Условия параллельной работы силовых трансформаторов кратко
Обновлено: 05.07.2024
Параллельная работа трансформаторов
Параллельная работа трансформаторов – подключение трансформаторов на совместную работу, при таком подключении соединяются между собой одноименные выводы обмоток со стороны высокого напряжения и выводы обмотки сторон низкого напряжения.
Соединение только первичных, или только вторичных обмоток между собой не следует смешивать с параллельной работой трансформаторов. Такое соединение определяется, как совместная работа двух трансформаторов.
При необходимости включения трансформаторов на параллельную работу во избежание негативных последствий для оборудования необходимо учитывать несколько факторов. Рассмотрим подробно условия включения силовых трансформаторов на параллельную работу.
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 первым условием включения трансформаторов на параллельную работу является равенство их групп соединений обмоток.
Номинальная мощность трансформаторов
Второе 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 с различной номинальной мощностью:
Номинальное напряжение обмоток, коэффициент трансформации
Третье условие – равенство номинальных напряжений обмоток подключаемых на совместную работу трансформаторов. Если напряжение на вторичных обмотках трансформаторов будет отличаться, то 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.
Напряжение короткого замыкания
На каждом трансформаторе в паспорте указывается такой параметр, как напряжение короткого замыкания. Эта величина показывает процентное соотношение к номинальному напряжению первичной обмотки силового трансформатора, которое необходимо подать на первичную обмотку, чтобы по обмотке протекал номинальный электрический ток, при замкнутых накоротко выводах вторичной обмотки.
Напряжение короткого замыкания характеризует внутреннее сопротивление обмоток силового трансформатора. Поэтому если включить параллельно трансформаторы с разными показателями напряжения короткого замыкания, то внутренние сопротивления трансформаторов будут непропорциональны и при подключении нагрузки трансформаторы будут нагружены неравномерно: один из трансформаторов может быть перегружен, а другой недогружен.
В данном случае нагрузка будет распределяться обратно пропорционально напряжению короткого замыкания – то есть трансформатор с меньшим значением напряжения КЗ будет перегружен.
Поэтому четвертым условием включения трансформаторов на параллельную работу является равенство напряжений короткого замыкания. Допускается разница напряжений короткого замыкания на 10%.
Распределение нагрузки между трансформаторами разной мощности
При необходимости включения трансформаторов на параллельную работу возникает вопрос: а как будет распределена нагрузка между трансформаторами разной номинальной мощности? При соблюдении вышеперечисленных условий нагрузка на трансформаторах будет распределена пропорционально, в соответствии с их номинальными мощностями.
Но, не смотря на соответствие паспортных данных вышеприведенным условиям, фактические параметры включаемых на параллельную работу трансформаторов могут немного отличаться.
В первую очередь это связано с техническим состоянием трансформатора, возможными несоответствиями, допущенными на производстве либо внесенными изменениями в конструкцию при выполнении ремонтно-восстановительных работ. В таком случае при включении трансформаторов на параллельную работу может наблюдаться непропорциональное распределение нагрузки.
Возможный вариант решения данной проблемы - изменение коэффициента трансформации переключением устройства ПБВ или РПН. В данном случае необходимо экспериментально откорректировать напряжение на вторичной обмотке трансформаторов таким образом, чтобы на обмотке недогруженного трансформатора напряжение было выше, чем на другом трансформаторе.
После выбора трансформаторов с учетом вышеприведенным условий необходимо выполнить еще одно важное условие – соблюсти фазировку при подключении выводов вторичных обмоток во избежание создания аварийной ситуации в электросети – междуфазного короткого замыкания.
То есть перед тем как соединить выводы вторичных обмоток необходимо убедиться в том, что будут подключены одноименные выводы – для этого выполняется пофазная проверка специальными указателями для фазировки.
При включении трансформаторов на параллельную работу не менее важно правильно выбрать оборудование для их подключения к электрической сети.
Выбор коммутационных аппаратов и соединительных токопроводов по стороне ВН и НН трансформаторов осуществляется по номинальному току обмоток трансформатора с учетом допустимых кратковременных перегрузок.
Защитные аппараты – высоковольтные выключатели, автоматически выключатели или предохранители должны быть выбраны таким образом, чтобы обмотки не подвергались перегрузкам выше допустимых значений, были защищены от возможных коротких замыканий в электрической сети.
Параллельная работа трансформатора характеризуется особенной работой обмоток. К первичным контурам подводится питающая сеть. Подключение обмотки вторичного типа производится к общей сети. Исходящее электричество питает различных потребителей.
Требования сети
Включение трансформаторов на параллельную работу вызвано определенными особенностями эксплуатации электроустановок. Представленный подход позволяет решить проблемы электроснабжения.
При параллельном подключении силовых трансформаторов удается избежать увеличения токов основного устройства. Система менее подвержена перегрузкам. В процессе параллельного подключения обмоток трансформатора уменьшается показатель сбоев в работе электросети. Вероятность, что не будут работать сразу два трансформаторных устройства, крайне мала.
При эксплуатации силового оборудования высокой мощности необходимо обеспечить достаточное пространство (в высоту) для установки агрегата. В небольшом помещении допускается параллельная работа трансформаторов, согласно ПУЭ. На территории одной электроустановки со стандартными размерами пространства возможно использовать необходимое количество силовой аппаратуры. Для увеличения продуктивности, безопасности работающих от разных источников агрегатов, потребуется правильно создать параллельное соединение обмоток.
Особенности
Параллельное соединение трансформаторов тока должно выполнять установленные правила и условия включения. Силовые агрегаты при включении должны характеризоваться определенным показателем полной мощности. Эта величина соответствует сумме мощностей соединенных приборов. При этом выполняется условие. Величины сопротивлений, коэффициент трансформации в процессе включения трансформаторов на параллельную работу, равны.
Если величины мощности неодинаковы, нагрузка делится в соответствии с номиналами. Это происходит при условии равенства коэффициента трансформации подключаемых объектов.
Существует правило. Разрешается допускать соединения параллельным включением установок с мощностью выше в 2 раза. В этом случае нужно следить за работой агрегатов. Трансформаторы не функционируют постоянно.
Условия
Существуют определенные условия параллельной работы трансформаторов. Всего установлено 5 пунктов. Включенные приборы работают правильно при следующих условиях:
- Фазировка. Выполнение этого условия трансформаторами является обязательным. Иначе будет наблюдаться короткое замыкание. Токи вторичных цепей позволяют выполнить фазировку. Фазы соединений согласовываются со стороны низкого, высокого напряжения.
- Напряжение на обмотках вторичных и первичных катушек при соединении должно быть разным. Это условие выполняется с соблюдением особенностей изоляции. Коэффициент трансформации всех элементов системы должен быть идентичным. Соединить устройство допускается, если отклонение показателя не превышает 0,5 %.
- Напряжение короткого замыкания равно для всех агрегатов. Это способствует выполнению обмотками установленных функций. Сопротивление контура возрастает при высоком напряжении короткого замыкания. Увеличивая его уровень для маломощного агрегата, можно получить перегрузку. Для нормальных условий функционирования системы при выполнении стандартов отклонение между показателями короткого замыкания устройств не превышает 10%.
- Включить параллельным соединением допускается одинаковые обмотки, соответствующие друг другу. При несоблюдении этого условия работающими приборами вырабатываются уравнительные токи. Наблюдается сдвиг фазы.
- Мощность аппаратуры не должна отличаться в 3 раза. Это является важным условием правильной работы системы. В противном случае мощный прибор увеличивает нагрузку на следующие приборы. Маломощные агрегаты будут перегружены. Соединять подобные устройства запрещается правилами безопасности.
Следуя перечисленным условиям, обеспечивается стабильная, эффективная работа силового оборудования. Безопасность и надежность функционирования системы повышается.
Невыполнение условий
Если не соблюдается хотя бы одно из условий, следует ожидать сбоев в работе оборудования. Нужно знать, в каком случае эксплуатация коммутированной установки будет небезопасной.
При использовании разных типов соединения появляется сдвиг фаз. При этом по контурам будет бежать ток, превышающий установленные производителем параметры. Максимальное увеличение значения появляется при возникновении короткого замыкания. Сдвиг фазы при этом составляет 180º для трансформаторов с группами обмоток 12 и 6.
Следующая небезопасная ситуация возможна при неравенстве коэффициентов трансформации. Во вторичной обмотке появится результирующее напряжение. Электричество будет протекать по цепи на холостом ходу.
При несовпадении показателей короткого замыкания будут неравны внутренние сопротивления. На холостом ходу электричество не появится, но нагрузка распределится в обратной зависимости от их сопротивления. Маломощный агрегат в такой ситуации будет перегружен.
Выполнение фазировки
Чтобы избежать появления короткого замыкания, на низшем выводе напряжения проводится фазировка. Если этот показатель в указанной точке не превышает 1000 В, применяется вольтметр. Его настраивают на соответствующий уровень напряжения.
Фазируемые обмотки соединяют. Это позволит получить замкнутый контур. Обмотки могут иметь заземленную нейтраль или выпускаться без нее. В первом случае контур замыкается через землю. Сопротивление между выводами замеряется. Результат сопоставляется с указанными производителем значениями.
Если нейтраль в конструкции не предусмотрена, потребуется ставить последовательно перемычку между соответствующими выводами двух трансформаторов. Между ними замеряют напряжение. Чтобы обеспечить безопасную работу агрегатов, соединяют те выводы, между которыми при замере не было напряжения.
Рассмотрев особенности параллельного соединения трансформаторных устройств, а также условия и рекомендации по проведению этого процесса, можно обеспечить стабильную и безопасную работу системы. Это предоставляет массу преимуществ в процессе энергоснабжения потребителей электричеством.
Параллельная работа трансформаторов – это такое включение трансформаторов, при котором соединяются между собой одноимённые выводы как обмоток высокого напряжения, так и обмоток низкого напряжения.
Если соединяются выводы обмоток одной стороны , только низкого или только высокого напряжения, то это называется совместной работой трансформаторов.
Но для параллельной работы трансформаторов, нужно выполнить 5 условий, перечисленных в пункте 2.1.19 ПТЭЭП:
- группы соединений обмоток одинаковы;
- соотношение мощностей трансформаторов не более 1:3;
- коэффициенты трансформации отличаются не более чем на ±0,5%;
- напряжения короткого замыкания отличаются не более чем на ±10%;
- произведена фазировка трансформаторов.
Группы соединения обмоток
Группа соединения обмоток указывает на сдвиг фазы линейной ЭДС вторичной обмотки по отношению к ЭДС первичной.
Группа соединения определяется схемой соединения первичных и вторичных обмоток, например, если обмотка высшего напряжения соединения по схеме треугольника, а обмотка низкого напряжения звездой то это 11 группа (обозначается как Д/Yн-11 ), а сдвиг составляет 330°, где фаза ЭДС во вторичной обмотке отстаёт на указанный угол от фазы ЭДС в первичной.
Примечание: Группа соединений трёхфазного трансформатора зависит не только от схем соединения первичных и вторичных обмоток, но и направления намотки обмоток и способа (порядка) обозначения выводов обмоток (их маркировки). Если интересно узнать о них подробнее — пишите в комментариях и мы подготовим об этом статью.
Если включить в параллельную работу трансформаторы с разной группой соединения обмоток, то напряжения на вторичных обмотках будут отличаться на величину пропорциональную углу сдвига фаз δ, на рисунке ниже разница напряжений обозначена вектором ΔU.
При соединении обмоток трансформаторов с разными группами соединений из-за разницы вторичных напряжений между обмотками протекать уравнительный ток в разы, превышающий номинальный. Это аварийный режим работы, который приведёт к повреждению трансформаторов, коммутационных аппаратов, токопроводящих шин.
В некоторых случаях группу соединения можно изменить перемаркировкой выводов и соединением их с шинами в нужном порядке. Но это возможно если выводы обмоток доступны, иначе нужно вскрывать трансформатор.
Соотношение мощностей трансформаторов
Нельзя включать в параллельную работу трансформаторы, если их мощность отличается в 3 раза и больше. Это связано с тем, что при работе нагрузка распределяется между трансформаторами прямо пропорционально их мощностям. При этом более мощный трансформатор возьмёт на себя б о льшую нагрузку, а при небольших перегрузках трансформатор меньшей мощности будет в процентном соотношении сильнее нагружаться.
Пример — если мощность одного трансформатора 630 кВа, то он может работать параллельно с трансформатором мощностью от 250 до 1600 кВа (мощности выбраны из ряда мощностей масляных трансформаторов серии ТМ).
Коэффициенты трансформации
Если у трансформаторов, подключённых к линиям одинакового напряжения, будут разные коэффициенты трансформации, то вторичные напряжения у них будут отличаться, и это очевидно. Из-за разности вторичных напряжений при параллельной работе трансформаторы будут нагружаться уравнительным током во всех режимах работы, что приведёт к увеличению потерь.
где ΔU=U1-U2 - разность вторичных напряжений трансформаторов; Zк1 и Zк2 — сопротивления первого и второго трансформаторов, определяемые по формуле:
Например, есть два трансформатора с такими характеристиками: S1=S2=10000 кВ·А; U1=6600 В; U2=6300 В; uк1=uк2=8%; группы соединения обмоток Y/Δ-11. Чтобы найти уравнительный ток, сначала нужно найти номинальные токи трансформаторов:
Теперь найдём сопротивления трансформаторов, по приведённой выше формуле:
Найдём разность вторичных напряжений и величину уравнительного тока.
То есть даже на холостом ходу трансформаторы будут нагружены уравнительным током в 260А, притом что номинальные токи 875 и 917 А, этот ток фактически является потерями и понижает суммарную мощность подстанции.
Именно поэтому Правила требуют, чтобы отклонения по коэффициенту трансформации были не более 0,5% в обе стороны.
Если на трансформаторе предусмотрена регулировка напряжения, ПВБ или РПН, то с их помощью можно откорректировать напряжения и снизить эту разницу и величину уравнительного тока.
Напряжения короткого замыкания
Согласно ГОСТ 16110-82, напряжение короткого замыкания — это линейное напряжение, которое нужно подвести к линейным зажимам одной из обмоток пары, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий номинальному при замкнутой накоротко второй обмотке пары. Указывается в виде процентного соотношения к номинальному напряжению.
Напряжение короткого замыкания влияет на распределение нагрузки между трансформаторами обратно пропорционально. То есть на трансформатор с меньшим напряжением короткого замыкания приходится больше нагрузки.
Поэтому Правила допускают отличие напряжений короткого замыкания не более чем на ±10%.
Фазировка трансформаторов
Фазировка трансформаторов — это подключение выводов вторичных обмоток (фаз) трансформаторов к соответствующим шинам. Если сказать проще, то фазировка трансформаторов — это подключение фазы А к шине фазы А, Фазы В к В, и С к С. Если перепутать и подключить, например, фазу А первого трансформатора и фазу В второго трансформатора к одной и той же шине получится межфазное короткое замыкание.
Подведём итоги
2.1.19. Допускается параллельная работа трансформаторов (автотрансформаторов) при условии, что ни одна из обмоток не будет нагружена током, превышающим допустимый ток для данной обмотки.
Параллельная работа трансформаторов разрешается при следующих условиях:
- группы соединений обмоток одинаковы;
- соотношение мощностей трансформаторов не более 1:3;
- коэффициенты трансформации отличаются не более чем на ±0,5%;
- напряжения короткого замыкания отличаются не более чем на ±10%;
- произведена фазировка трансформаторов.
Для выравнивания нагрузки между параллельно работающими трансформаторами с различными напряжениями короткого замыкания допускается в небольших пределах изменение коэффициента трансформации путём переключения ответвлений при условии, что ни один из трансформаторов не будет перегружен.
Параллельная работа силовых трансформаторов представляет собой одновременное подключение двух трансформаторов на одноименные выводы обмоток, как со стороны первичного, так и вторичного напряжения. Соединение между собой только низковольтных или высоковольтных обмоток трансформаторов называют совместной работой. Силовые трансформаторы, которые планируют включать на параллельную работу, должны отвечать следующим требованиям:
В некоторых ситуациях требуется подключить к одному потребляющему устройству несколько трансформаторов, с параллельным способом подсоединения. Рассмотрим особенности параллельной работы трансформаторов и возможные последствия неправильного подсоединения.
Особенности параллельной работы трансформаторов
При параллельной работе трансформаторы подключаются способом, предусматривающим соединение соответственно входных и выходных обмоток указанных устройств. Если имеет место соединение обмоток только на входе или выходе, такую схему нельзя назвать параллельной работой трансформаторов.
Условия параллельного подключения
Чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию оборудования, работающего в указанном режиме, требуется соблюдать несколько важных условий. Рассмотрим детальнее правила, учитывающие подобные режимы эксплуатации данных устройств.
Схему можно увеличить кликнув по ней:
Принцип равенства групп соединения обмоток
Угол сдвига фаз может различаться в разных группах соединения трансформаторных обмоток. Для каждой из групп характерен свой угол фаз по первичному и вторичному напряжению.
При параллельном соединении двух агрегатов, у которых различаются группы по соединению обмоток, резко возрастает величина силы уравнительных токов в катушках, в результате оба устройства могут выйти из строя.
При подборе трансформаторов для работы в условиях параллельного подключения, важно, чтобы указанные группы и параметры углов фаз совпадали.
Параметры номинальной мощности
Ещё одно требование, без которого параллельное подключение с обеспечением нормальной работы агрегатов невозможно – различие в значении характеристики мощности устройств не более чем в три раза.
К примеру, если у одного агрегата величина номинальной мощности составляет 1 000 кВА, то к нему можно подключать только трансформаторы со значением указанной характеристики в пределах диапазона от 400 до 2 500 кВА. Данная величина мощности не выходит за границы указанного диапазона.
Если нарушить соблюдение этого правила, аппарат с меньшими мощностными характеристиками будет работать в условиях постоянной перегрузки, что грозит его поломкой.
Подбор по номинальному напряжению катушек и коэффициенту трансформации
Для каждого трансформатора характерно определённое номинальное напряжение, на величину которого рассчитан прибор. Если на выходе каждого из параллельно подключённых устройств образуется разное значение напряжения, такая ситуация вызовет возникновение уравнительных токов.
При соединении приборов с различными характеристиками на выходе, резко возрастут нежелательные потери со снижением напряжения. Отклонение не рекомендуется превышать более чем на половину процента.
Конструкция современных трансформаторов предусматривает возможность изменения количества витков на входной и выходной катушках, с соответствующим регулированием коэффициента трансформации. Для этого используются специальные устройства – ПБВ или РПН, позволяющие выполнять указанную регулировку соответственно с отключением агрегата и непосредственно под нагрузкой.
Формула по вычислению коэффициента трансформации
Перед параллельным соединением, следует с помощью указанных устройств отрегулировать величину напряжения на выходе, чтобы обеспечить нормальную работу аппаратов.
Значение напряжения короткого замыкания
Каждый трансформатор характеризуется собственной величиной напряжения короткого замыкания, указанной в паспортных характеристиках оборудования изготовителем. Указанный параметр характеризует сопротивление обмоток и, соответственно, уровень потерь.
Прибор с меньшей величиной напряжения КЗ будет принимать большую нагрузку, с постоянным перегрузом при работе. Нормативы предусматривают допустимое отклонение между указанной характеристикой в двух аппаратах в пределах 10 процентов.
Правильность фазировки
При соединении двух трансформаторов, должны объединяться соответствующие фазы. Если фазировка выполнена неверно, возникнет короткое замыкание с полным выходом из строя обоих агрегатов.
При соблюдении перечисленных условий, параллельно подключённые трансформаторы будут работать в штатном режиме, что обеспечит исправность оборудования и предупредит опасность аварии. Чтобы исключить возможные аварийные ситуации, к выполнению подобных подключений необходимо привлекать квалифицированный персонал, прошедший профессиональное обучение и получивший допуск к работам в электроустановках с присвоением группы электробезопасности.
Читайте также: