Условия включения трансформаторов на параллельную работу
Параллельной называют работу двух или нескольких трансформаторов, когда их первичные обмотки подключены к общей первичной сети (линии электропередачи), а вторичные – к общей вторичной сети нагрузки(рис.1). При использовании нескольких трансформаторов, соединенных параллельно, проблема электроснабжения потребителей решается лучше, так как при выходе из строя одного трансформатора или проведении профилактического ремонта одного из трансформаторов остальные могут принимать на себя его нагрузку. Кроме того, параллельная работа трансформаторов необходима при суточных и сезонных колебаниях нагрузки: при снижении нагрузки отключается часть трансформаторов, уменьшая расход энергии на покрытие потерь.
Рисунок 1. Трансформаторы, включенные на параллельную работу
Для нормальной работы трансформаторов при их параллельном включении необходимо выполнение следующих условий:
1 условие – равенство номинальных первичных и вторичных напряжений трансформаторов: U1номТ1= U1номТ2; U2номТ1= U2номТ2.
2 условие – принадлежность трансформаторов к одинаковым группам соединения обмоток.
3 условие – равенство номинальных напряжений короткого замыкания, а также составляющих этого напряжения: uкт1= uкт2; uат1= uат2; uрт1= uрт2.
Последствия нарушения условия 1
Условие 1 сводится к требованию равенства коэффициентов трансформации трансформаторов, включенных на параллельную работу. ЭДС первичных обмоток одинаковы, поскольку каждая из них определяется напряжением первичной сети U1. Если же различны коэффициенты трансформации, то ЭДС вторичных обмоток различны Е2т1≠ Е2т2. Вторичные (как и первичные) обмотки параллельно включенных трансформаторов образуют замкнутые цепи, обладающими малыми сопротивлениями, которые представляют собой сопротивления короткого замыкания трансформаторов. В виду малых сопротивлений КЗ уравнительный ток, уравнительный ток (из-за неуравновешенности ЭДС) сравним с номинальным током даже при небольшом различии коэффициентов трансформации. В таких условиях нельзя использовать полную мощность трансформаторов: при полной нагрузке они будут перегружены и при продолжительной работе выйдут из строя. На практике допускается различие коэффициентов трансформации не более 1%.
Последствия нарушения условия 2
Поскольку первичные обмотки включены в общую сеть источника (в линию электропередачи), то векторы их линейных ЭДС попарно равны независимо от групп соединения параллельно включенных трансформаторов. Что касается вторичных обмоток, то при различных группах соединения векторная разность ЭДС (или разность комплексных ЭДС) не равна нулю, и в обмотках течет уравнительный ток, значительно превышающий номинальный ток. Пусть один из параллельно включенных трансформаторов имеет группу соединения Υ/Υ – 0, а второй группу Υ/Υ – 4. Тогда разность фаз между линейными ЭДС вторичных обмоток таких трансформаторов будет составлять 120º, и модуль разности векторов линейных ЭДС, определяющий уравнительный ток, будет в √3 раз превышать линейную ЭДС отдельного трансформатора. Уравнительный ток при этом будет настолько велик, что трансформаторы выйдут из строя.
Последствия нарушения условия 3
При неравенстве номинальных напряжений короткого замыкания нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределяется неравномерно. Токи параллельно работающих трансформаторов обратно пропорциональны их напряжениям короткого замыкания: I1Т1/ I1Т2 = uкТ2/ uкТ1 Поскольку мощности нагрузки пропорциональны токам, а напряжения первичных обмоток одинаковы, то указанная зависимость имеет место и для мощностей нагрузки (SТ1 = U1 IТ1; SТ2 = U1 IТ2).
Отсюда следует, что если трансформатор с меньшим uк нагружен номинальным током (номинальной мощностью), то трансформатор с большим uк будет недогружен. Если же трансформатор с большим uк нагрузить номинальным током, то трансформатор с меньшим uк окажется перегруженным и длительно работать не сможет. Поэтому на параллельную работу включают такие трансформаторы, напряжения короткого замыкания которых отличаются друг от друга не более чем на ±10%.
Контрольные вопросы:
1. Назовите условия включения трансформаторов на параллельную работу.
2. К чему приводит нарушение 1 условия?
3. К чему может привести нарушение 2 условия?
4. Какие последствия нарушения 3 условия?