаторы не могут применяться в качестве силовых в сетях 6 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 кВ подводится к оборудованию, на котором работают люди. При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в АТ высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего.
+
АТ всегда имеет [[Глухозаземленная нейтраль|глухозаземленную нейтраль]] для предотвращения недопустимых перенапряжений в системе СН при коротком замыкании на землю в системе ВН из-за электрической связи этих систем.
  
Большой ток короткого замыкания также является недостатком АТ. Это вызывает необходимость ограничивать токи короткого замыкания за счёт других элементом системы.
+
Из-за наличия электрической связи возникает необходимость выполнения изоляции общей и последовательной обмоток на большее напряжение, что является одним из недостатков АТ. Электрическая связь обмоток АТ также приводит к тому, что в случае аварии напряжение обмотки ВН может оказаться приложенным к обмотке НН .Поэтому применение его в качестве силового в сетях 6 кВ при понижении до 0,38 кВ невозможно, в связи с тем, что напряжение 0,38 кВ подводится к оборудованию, на котором работают люди. Также в АТ необходимо [[Короткое замыкание#Причины ограничения тока короткого замыкания|ограничивать токи КЗ]], так как они могут быть достаточно большими.
  
 
== Схема замещения автотрансформатора ==
 
== Схема замещения автотрансформатора ==
 
[[Файл:Uslovnoe_oboznach_AT.png ‎|мини|Рисунок 2 -Условное обозначение АТ]]
 
[[Файл:Uslovnoe_oboznach_AT.png ‎|мини|Рисунок 2 -Условное обозначение АТ]]
  
Схема замещения автотрансформатора с <math>U_{ном} > 220 кВ</math> приведена на рис.3,[[Файл:AT.jpg|мини|Рисунок 3 - Схема замещения АТ]] а для автотрансформатора с <math>U_{ном} \leq 220 кВ</math> используется упрощенная схема, представленная на рис.4.[[Файл:Sxema_zam_at_do_220.jpg|мини|Рисунок 4 - Упрощённая схема замещения АТ]]. Как и для двухобмоточного трансформатора, в такой схеме замещения отсутствуют трансформации, т.е. это идеальные трансформаторы, но сопротивления обмоток низшего и среднего напряжения приводят к высшему напряжению. Такое приведение соответствует умножению на квадрат коэффициента трансформации.
+
Схема замещения АТ с <math>U_{ном} > 220 кВ</math> приведена на рис.3,[[Файл:Sxema_at.png|мини|500px|Рисунок 3 - Схема замещения АТ]] а для автотрансформатора с <math>U_{ном} \leq 220 кВ</math> может быть использована упрощенная схема, представленная на рис.4[[Файл:At.png|мини||500px|Рисунок 4 - Упрощённая схема замещения АТ]]. Как и для [[Схема замещения трансформатора#Двухобмоточный трансформатор|двухобмоточного трансформатора]], в такой схеме будут отсутствовать трансформации, но сопротивления обмоток НН и СН приводят к высшей стороне. Это приведение соответствует умножению на коэффициент трансформации в квадрате.
  
Потери холостого хода <math> \Delta P_{х}</math> и <math> \Delta Q_{х}</math> определяются так же, как и для двухобмоточного трансформатора. Активные потери <math> \Delta P_{х}</math>- известная каталожная величина, а <math> \Delta Q_{х}</math> определяется по каталожному значению <math> I_x </math>,%  из выражения:
+
Потери холостого хода <math> \Delta P_{х}</math> и <math> \Delta Q_{х}</math> определяются так же, как и для [[Схема замещения трансформатора#Двухобмоточный трансформатор|двухобмоточного трансформатора]]. Активные потери <math> \Delta P_{х}</math>- известная каталожная величина, а <math> \Delta Q_{х}</math> определяется по каталожному значению <math> I_x </math>,%  из выражения:
  
<math> \Delta Q_{х}=\frac{I_x \% }{100}\cdot S_{ном} </math>    (3)
+
<math>\displaystyle \Delta Q_{х}=\frac{I_x \% }{100}\cdot S_{ном} </math>    (3)
  
 
Проводимости, См, определяются следующими выражениями:
 
Проводимости, См, определяются следующими выражениями:
  
<math>  g_{т}=\frac{\Delta P_{х}}{U_{ном}^2} </math>    (4)
+
<math>\displaystyle g_{т}=\frac{\Delta P_{х}}{U_{ном}^2} </math>    (4)
  
<math>  b_{т}=\frac{\Delta Q_{х}}{U_{ном}^2} </math>    (5)
+
<math>\displaystyle b_{т}=\frac{\Delta Q_{х}}{U_{ном}^2} </math>    (5)
  
Для автотрансформаторов задаются три значения потерь короткого замыкания по парам обмоток <math>  \Delta P_{к(в.н)},\Delta P_{к(в.с)},\Delta P_{к(с.н)}</math> и три напряжения короткого замыкания по парам обмоток <math>  u_{к(в.н)}\% ,u_{к(в.с)}\% ,u_{к(с.н)}\% </math>. Каждое из каталожных значений <math> \Delta P_{к}</math> и <math> u_{к} \% </math> относятся к одному из трёх возможных опытов короткого замыкания. Активные сопротивления <math>  r_{в} ,r_{с} ,r_{н} </math> обмоток АТ определяются из выражений:
+
Для АТ задаются три значения потерь КЗ для пар обмоток <math>  \Delta P_{к(в.н)},\Delta P_{к(в.с)},\Delta P_{к(с.н)}</math> и три напряжения КЗ для пар обмоток <math>  u_{к(в.н)}\% ,u_{к(в.с)}\% ,u_{к(с.н)}\% </math>. Каждое из каталожных значений <math> \Delta P_{к}</math> и <math> u_{к} \% </math> относятся к одному из трёх возможных опытов КЗ. Активные сопротивления <math>  r_{в} ,r_{с} ,r_{н} </math> обмоток АТ определяются из выражений:
  
<math> r_{в}=\frac{ \Delta P_{к.в} \cdot U_{ном}^2 }{S_{ном}^2} </math>    (6)
+
<math>\displaystyle r_{в}=\frac{ \Delta P_{к.в} \cdot U_{ном}^2 }{S_{ном}^2} </math>    (6)
  
<math> r_{c}=\frac{ \Delta P_{к.с} \cdot U_{ном}^2 }{S_{ном}^2} </math>    (7)
+
<math>\displaystyle r_{c}=\frac{ \Delta P_{к.с} \cdot U_{ном}^2 }{S_{ном}^2} </math>    (7)
  
<math> r_{н}=\frac{ \Delta P_{к.н} \cdot U_{ном}^2 }{S_{ном}^2} </math>    (8)
+
<math>\displaystyle r_{н}=\frac{ \Delta P_{к.н} \cdot U_{ном}^2 }{S_{ном}^2} </math>    (8)
  
В (6)-(8) величины <math>  \Delta P_{к.в},\Delta P_{к.с},\Delta P_{к.н} </math> определяются по каталожным значениям потерь КЗ для пар обмоток:
+
В (6)-(8) величины <math>  \Delta P_{к.в},\Delta P_{к.с},\Delta P_{к.н} </math> определяются как:
  
<math> \Delta P_{к.в}= \frac{\Delta P_{к(в.н)} + \Delta P_{к(в.с)} - \Delta P_{к(с.н)}}{2} </math>    (9)
+
<math> \displaystyle \Delta P_{к.в}= \frac{\Delta P_{к(в.н)} + \Delta P_{к(в.с)} - \Delta P_{к(с.н)}}{2} </math>    (9)
  
<math>  \Delta P_{к.с}= \frac{\Delta P_{к(в.с)} + \Delta P_{к(с.н)} - \Delta P_{к(в.н)}}{2} </math>    (10)
+
<math>\displaystyle \Delta P_{к.с}= \frac{\Delta P_{к(в.с)} + \Delta P_{к(с.н)} - \Delta P_{к(в.н)}}{2} </math>    (10)
  
<math>  \Delta P_{к.н}= \frac{\Delta P_{к(в.н)} + \Delta P_{к(с.н)} - \Delta P_{к(в.с)}}{2} </math>    (11)
+
<math>\displaystyle \Delta P_{к.н}= \frac{\Delta P_{к(в.н)} + \Delta P_{к(с.н)} - \Delta P_{к(в.с)}}{2} </math>    (11)
  
Аналогично по каталожным значениям напряжений КЗ для пар обмоток  <math>  u_{к(в.н)}\% ,u_{к(в.с)}\% ,u_{к(с.н)}\% </math> определяются напряжения КЗ  <math>  u_{к.в}\% ,u_{к.с}\% ,u_{к.н)}\% </math>:
+
Таким же образом по известным каталожным значениям <math>  u_{к(в.н)}\% ,u_{к(в.с)}\% ,u_{к(с.н)}\% </math> можно определить <math>  u_{к.в}\% ,u_{к.с}\% ,u_{к.н}\% </math>:
  
<math>  u_{к.в}\%= \frac{u_{к.(в.н)}\% + u_{к.(в.с)}\% - u_{к.(с.н)}\%}{2} </math>    (12)
+
<math>\displaystyle u_{к.в}\%= \frac{u_{к.(в.н)}\% + u_{к.(в.с)}\% - u_{к.(с.н)}\%}{2} </math>    (12)
  
<math>  u_{к.с}\%= \frac{u_{к.(в.с)}\% + u_{к.(с.н)}\% - u_{к.(в.н)}\%}{2} </math>    (13)
+
<math>\displaystyle u_{к.с}\%= \frac{u_{к.(в.с)}\% + u_{к.(с.н)}\% - u_{к.(в.н)}\%}{2} </math>    (13)
 
    
 
    
<math> u_{к.н}\%= \frac{u_{к.(в.н)}\% + u_{к.(с.н)}\% - u_{к.(в.с)}\%}{2} </math>    (14)
+
<math> \displaystyle u_{к.н}\%= \frac{u_{к.(в.н)}\% + u_{к.(с.н)}\% - u_{к.(в.с)}\%}{2} </math>    (14)
  
По найденным значениям <math>  u_{к.в}\% ,u_{к.с}\% ,u_{к.н}\% </math> определяются реактивные сопротивления обмоток <math>  x_{в} ,x_{с} ,x_{н} </math> по выражениям:
+
По <math>  u_{к.в}\% ,u_{к.с}\% ,u_{к.н}\% </math> можно определить реактивные сопротивления обмоток <math>  x_{в} ,x_{с} ,x_{н} </math> с помощью выражений:
  
<math> x_{в}=\frac{ u_{к.в}\% \cdot U_{ном}^2 }{100 \cdot S_{ном}} </math>    (15)
+
<math>\displaystyle x_{в}=\frac{ u_{к.в}\% \cdot U_{ном}^2 }{100 \cdot S_{ном}} </math>    (15)
  
<math> x_{с}=\frac{ u_{к.с}\% \cdot U_{ном}^2 }{100 \cdot S_{ном}} </math>    (16)
+
<math>\displaystyle x_{с}=\frac{ u_{к.с}\% \cdot U_{ном}^2 }{100 \cdot S_{ном}} </math>    (16)
  
<math> x_{н}=\frac{ u_{к.н}\% \cdot U_{ном}^2 }{100 \cdot S_{ном}} </math>    (17)
+
<math>\displaystyle x_{н}=\frac{ u_{к.н}\% \cdot U_{ном}^2 }{100 \cdot S_{ном}} </math>    (17)
  
Для АТ дополнительно указывается номинальная мощность обмотки низшего напряжения в долях номинальной мощности АТ, т.е. <math> \alpha_{н.н} </math> (2.a). Значения <math>  u_{к}\%  </math> для пар обмоток приведены к напряжению ВН и отнсены к <math> S_{ном} </math>. Значения <math>  \Delta P_{к(в.с)}  </math> отнесены к номинальной мощности автотрансформатора <math> S_{ном} </math>, а <math>  \Delta P_{к(в.н)}^н  </math> и <math>  \Delta P_{к(с.н)}^н  </math> - к номинальной мощности обмотки низшего напряжения т.е. к <math> \alpha_{н.н} \cdot S_{ном} </math>. Эта особенность записи параметров определяется условиями опыта КЗ автотрансформаторов. Например, при КЗ (ВН) напряжение на обмотке ВН поднимается до такого значения, при котором в закороченной обмотке низшего напряжения, при котором в закороченной обмотке низшего напряжения, рассчитанной на <math> S_{н.ном} </math> (см. 2.а), ток будет соответствовать не <math> S_{ном} </math>, а <math> S_{н.ном} </math>. При КЗ (ВС) ток в последовательной обмотке (рис. 1) поднимается до значения, соответствующего <math> S_{ном} </math>.
+
Для АТ дополнительно указывают номинальную мощность обмотки НН в долях номинальной мощности АТ, т.е. <math> \alpha_{н.н} </math> (2.a). Значения <math>  u_{к}\%  </math> для пар обмоток приведены к напряжению ВН и отнесены к <math> S_{ном} </math>. Значения <math>  \Delta P_{к(в.с)}  </math> отнесены к номинальной мощности автотрансформатора <math> S_{ном} </math>, а <math>  \Delta P_{к(в.н)}^н  </math> и <math>  \Delta P_{к(с.н)}^н  </math> - к номинальной мощности обмотки НН т.е. к <math> \alpha_{н.н} \cdot S_{ном} </math>.Такая особенность записи параметров определяется условиями опыта короткого замыкания АТ.
  
Приведенные к разным мощностям паспортные значения <math>  \Delta P_{к}  </math> для пар обмоток АТ необходимо привести к одной мощности - номинальной. Это приведение пропорционально отношению квадратов мощностей обмоток:
+
Необходимо выполнить приведение к одной мощности (номинальной) паспортных значений <math>  \Delta P_{к}  </math> для пар обмоток АТ, которое будет пропорционально отношению квадратов мощностей обмоток:  
  
<math> \Delta P_{к(в.н)} =\frac{ \Delta P_{к(в.н)}^н }{\alpha_{н.н}^2} </math>    (18)
+
<math>\displaystyle \Delta P_{к(в.н)} =\frac{ \Delta P_{к(в.н)}^н }{\alpha_{н.н}^2} </math>    (18)
  
<math> \Delta P_{к(с.н)} =\frac{ \Delta P_{к(с.н)}^н }{\alpha_{н.н}^2} </math>    (19)
+
<math>\displaystyle \Delta P_{к(с.н)} =\frac{ \Delta P_{к(с.н)}^н }{\alpha_{н.н}^2} </math>    (19)
  
 +
= См. также =
  
== Использованные источники ==
+
* [[Трансформатор]]
 +
* [[Справочные данные параметров трансформаторов от 35 кВ]]
 +
* [[Пример расчёта параметров схемы замещения трансформатора]]
 +
 
 +
[[Категория:Схемы замещения]]
 +
 
 +
= Использованные источники =
  
 
1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. - 2-е изд., 2009.
 
1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. - 2-е изд., 2009.

Текущая версия на 19:49, 15 января 2022


Автотрансформатором (АТ) - трансформатор, в котором две или более обмотки гальванически связаны так, что они имеют общую часть. Обмотки АТ связаны электрически и магнитно, и энергия передаётся из первичной цепи во вторичную как посредством магнитного поля, так и электрическим путём.

Общие положения

Автотрансформаторы используются для преобразования близких классов напряжения (110 и 220, 220 и 330,330 и 500, 500 и 750 кВ). В энергосистемах часто возникает необходимость создания установок для преобразования напряжения, которые имеют предельные мощности. Габариты трансформаторов и автотрансформаторов будут ограничиваться железнодорожными габаритами и возможностями их доставки с завода-изготовителя к месту эксплуатации. АТ удается выполнить на большую мощность, чем трансформатор, так как на АТ расходуется меньше активных материалов в заданных габаритах.

В конструктивном плане между АТ и трансформатором практически нет отличий.

Рисунок 1 - Схема соединения обмоток автотрансформатора

Обмотка НН автотрансформатора только магнитно связана с обмотками ВН и СН. Обмотки же последовательная и общая (П и О на рис.1) связаны гальванически друг с другом, а также имеют магнитную связь. По обмотке П будет протекает ток [math] I_в [/math], а по обмотке О - [math] ( I_в - I_c) [/math]. Номинальная мощность АТ - мощность, которую автотрансформатор может принять из сети высшего напряжения или передать в эту сеть при номинальных условиях работы:

[math]S_{ном} = \sqrt{3} \cdot U_{в.ном} \cdot I_{в.ном} [/math] (1)

Номинальную мощность также называют проходной. Она равна предельной мощности, которую АТ может передать из сети ВН в сеть СН и наоборот при отсутствии нагрузки на обмотке НН.

Последовательная обмотка П рассчитывается на типовую мощность:

[math]\displaystyle S_{тип} = \sqrt{3} \cdot (U_{в.ном}-U_{с.ном}) \cdot I_{в.ном}=\sqrt{3} \cdot U_{в.ном} \cdot I_{в.ном} \cdot (1- \frac{U_{с.ном}}{U_{в.ном}}) = \alpha \cdot S_{ном} [/math] (2)

где [math] \displaystyle \alpha = 1- \frac{U_{с.ном}}{U_{в.ном}} [/math] - коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз [math]S_{тип} [/math] меньше [math]S_{ном} [/math].

Напряжение общей обмотки меньше [math]U_{ном} [/math], ток в ней равен [math]I_{в.ном}-I_{с.ном} [/math], поэтому её мощность меньше [math]S_{ном} [/math]. Обмотку НН также рассчитывают на [math]S_{тип} [/math] или на мощность меньше [math]S_{тип} [/math]. Номинальную мощность обмотки НН можно выразить через [math]S_{ном} [/math]:

[math] \displaystyle S_{н.ном} = \alpha_{н.н} \cdot S_{ном}[/math] (2.а)

где для [math]U_{в.ном} \leq 330 кВ \quad \alpha_{н.н}=0,25; 0,4; 0,5 [/math].

В АТ обмотки П и О рассчитываются на типовую мощность [math]S_{тип}\lt S_{ном}[/math] , а обмотки НН - на [math]\alpha_{н.н} \cdot S_{ном}\lt S_{ном}[/math] . Получается, что через понижающий АТ можно передать мощность, большую той, на которую выполнены его обмотки. Чем меньше [math]\displaystyle \alpha = \frac{S_{тип}}{S_{ном}}[/math], тем более экономичен АТ, в сравнении с трёхобмоточным трансформатором. Чем ближе значения номинальных напряжений на высшей и средней сторонах АТ, тем меньше [math] \alpha [/math] и тем выгоднее использовать АТ. При [math]U_{c}=U_{в} \quad \alpha=0[/math] (см. (2.а)).

АТ всегда имеет глухозаземленную нейтраль для предотвращения недопустимых перенапряжений в системе СН при коротком замыкании на землю в системе ВН из-за электрической связи этих систем.

Из-за наличия электрической связи возникает необходимость выполнения изоляции общей и последовательной обмоток на большее напряжение, что является одним из недостатков АТ. Электрическая связь обмоток АТ также приводит к тому, что в случае аварии напряжение обмотки ВН может оказаться приложенным к обмотке НН .Поэтому применение его в качестве силового в сетях 6 кВ при понижении до 0,38 кВ невозможно, в связи с тем, что напряжение 0,38 кВ подводится к оборудованию, на котором работают люди. Также в АТ необходимо ограничивать токи КЗ, так как они могут быть достаточно большими.

Схема замещения автотрансформатора

Рисунок 2 -Условное обозначение АТ
Схема замещения АТ с [math]U_{ном} \gt 220 кВ[/math] приведена на рис.3,
Рисунок 3 - Схема замещения АТ
а для автотрансформатора с [math]U_{ном} \leq 220 кВ[/math] может быть использована упрощенная схема, представленная на рис.4
Рисунок 4 - Упрощённая схема замещения АТ
. Как и для двухобмоточного трансформатора, в такой схеме будут отсутствовать трансформации, но сопротивления обмоток НН и СН приводят к высшей стороне. Это приведение соответствует умножению на коэффициент трансформации в квадрате.

Потери холостого хода [math] \Delta P_{х}[/math] и [math] \Delta Q_{х}[/math] определяются так же, как и для двухобмоточного трансформатора. Активные потери [math] \Delta P_{х}[/math]- известная каталожная величина, а [math] \Delta Q_{х}[/math] определяется по каталожному значению [math] I_x [/math],% из выражения:

[math]\displaystyle \Delta Q_{х}=\frac{I_x \% }{100}\cdot S_{ном} [/math] (3)

Проводимости, См, определяются следующими выражениями:

[math]\displaystyle g_{т}=\frac{\Delta P_{х}}{U_{ном}^2} [/math] (4)

[math]\displaystyle b_{т}=\frac{\Delta Q_{х}}{U_{ном}^2} [/math] (5)

Для АТ задаются три значения потерь КЗ для пар обмоток [math] \Delta P_{к(в.н)},\Delta P_{к(в.с)},\Delta P_{к(с.н)}[/math] и три напряжения КЗ для пар обмоток [math] u_{к(в.н)}\% ,u_{к(в.с)}\% ,u_{к(с.н)}\% [/math]. Каждое из каталожных значений [math] \Delta P_{к}[/math] и [math] u_{к} \% [/math] относятся к одному из трёх возможных опытов КЗ. Активные сопротивления [math] r_{в} ,r_{с} ,r_{н} [/math] обмоток АТ определяются из выражений:

[math]\displaystyle r_{в}=\frac{ \Delta P_{к.в} \cdot U_{ном}^2 }{S_{ном}^2} [/math] (6)

[math]\displaystyle r_{c}=\frac{ \Delta P_{к.с} \cdot U_{ном}^2 }{S_{ном}^2} [/math] (7)

[math]\displaystyle r_{н}=\frac{ \Delta P_{к.н} \cdot U_{ном}^2 }{S_{ном}^2} [/math] (8)

В (6)-(8) величины [math] \Delta P_{к.в},\Delta P_{к.с},\Delta P_{к.н} [/math] определяются как:

[math] \displaystyle \Delta P_{к.в}= \frac{\Delta P_{к(в.н)} + \Delta P_{к(в.с)} - \Delta P_{к(с.н)}}{2} [/math] (9)

[math]\displaystyle \Delta P_{к.с}= \frac{\Delta P_{к(в.с)} + \Delta P_{к(с.н)} - \Delta P_{к(в.н)}}{2} [/math] (10)

[math]\displaystyle \Delta P_{к.н}= \frac{\Delta P_{к(в.н)} + \Delta P_{к(с.н)} - \Delta P_{к(в.с)}}{2} [/math] (11)

Таким же образом по известным каталожным значениям [math] u_{к(в.н)}\% ,u_{к(в.с)}\% ,u_{к(с.н)}\% [/math] можно определить [math] u_{к.в}\% ,u_{к.с}\% ,u_{к.н}\% [/math]:

[math]\displaystyle u_{к.в}\%= \frac{u_{к.(в.н)}\% + u_{к.(в.с)}\% - u_{к.(с.н)}\%}{2} [/math] (12)

[math]\displaystyle u_{к.с}\%= \frac{u_{к.(в.с)}\% + u_{к.(с.н)}\% - u_{к.(в.н)}\%}{2} [/math] (13)

[math] \displaystyle u_{к.н}\%= \frac{u_{к.(в.н)}\% + u_{к.(с.н)}\% - u_{к.(в.с)}\%}{2} [/math] (14)

По [math] u_{к.в}\% ,u_{к.с}\% ,u_{к.н}\% [/math] можно определить реактивные сопротивления обмоток [math] x_{в} ,x_{с} ,x_{н} [/math] с помощью выражений:

[math]\displaystyle x_{в}=\frac{ u_{к.в}\% \cdot U_{ном}^2 }{100 \cdot S_{ном}} [/math] (15)

[math]\displaystyle x_{с}=\frac{ u_{к.с}\% \cdot U_{ном}^2 }{100 \cdot S_{ном}} [/math] (16)

[math]\displaystyle x_{н}=\frac{ u_{к.н}\% \cdot U_{ном}^2 }{100 \cdot S_{ном}} [/math] (17)

Для АТ дополнительно указывают номинальную мощность обмотки НН в долях номинальной мощности АТ, т.е. [math] \alpha_{н.н} [/math] (2.a). Значения [math] u_{к}\% [/math] для пар обмоток приведены к напряжению ВН и отнесены к [math] S_{ном} [/math]. Значения [math] \Delta P_{к(в.с)} [/math] отнесены к номинальной мощности автотрансформатора [math] S_{ном} [/math], а [math] \Delta P_{к(в.н)}^н [/math] и [math] \Delta P_{к(с.н)}^н [/math] - к номинальной мощности обмотки НН т.е. к [math] \alpha_{н.н} \cdot S_{ном} [/math].Такая особенность записи параметров определяется условиями опыта короткого замыкания АТ.

Необходимо выполнить приведение к одной мощности (номинальной) паспортных значений [math] \Delta P_{к} [/math] для пар обмоток АТ, которое будет пропорционально отношению квадратов мощностей обмоток:

[math]\displaystyle \Delta P_{к(в.н)} =\frac{ \Delta P_{к(в.н)}^н }{\alpha_{н.н}^2} [/math] (18)

[math]\displaystyle \Delta P_{к(с.н)} =\frac{ \Delta P_{к(с.н)}^н }{\alpha_{н.н}^2} [/math] (19)

См. также

Использованные источники

1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. - 2-е изд., 2009.

2. Файбисович Д.Л. и др. Справочник по проектированию электрических сетей 3-е издание, 2009г.

3. Копылов И. П. Электрические машины: Учебник для вузов.— М.: Энергоатомиздат, 1986.