Условия параллельной работы трансформаторов ПУЭ

Параллельная работа трансформаторов

Параллельная работа трансформаторов – соединение трансформаторов для совместной работы, при таком подключении одноименные выводы обмотки со стороны высокого напряжения и выводы обмотки со стороны низкого напряжения соединяются между собой.

Соединение между ними только первичной или только вторичной обмотки не следует путать с параллельной работой трансформаторов. Это соединение определяется как совместная работа двух трансформаторов.

Если необходимо подключить трансформаторы для параллельной работы, чтобы избежать 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 фазовым углом первичного и вторичного напряжений. Поэтому включение двух трансформаторов с разными группами соединения обмоток на параллельную работу приведет к возникновению в обмотках больших уравнивающих токов, что приведет к выходу трансформаторов из строя.

Поэтому первым условием подключения трансформаторов для параллельной работы является равенство их групп соединения обмоток.

Номинальная мощность трансформаторов

Вторым необходимым условием возможности подключения трансформаторов для параллельной работы является соотношение их номинальной мощности не более 1 к 3. Например, если номинальная мощность силового трансформатора составляет 1000 кВА, он может быть включен для параллельной работы с другой трансформатор мощностью от 400 кВА до 2500 кВА – все значения этого диапазона мощностей по отношению к мощности 1000 кВА не превышают от 1 до 3.

Параллельная работа трансформаторов разной мощности:

Номинальное напряжение обмоток, коэффициент трансформации

Третье условие – это равенство номинальных напряжений обмоток подключаемых трансформаторов для совместной работы. Если напряжение на вторичных обмотках трансформаторов другое, это приведет к возникновению уравнивающих токов, что, в свою очередь, приведет к нежелательным падениям и потерям напряжения.

Допускается небольшое отклонение напряжения: разница коэффициентов трансформации до 0,5%.

На трансформаторах, где можно регулировать коэффициент трансформации, увеличивая или уменьшая количество витков обмотки, необходимо учитывать положение переключающих устройств – РПН или РПН. При необходимости с помощью этих устройств можно откорректировать напряжение на трансформаторе до требуемых значений, после чего можно подключить вторичные обмотки – включить трансформаторы на параллельную работу.

Напряжение короткого замыкания

На каждом трансформаторе в паспорте указан такой параметр, как напряжение короткого замыкания. Это значение указывает процентное соотношение номинального напряжения первичной обмотки силового трансформатора, которое должно быть приложено к первичной обмотке, чтобы номинальный ток протекал в обмотку при замыкании вторичных клемм.

Напряжение короткого замыкания характеризует внутреннее сопротивление обмоток силового трансформатора. Следовательно, если трансформаторы с разными индикаторами напряжения короткого замыкания подключены параллельно, внутренние сопротивления трансформаторов будут непропорциональными, а при подключении нагрузки трансформаторы будут загружены неравномерно: один из трансформаторов может быть перегружен, а другой – недогрузкой.

В этом случае нагрузка будет распределяться обратно пропорционально напряжению короткого замыкания, то есть трансформатор с меньшим значением напряжения короткого замыкания будет перегружен.

Поэтому четвертым условием подключения трансформаторов для параллельной работы является равенство напряжений короткого замыкания. Допускается разность напряжений короткого замыкания 10%.

Распределение нагрузки между трансформаторами разной мощности

Если необходимо подключить трансформаторы для параллельной работы, возникает вопрос: как будет распределяться нагрузка между трансформаторами разной номинальной мощности? Если вышеуказанные условия соблюдены, нагрузка на трансформаторы будет распределяться пропорционально в зависимости от их номинальной мощности.

Однако, несмотря на соответствие паспортных данных указанным выше условиям, фактические параметры трансформаторов, включенных для параллельной работы, могут незначительно отличаться.

В первую очередь, это связано с техническим состоянием трансформатора, возможными несоответствиями, внесенными в производство или изменениями, внесенными в конструкцию при ремонтно-восстановительных работах. В этом случае при подключении трансформаторов для параллельной работы может наблюдаться непропорциональное распределение нагрузки.

Возможное решение этой проблемы – изменить коэффициент трансформации, переключив устройство РПН в режим холостого хода или устройство РПН. В этом случае необходимо экспериментально откорректировать напряжение на вторичной обмотке трансформаторов, чтобы напряжение на обмотке трансформатора под нагрузкой было выше, чем на другом трансформаторе.

Равенство групп соединения обмоток

Существует несколько групп соединений обмоток трансформатора. Каждая группа отличается своим фазовым углом первичного и вторичного напряжений. Поэтому включение двух трансформаторов с разными группами соединения обмоток на параллельную работу приведет к возникновению в обмотках больших уравнивающих токов, что приведет к выходу трансформаторов из строя. Поэтому важным условием подключения трансформаторов для параллельной работы является равенство их групп соединения обмоток.

Проверка схем и групп соединения обмоток

На практике проверка цепей и соединительных групп обмоток трехфазных трансформаторов осуществляется методом двух вольтметров, который основан на измерении напряжений между соответствующими выводами обмоток трансформатора и последующем сравнении их с расчетными значениями. Измеренные напряжения должны быть такими же, как рассчитанные для данной группы соединений.

Параллельное соединение трансформаторов

Чтобы исключить ошибки при параллельном включении трансформаторов, нормативы устанавливают для каждого трансформатора определенной мощности и напряжения обмотки высокого напряжения определенное значение напряжения короткого замыкания. Так, ГОСТ 12022-76 на трансформаторы мощностью 400 кВА и напряжением 10 кВ устанавливают ук равным 4,5%, а на напряжение 35 кВ – 6,5%.

ГОСТ 11920-73 на трансформаторы мощностью 2500 кВА и напряжением 10 кВ устанавливают uk равным 5,5%, а на напряжение 35 кВ – 6,5%. Однако при практической реализации трансформаторов всегда возможны некоторые отклонения размеров обмоток или каналов между ними, что, как известно, влияет на величину uk. Таким образом, ГОСТ 11677-75 позволяет включать трансформаторы на параллельную работу с некоторым отклонением от номинальных значений uк (в пределах ± 10%). Третье условие для параллельной работы – наличие у всех трансформаторов одинаковых групп подключения.

Определение напряжения между обмотками.

Другими словами, если напряжения ВН одинаковы, необходимо иметь одинаковые углы и между векторами линейных напряжений обмоток ВН и НН. Чтобы убедиться, что вам нужны одинаковые группы подключений, рассмотрим простой пример. Пусть два трансформатора имеют схемы и группы включения Y / Δ – 11 и Y / Δ – 1.

На рисунке показаны совмещенные векторы линейных напряжений обмоток ВН и НН первого и второго трансформаторов. Если их первичные напряжения (VN) одинаковы, при параллельном соединении вторичных напряжений a1b1 и a2b2 появится сдвиг на 60 °. Таким образом будет получена геометрическая разница между напряжениями a1b1 и a2b2, обозначенная на рисунке отрезком b1b2. Треугольник a1b1b2 равносторонний, следовательно, отрезок b1b2 = a2b1 = a2b2, то есть по величине равен линейному напряжению обмотки НН.

Номинальная мощность трансформаторов

Необходимым условием возможности подключения трансформаторов для параллельной работы является соотношение их номинальной мощности не более 1 к 3. Например, если номинальная мощность силового трансформатора составляет 1000 кВА, он может быть включен для параллельной работы с другим трансформатор мощностью от 400 кВА до 2500 кВА – все значения данного диапазона мощностей по отношению к мощности 1000 кВА, не превышающие от 1 до 3.

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

Коэффициент трансформации

Определение коэффициентов трансформации.

Равенство номинальных напряжений обмоток трансформатора, подключенных для совместной работы, обязательно при параллельной работе. Если напряжение на вторичных обмотках трансформаторов другое.

Это приведет к возникновению уравнивающих токов, что, в свою очередь, приведет к нежелательным падениям и потерям напряжения. Допускается небольшое отклонение напряжения: разница коэффициентов трансформации до 0,5%.

На трансформаторах, где можно регулировать коэффициент трансформации, увеличивая или уменьшая количество витков обмотки, необходимо учитывать положение переключающих устройств – РПН или РПН.

При необходимости с помощью этих устройств можно откорректировать напряжение на трансформаторе до требуемых значений, после чего можно подключить вторичные обмотки – включить трансформаторы на параллельную работу.

Назначение трансформаторов тока

Счетчики для однофазных и трехфазных сетей рассчитаны на номинальные токи до 100 А. Применение устройств с большими токами затруднено из-за необходимости использования проводов слишком большого сечения. Поэтому для измерения характеристик в линиях с большими токами необходимо использовать специальные устройства, снижающие ток до приемлемого значения. Для этого используются трансформаторы тока (ТТ).

Первичная обмотка трансформатора тока подключена последовательно к линейному проводу, по которому протекает сильный ток, а измерительный прибор подключен ко вторичной обмотке. Для удобства выводы отмечены символами. Для начала и, соответственно, конца первичной обмотки используются обозначения L1 и L2. Для вторичной обмотки – I1 и I2. При подключении необходимо строго соблюдать полярность первичной и вторичной обмоток ТТ.

Чаще всего вторичный ток составляет 5 А, иногда используются ТТ с вторичным током 1 А. Для измерения напряжения в высоковольтных сетях используется подключение через трансформатор напряжения, который снижает напряжение до 100 или 57,7 вольт.

Измерительные трансформаторы вносят собственную погрешность измерения. Здесь важно соблюдать правильную схему подключения, соблюдая обозначения. Например, если поменять местами выводы вторичных цепей I1 и I2, это повлечет за собой существенное занижение электричества.

Трансформаторы тока подключаются по трехфазным цепям по неполной схеме звезды (сети с изолированной нейтралью). При наличии нулевого провода соединение выполняется сплошной звездой. В дифференциальной защите силовых трансформаторов ТТ подключаются по схеме «Треугольник».

Это позволяет компенсировать фазовый сдвиг вторичных токов, что снижает ток небаланса. В трехфазных сетях без нейтрального провода трансформаторы тока обычно подключаются только к двум основным линиям, поскольку, измерив ток в двух фазах, можно легко рассчитать ток в третьей фазе.

Если сеть имеет заземленную нейтраль (обычно сети 110 кВ и выше), ТТ необходимо подключить ко всем трем фазам. Соединение катушек реле и трансформаторов тока сплошной звездой. Данная схема подключения трансформатора представлена ​​в виде векторных диаграмм, иллюстрирующих работу трансформатора на рис. 2.4.1 и схемах 2.4.2, 2.4.3, 2.4.4.

Если трансформатор работает нормально или если он симметричный, будет течь ток небаланса или небольшой ток, который возникает из-за различных ошибок трансформаторов тока.

Вышеуказанная схема применяется ко всем типам (фаза-фаза и однофазность) при срабатывании защиты. Трехфазное короткое замыкание

Двухфазное короткое замыкание

Однофазное короткое замыкание

Отношение Iр / Если (ток в реле) / (ток в фазе) называется коэффициентом схемы, его можно определить для всех схем подключения. Для этой схемы коэффициент схемы kсх будет равен 1.

На рис. 5 приведена схема соединения обмоток реле и трансформаторов тока в частичную звезду, а на рис. 2.4.6, 2.4.7 ее векторные диаграммы, иллюстрирующие работу этой схемы.

Трехфазный: когда токи могут течь по обратному проводу через оба реле. Двухфазный: когда токи могут протекать через одно или два реле в зависимости от повреждения определенных фаз.

Короткое замыкание фазы в фазе может произойти, когда токи не появляются в этой схеме защиты. Неполная схема звезды может использоваться только в сетях с нулевыми изолированными точками при kcx = 1 для межфазной защиты и может реагировать только на некоторые однофазные случаи.

На рис. 2.4.8 Вы можете изучить схему подключения в звезду и треугольник соответственно обмоток реле и трансформатора.

При симметричных нагрузках в реле и в период, когда возникает трехфазный ток, может проходить линейный ток, сдвинутый по фазе на 30 * по фазе относительно фазного тока и в несколько раз превышающий его.

Схемотехнические характеристики этого подключения:

1. при всех типах разного типа в реле проходят токи, при этом построенная по такой схеме защита будет реагировать на всевозможные короткие замыкания;
2. ток в реле относится к фазному току в зависимости от типа короткого замыкания;
3. униполярный ток, который не может закрываться через обмотки реле, не может выходить за пределы треугольника трансформаторов тока.

Вышеупомянутая схема часто используется для дистанционной или при дифференциальной защите трансформаторов.

Как рассчитать мощность

Под нормальной параллельной работой трансформаторов понимается работа, при которой в цепи вторичной обмотки в режиме холостого хода нет тока, а при запитании потребителей (в режиме нагрузки) токи распределяются пропорционально номинальной мощности трансформаторов. В режиме холостого хода во вторичной обмотке может быть так называемый уравнительный ток.

Этот ток во вторичной цепи обмотки заряжает трансформатор и вызывает ненужный нагрев его обмоток и дополнительное потребление энергии. В режиме нагрузки уравнивающие токи перекрывают токи потребителей и создают неравномерную нагрузку на трансформаторы.

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

Если соблюдаются первые два условия параллельной работы, поменять местами концы одной из обмоток трансформатора, то в цепи вторичных обмоток ЭДС будет направлена ​​не в противоположную, а во вторую, что равносильно короткому замыканию трансформатор. Идентичные группы подключения необходимы также для трехфазных трансформаторов.

При несоблюдении этого условия ЭДС и соответствующая пара обмоток находятся в противофазе и, как следствие, появляется уравнительный ток, который может значительно превышать значение номинального тока и даже приближаться к току короткого замыкания.

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

В каких случаях нужен параллельный режим работы трансформаторов

Включение различных устройств для преобразования электрической энергии преследует несколько целей:

1. Увеличение мощности преобразования.
2. Большая надежность.
3. Повышенная перегрузочная способность.
4. Более эффективное использование свободного места.
5. Снижение эксплуатационных потерь в периоды низкой нагрузки.

Увеличение мощности потребителей требует соответствующего увеличения мощности трансформатора. Назначение параллельного подключения – возможность не разбирать и заменять самое слабое оборудование. В этом случае используется дополнительная установка трансформатора, включенного параллельно. В первом приближении можно предположить, что допустимая мощность потребителей в этом случае увеличивается вдвое.

Отдельную категорию потребителей выделяют высокие требования к надежности электроснабжения. В этом случае назначение резервных трансформаторов – возможность подачи питания в случае выхода из строя части преобразователей.

Параллельное соединение трансформаторов применяется и в том случае, если установка более мощного сооружения не соответствует габаритным требованиям. Часто проще установить несколько небольших конструкций вместо одной более мощной.

Снижение конверсионных потерь в период минимального потребления достигается отключением части трансформаторов.

Достоинства и недостатки

Среди преимуществ рассматриваемого типа включения следует отметить следующие:

• увеличение разрешенной мощности потребителей;
• возможность горячего резервного питания особо требовательных групп потребителей;
• улучшить условия для охлаждающих устройств;
• возможность быстро регулировать количество подключаемых устройств в условиях значительных изменений мощности потребителей.

При проектировании систем электроснабжения следует учитывать, что схемы параллельного включения не лишены недостатков:

• усложнение из-за установки коммутационных и соединительных устройств;
• необходимость установки однотипных устройств;
• увеличить размер комнаты;
• сложность подключения.

Особенности и схема работы параллельного соединения

Не путайте совместную и параллельную работу силовых трансформаторов. В первом случае устройства подключаются параллельно к электросети, но работают они на разных потребителей или на одного, но в разное время путем установки переключателя. Таким образом, нагрузка распределяется между преобразователями мощности.

Параллельная работа трансформаторных устройств требует соблюдения нескольких условий. Если хотя бы один из них не соблюдается, по обмоткам трансформаторов начинает течь уравнительный ток, что снижает допустимую мощность нагрузки, вызывает перегрузку преобразователя и снижает общий КПД.

Преимущества параллельной работы трансформаторов

Параллельная работа нескольких трансформаторов дает множество экономических и технических преимуществ по сравнению с более мощной электростанцией. Среди них:

1. Повышение надежности электроснабжения потребителей. Выход одного трансформатора не гасит другие. Элементы цепи полностью или частично поглощают нагрузку.

2. Снижение потерь электроэнергии. Благодаря сохранению меньшего запаса и возможности отключения сезонных трансформаторов позволяет поддерживать наиболее экономичный режим работы.

3. При подключении новых потребителей в параллельную работу возможно введение дополнительной электростанции, что снижает затраты эксплуатирующей организации или потребителя в зависимости от бюджета.

Среди недостатков – сложность подключения, требующая тщательных расчетов и дополнительных замеров.

Измерения перед включением в параллельную работу

Проверка группы подключения и другой технической информации, представленной в паспорте продукта, обычно не производится. Однако перед подключением оборудования к параллельной работе рекомендуется произвести замеры:

1. Измерьте номинальное напряжение, подключив несколько трансформаторов к вольтметру. Отклонения на приборе укажут на несоответствие количества витков обмоток.

2. Методом двух вольтметров или постоянного тока определите узел соединения обмоток. В этом случае полученные значения сравниваются с паспортными значениями, что позволяет определить правильность группы соединений.

Для трехобмоточных трансформаторов измерения проводятся для каждой обмотки (ВН, СН, НН).

Рекомендуем ознакомиться с: Что такое трансформатор тока: назначение, характеристики, принцип действия, схемы.

Условия включения и работы по ПУЭ

Нормативно-техническая документация, в частности Правила устройства электроустановок (ПУЭ), устанавливают все допустимые условия проектирования, монтажа и эксплуатации трансформаторного оборудования.

Условия параллельной работы сформулированы также в Правилах технической эксплуатации электрических систем потребителей (ПТЭЭП). В частности, здесь сформулированы основные требования к подключению:

• соответствие групп соединения обмоток;
• допустимый коэффициент мощности трансформаторов;
• допустимые отклонения коэффициентов трансформации;
• нормативы напряжения короткого замыкания;
• постепенный.

Фазировка

Одним из важнейших требований при параллельном включении трансформаторов является фазировка обмоток.

Необходимо соблюдать правильную последовательность фаз, иначе произойдет короткое замыкание между обмотками трансформатора. При сдвиге фаз в проводниках значение напряжения в каждый момент разное, поэтому между ними возникает электрический ток.

Процедура синхронизации особенно важна в случаях, когда используются устройства с разными группами переключения обмоток.

Напряжение на обмотках

Параллельная работа разрешена только в случае равного напряжения на верхней и нижней сторонах. Это требование связано с тем, что при неодинаковых значениях напряжения по обмоткам начнут протекать уравнительные токи.

В устройствах с возможностью регулировки степени трансформации необходимо учитывать положение переключающих устройств. Допускается корректировка выходных значений до требуемых с учетом отсутствия перегрузки одного из трансформаторов.

Как выполнить фазировку

Фазирование выполняется в первую очередь для вторичных цепей. В зависимости от состояния нейтрали измерения производятся двумя способами.

Заземленная нейтраль

1. Цепи первичной обмотки подключены к сети. Нейтраль заземлена.
2. Напряжение измеряется относительно клеммы a1 первого трансформатора и клемм a2, b2, c2 второго;
3. Повторите те же действия для выводов B1 и C1.

Изолированная нейтраль

1. Первичные обмотки подключены;
2. Подключите перемычку между клеммами a1 и a2;
3. Измерьте напряжение v1-v2, c1-c2;
4. Установите перемычку на контакты B1 и B2;
5. Измерьте напряжение a1-a2, c1-c2;
6. Повторите шаги, переместив перемычку на выходах c1 и c2.

В обоих методах измерения клеммы должны быть без напряжения соединены друг с другом.

Для измерения используются следующие устройства:

• Для цепей 0,4 кВ и ниже – вольтметры;
• От 0,4 до 10 кВ – индикаторы напряжения;
• Свыше 10 кВ – трансформаторы напряжения.

Приборы учета должны быть рассчитаны на удвоенное напряжение сети.

Условия параллельного подключения

Чтобы обеспечить нормальную работу оборудования в указанном режиме, необходимо выполнить несколько важных условий. Рассмотрим подробнее правила, учитывающие данные режимы работы этих устройств.

Диаграмму можно увеличить, щелкнув по ней:

Принцип равенства групп соединения обмоток

Фазовый угол может отличаться в разных группах соединения обмоток трансформатора. Каждая из групп имеет свой собственный фазовый угол с точки зрения первичного и вторичного напряжений.

При параллельном соединении двух блоков, где группы обмоток разные, величина силы уравнивающих токов в катушках резко возрастает, в результате оба устройства могут выйти из строя.

При выборе трансформаторов для параллельной работы важно, чтобы указанные группы и параметры фазовых углов совпадали.

Параметры номинальной мощности

Еще одно требование, без которого невозможно параллельное подключение для обеспечения нормальной работы агрегатов – разница значений силовых характеристик устройств не более трех раз.

Например, если блок имеет номинальную мощность 1000 кВА, можно подключать только трансформаторы с заданным характеристическим значением в диапазоне от 400 до 2500 кВА. Это значение мощности находится в указанном диапазоне.

При нарушении этого правила устройство с более низкими мощностными характеристиками будет работать в условиях постоянной перегрузки, которая грозит выходом из строя.

Подбор по номинальному напряжению катушек и коэффициенту трансформации

Каждый трансформатор характеризуется определенным номинальным напряжением, на значение которого рассчитано устройство. Если на выходе каждого из параллельно подключенных устройств генерируется другое значение напряжения, это вызовет уравнивающие токи.

При подключении устройств с разными выходными характеристиками нежелательные потери будут значительно увеличиваться при уменьшении напряжения. Не рекомендуется отклонение более чем на полпроцента.

В конструкции современных трансформаторов предусмотрена возможность изменения количества витков на входной и выходной катушках с соответствующей регулировкой коэффициента трансформации. Для этого используются специальные устройства – устройство РПН или устройство РПН, которые позволяют выполнять заданную регулировку, соответственно, при выключенном агрегате и непосредственно под нагрузкой.

Перед параллельным подключением используйте указанные устройства для регулировки выходного напряжения, чтобы обеспечить нормальную работу устройств.

Значение напряжения короткого замыкания

Для каждого трансформатора характерно собственное значение напряжения короткого замыкания, указанное в технических характеристиках оборудования производителя. Указанный параметр характеризует сопротивление обмоток и, соответственно, уровень потерь.

Устройство с более низким значением напряжения короткого замыкания будет принимать на себя большую нагрузку с постоянной перегрузкой во время работы. Нормы предусматривают допустимое отклонение заданной характеристики у двух устройств в пределах 10 процентов.

Правильность фазировки

При подключении двух трансформаторов необходимо совместить соответствующие фазы. Если отсчет времени выполнен неправильно, в обоих блоках произойдет полное короткое замыкание.

При соблюдении вышеуказанных условий параллельно включенные трансформаторы будут работать нормально, что обеспечит работоспособность оборудования и предотвратит опасность несчастных случаев. Чтобы исключить возможные аварийные ситуации, необходимо привлекать квалифицированный персонал, прошедший профессиональную подготовку и получивший разрешение на работу в электрических системах с назначением группы электробезопасности для выполнения этих подключений.

Как рассчитать мощность

Под нормальной параллельной работой трансформаторов понимается работа, при которой в цепи вторичной обмотки в режиме холостого хода нет тока, а при запитании потребителей (в режиме нагрузки) токи распределяются пропорционально номинальной мощности трансформаторов. В режиме холостого хода во вторичной обмотке может быть так называемый уравнительный ток.

Этот ток во вторичной цепи обмотки заряжает трансформатор и вызывает ненужный нагрев его обмоток и дополнительное потребление энергии. В режиме нагрузки уравнивающие токи перекрывают токи потребителей и создают неравномерную нагрузку на трансформаторы.

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

Если соблюдаются первые два условия параллельной работы, поменять местами концы одной из обмоток трансформатора, то в цепи вторичных обмоток ЭДС будет направлена ​​не в противоположную, а во вторую, что равносильно короткому замыканию трансформатор. Идентичные группы подключения необходимы также для трехфазных трансформаторов.

При несоблюдении этого условия ЭДС и соответствующая пара обмоток находятся в противофазе и, как следствие, появляется уравнительный ток, который может значительно превышать значение номинального тока и даже приближаться к току короткого замыкания.

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

Допустимые условия

Возможна параллельная работа трехобмоточного и двухобмоточного трансформаторов на всех обмотках. Помните, что для параллельно подключенных электроприборов нагрузка распределяется обратно пропорционально напряжению короткого замыкания и прямо пропорционально мощности каждого отдельного трансформатора. Параллельная работа трансформаторов, если группы соединения обмоток разные, возможна на всех нечетных группах. Если подключение не согласовано, то из-за угла смещения между выводами вторичных обмоток появляется напряжение, вызывающее недопустимый уравнительный ток.

Параллельная работа

Условия включения. При параллельной работе первичные обмотки трансформаторов подключаются к общим шинам электросети, вторичные – к общим шинам потребителей (рис. 3.22, а). Мощность всех параллельно работающих трансформаторов равна сумме их мощностей.

При включении на параллельную работу используют условное понятие начала и конца обмоток. На рис. 3.23 схематически изображена часть сердечника магнитопровода, на которую намотаны первичная и вторичная обмотки трансформатора. При изменении потока взаимной индукции (например, при его увеличении) в них индуцируется ЭДС.

Если обмотки намотаны в одном направлении и имеют одинаковую маркировку, векторы ЭДС будут направлены в одну сторону. Если в одной из обмоток поменять местами начало и конец, вектор изменит направление на противоположное, хотя физическое изображение останется прежним. Подобного сдвига фаз ЭДС на векторной диаграмме можно добиться, изменив направление намотки витков.

Параллельное соединение трансформаторов.

Для характеристики сдвига фаз и т.д. С первичной и вторичной обмотками с учетом обозначения выводов вводится понятие группы подключения трансформатора. В однофазном трансформаторе может быть две группы подключения, в одном трехфазном – двенадцать.

Будет интересно➡ Устройство тороидального трансформатора и его преимущества

При обозначении группы соединений используется аналогия с циферблатом. В этом случае вектор линейности и т.д. С первичной обмоткой мысленно совмещается с минутной стрелкой часов, расположенной под номером 12, и с направлением вектора вторичной линейной и т.д. С выравниванием часовой стрелки. Номер, на котором он расположен, определяет группу подключения трансформатора.

Угловое расстояние между двумя соседними цифрами квадранта составляет 30 °. Следовательно, чтобы определить угол смещения линейных эл. И т.д. С обмотками, их необходимо умножить на 30 °. Например, число 6 означает, что смещение между обмотками, линейное и т.д. Составляет 180 ° = 6 × 30 °. Изменяя маркировку клемм, можно изменить группу подключения трансформатора.

При нормальной параллельной работе между трансформаторами не должны протекать уравнительные токи. Уравнивающие токи отсутствуют, если первичная обмотка и т.д. У всех трансформаторов одинакова, а вторичная и т.д. Также одинаковы и совпадают по 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 отличаются не более чем на 0,5% от среднего арифметического, а напряжения короткого замыкания отличаются от среднего арифметического не более чем на 10%. Перед включением в параллельную работу необходимо экспериментально проверить выполнение первого и третьего условий. Если они наблюдаются, то напряжение между выводами разомкнутого переключателя К (см. Рис. 2.22, а) равно нулю.

Равенство групп соединения обмоток

Существует несколько групп соединений обмоток трансформатора. Каждая группа отличается своим фазовым углом первичного и вторичного напряжений. Поэтому включение двух трансформаторов с разными группами соединения обмоток на параллельную работу приведет к возникновению в обмотках больших уравнивающих токов, что приведет к выходу трансформаторов из строя. Поэтому важным условием подключения трансформаторов для параллельной работы является равенство их групп соединения обмоток.

Проверка схем и групп соединения обмоток

На практике проверка цепей и соединительных групп обмоток трехфазных трансформаторов осуществляется методом двух вольтметров, который основан на измерении напряжений между соответствующими выводами обмоток трансформатора и последующем сравнении их с расчетными значениями. Измеренные напряжения должны быть такими же, как рассчитанные для данной группы соединений.

Параллельное соединение трансформаторов

Чтобы исключить ошибки при параллельном включении трансформаторов, нормативы устанавливают для каждого трансформатора определенной мощности и напряжения обмотки высокого напряжения определенное значение напряжения короткого замыкания. Так, ГОСТ 12022-76 на трансформаторы мощностью 400 кВА и напряжением 10 кВ устанавливают ук равным 4,5%, а на напряжение 35 кВ – 6,5%.

ГОСТ 11920-73 на трансформаторы мощностью 2500 кВА и напряжением 10 кВ устанавливают uk равным 5,5%, а на напряжение 35 кВ – 6,5%. Однако при практической реализации трансформаторов всегда возможны некоторые отклонения размеров обмоток или каналов между ними, что, как известно, влияет на величину uk. Таким образом, ГОСТ 11677-75 позволяет включать трансформаторы на параллельную работу с некоторым отклонением от номинальных значений uк (в пределах ± 10%). Третье условие для параллельной работы – наличие у всех трансформаторов одинаковых групп подключения.

Определение напряжения между обмотками.

Другими словами, если напряжения ВН одинаковы, необходимо иметь одинаковые углы и между векторами линейных напряжений обмоток ВН и НН. Чтобы убедиться, что вам нужны одинаковые группы подключений, рассмотрим простой пример. Пусть два трансформатора имеют схемы и группы включения Y / Δ – 11 и Y / Δ – 1.

На рисунке показаны совмещенные векторы линейных напряжений обмоток ВН и НН первого и второго трансформаторов. Если их первичные напряжения (VN) одинаковы, при параллельном соединении вторичных напряжений a1b1 и a2b2 появится сдвиг на 60 °. Таким образом будет получена геометрическая разница между напряжениями a1b1 и a2b2, обозначенная на рисунке отрезком b1b2. Треугольник a1b1b2 равносторонний, следовательно, отрезок b1b2 = a2b1 = a2b2, то есть по величине равен линейному напряжению обмотки НН.

Номинальная мощность трансформаторов

Необходимым условием возможности подключения трансформаторов для параллельной работы является соотношение их номинальной мощности не более 1 к 3. Например, если номинальная мощность силового трансформатора составляет 1000 кВА, он может быть включен для параллельной работы с другим трансформатор мощностью от 400 кВА до 2500 кВА – все значения данного диапазона мощностей по отношению к мощности 1000 кВА, не превышающие от 1 до 3.

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

Как выполнить фазировку

Фазирование выполняется в первую очередь для вторичных цепей. В зависимости от состояния нейтрали измерения производятся двумя способами.

Заземленная нейтраль

1. Цепи первичной обмотки подключены к сети. Нейтраль заземлена.
2. Напряжение измеряется относительно клеммы a1 первого трансформатора и клемм a2, b2, c2 второго;
3. Повторите те же действия для выводов B1 и C1.

Изолированная нейтраль

1. Первичные обмотки подключены;
2. Подключите перемычку между клеммами a1 и a2;
3. Измерьте напряжение v1-v2, c1-c2;
4. Установите перемычку на контакты B1 и B2;
5. Измерьте напряжение a1-a2, c1-c2;
6. Повторите шаги, переместив перемычку на выходах c1 и c2.

Как выполнить подключение

Подключение трансформаторов в параллельном режиме допускается только при соблюдении всех вышеперечисленных условий. Допускается эксплуатация устройств с разными группами коммутации обмоток:

• в группах с разницей в 4 часа (120 г) выполняется круговая перестановка обмоток;
• группы с разницей в 6 часов (180 градусов), например, 0, 4, 8 и 6, 10, 2, подключаются после смены точек начала и конца обмотки одного из трансформаторов;
• в нечетных группах две фазы обмотки высокого и низкого напряжения меняются местами.

Во всех случаях обмотки перефазированы.

Невозможно подключить нечетные и четные устройства к параллельной работе.

Все монтажные и коммутационные работы производятся при отсутствии высокого напряжения.

Условия включения и работы по ПУЭ

Нормативно-техническая документация, в частности Правила устройства электроустановок (ПУЭ), устанавливают все допустимые условия проектирования, монтажа и эксплуатации трансформаторного оборудования.

Условия параллельной работы сформулированы также в Правилах технической эксплуатации электрических систем потребителей (ПТЭЭП). В частности, здесь сформулированы основные требования к подключению:

• соответствие групп соединения обмоток;
• допустимый коэффициент мощности трансформаторов;
• допустимые отклонения коэффициентов трансформации;
• нормативы напряжения короткого замыкания;
• постепенный.

Невыполнение условий

При невыполнении хотя бы одного из условий следует ожидать неисправности оборудования. Вам необходимо знать, в каком случае работа коммутируемой установки будет небезопасной.

При использовании разных типов соединений отображается смещение. В этом случае по цепям будет протекать ток, превышающий параметры, установленные производителем. Максимальное увеличение значения появляется при коротком замыкании. Сдвиг фаз составляет 180 ° для трансформаторов с группами обмоток 12 и 6.

При неравенстве трансформационных отношений возможна следующая опасная ситуация. Результирующее напряжение появится во вторичной обмотке. Электричество будет течь по цепи, пока она не работает.

Если индикаторы короткого замыкания не совпадают, внутренние сопротивления не будут такими же. На холостом ходу электричество не появится, но нагрузка будет распределяться обратно пропорционально их сопротивлению. Маломощный агрегат в такой ситуации будет перегружен.

Выполнение фазировки

Во избежание появления короткого замыкания фазировка выполняется на самом низком выходном напряжении. Если этот показатель в указанной точке не превышает 1000 В, то используется вольтметр. Он настроен на соответствующий уровень напряжения.

Фазированные обмотки подключены. Это создаст замкнутый цикл. Обмотки могут быть заземлены или нарезаны без него. В первом случае цепь замыкается через землю. Измеряется сопротивление между кабелями. Результат сравнивается со значениями, указанными производителем.

Если в проекте нет нейтрали, необходимо последовательно установить перемычку между соответствующими выводами двух трансформаторов. Между ними измеряется напряжение. Для обеспечения безопасной работы агрегатов подключайте те клеммы, между которыми не было напряжения во время измерения.

Рассмотрев особенности параллельного включения трансформаторных устройств, а также условия и рекомендации по проведению этого процесса, можно обеспечить стабильную и безопасную работу системы. Это дает много преимуществ в процессе снабжения потребителей электроэнергией.

Последствия невыполнения условий

Несоблюдение перечисленных условий имеет следующие последствия:

1. Отсутствие фазы вызывает протекание тока через первичную обмотку даже при отсутствии нагрузки из-за фазового сдвига между проводами. В худшем случае при фазовом сдвиге 180 градусов ток будет равен току короткого замыкания.
2. Неравенство коэффициента трансформации. Ток будет течь от высоковольтного устройства. Скорость холостого хода также увеличится, и она будет тем больше, чем больше разница в передаточном числе. Допустимая разница коэффициентов трансформации не более 0,5%.
3. Неравенство напряжения короткого замыкания не вызывает увеличения тока холостого хода, но при подключении нагрузки трансформатор с меньшим сопротивлением обмотки будет работать с перегрузкой. Допускается перепад напряжения короткого замыкания не более 10%.
4. Аналогичная ситуация возникает при использовании устройств с большой разницей в номинальной мощности. Мощность одного из устройств не должна превышать более чем в 3 раза мощность другого.

Что такое группа соединения?

На рисунке 1 показаны 10 трансформаторов, обмотки которых соединены по-разному, и это далеко не все возможные соединения. Не вдаваясь пока в различия, обратим внимание на расположенные рядом с диаграммами векторные диаграммы, расположенные в следующем порядке: слева – векторная диаграмма напряжений первичной обмотки, в центре – диаграмма напряжений первичной обмотки векторная диаграмма напряжений вторичной обмотки, справа – векторные диаграммы напряжений обеих обмоток совмещены (в часах). Их «центры тяжести» находятся в центре циферблата. Минутная стрелка часов совпадает с направлением одного из векторов напряжения первичной обмотки (на рисунке 1 с вектором B). Часовая стрелка совпадает с вектором напряжения вторичной обмотки одноименной фазы, то есть с вектором b.

Обратите внимание, что сравнивается векторное расположение первичных и вторичных звезд. Поэтому в случае соединения обмотки в треугольник необходимо перед определением группы подключения вписать в треугольник звезду. Затем, глядя на звезды, стрелки указывают вдоль векторов звезд к вершинам B и b (A и a, C и c).

По рисунку 1 легко убедиться, что несколько цепей, несмотря на различие соединений, дают одинаковый сдвиг векторов одного и того же напряжения, что хорошо видно по соответствующим «часам», так как они показывают одно и то же время.

Несколько контуров, дающих одинаковое смещение, образуют группу соединений. Другими словами, вторичные напряжения одноименных фаз всех трансформаторов, имеющих одну и ту же группу подключения, синфазны. Следовательно, их можно подключать параллельно без риска возникновения уравнивающего тока.

Всего может быть двенадцать основных групп (1 час, 2 часа,…, 12 часов) – в зависимости от количества цифр на циферблате. Это связано с тем, что векторы первичного и вторичного напряжений в зависимости от схемы соединения обмоток и их положения на стержнях могут иметь кратные смещения по 30 °. Таким образом, 1-часовая группа соответствует сдвигу на 30 °, 2-часовая группа – 60 °, 3 часа – 90 °, 4 часа – 120 ° и так далее. Сдвиг на 360 ° (или, что то же самое, без смещения, поскольку 360 ° и 0 ° – это одно и то же) имеет 12 или 0 часовую группу. При смене 6 часов векторы напряжения одних и тех же фаз первичной и вторичной обмоток направлены прямо противоположно.

Группы (2, 4, 6, 8, 10, 12) также получаются, если обе обмотки высокого напряжения (HV) и низкого напряжения (LV) имеют одинаковые соединения: обе в звезду или обе в треугольнике. Соединение одной обмотки зигзагообразной звездой с другой обмоткой, соединенной треугольником, дает четные группы.

Нечетные группы (1, 3, 5, 7, 9, 11) получаются, если одна обмотка соединена в звезду, другая – в треугольник, и даже если одна обмотка соединена зигзагом – одна звезда, а другая – в звезда.

Требования сети

Включение трансформаторов на параллельную работу обусловлено некоторыми особенностями работы электроустановок. Представленный подход позволяет решать энергетические проблемы.

Подключив силовые трансформаторы параллельно, можно избежать увеличения токов основного устройства. Система менее подвержена перегрузкам. В процессе параллельного соединения обмоток трансформатора интенсивность отказов в работе электрической сети снижается. Вероятность одновременного выхода из строя двух трансформаторных устройств крайне мала.

При использовании оборудования большой мощности должно быть достаточно места (высоты) для установки устройства. В небольшом помещении допускается параллельная работа трансформаторов согласно ПУЭ. На территории электроустановки стандартных габаритов пространства можно использовать необходимое количество электрооборудования. Для повышения производительности, безопасности агрегатов, работающих от разных источников, необходимо будет правильно создать параллельное соединение обмоток.