ИЭ / 7 сем (станции+реле) / Расписанные билеты Лапидус v.1
.2.pdf
− – проходима для третьих гармоник, гармоники замыкаются в
треугольнике и не выходят в сеть.
Итог: в сетях 6 – 35 кВ: можно применять звезду, но лучше хотя бы одну из обмоток собрать в треугольник.
•<1 кВ:
1.Yн:
−Заземление нейтрали – электробезопасность: если при замыкании на землю фазы С человек коснётся фазы В, то он кратковременно оказывается под фазным напряжением, а не длительно под линейным (как это было бы в сети с изолированной нейтралью);
2.Zн (зигзаг с нулём):
−Выравнивание напряжений при несимметричной нагрузке на низшей стороне.
Схема распределительного трансформатора «звезда-звезда с нулём»
Распределительный трансформатор 6-10/0.4 кВ (Y/Yн). Преимущества: простота Недостатки: при неравномерной нагрузке получим искажения фазного напряжения на
стороне низшего и высшего напряжений:
Пусть нагружена обмотка фазы А (В и С = 0) – в пределе однофазное КЗ. Прямая и обратная последовательность скомпенсированы. Возникает ток нулевой последовательности (показан зелёными стрелками), который порождает нескомпенсированные потоки нулевой последовательности, энергия которых уходит на нагрев бака и, самое главное, смещают нейтраль по з-ну Фарадея:
Почему нулевая последовательности не трансформируется?
Потому что нейтраль изолирована и это противоречит первому з-ну Кирхгоффа. Вывод: схема уместна лишь для трёхфазных нагрузок. Схема характеризуется
достаточно низкой чувствительностью защитных аппаратов на низшей стороне.
Схема распределительного трансформатора «треугольник-звезда с нулём»
Однофазное КЗ или несимметричная нагрузка на низшей стороне: токи прямой последовательности показаны зелёными стрелками, соответствующие им потоки – красным.
Преимущества: в данном случае нулевая последовательность запирается в треугольнике. Нейтраль не смещается. Фазные напряжения равны. Удобнее обеспечивать чувствительность защитных аппаратах на низшем напряжении.
Недостатки: бОльшие токи КЗ, сложный монтаж схемы. Диф. защита трансформаторов должна учитывать сдвиг на 30 градусов.
Схема соединения «зигзаг»
«Зигзаг» – половина обмотки низшего напряжения наматывается на один стержень, половина встречно (направление тока показано стрелками) – на другой. Напряжение на обмотках равно разности трансформированных напряжений со стержней, на которые они намотаны (Напряжение «с» = Напряжение «а» – Напряжение «с», т.к. красная обмотка намотана на стержень «а» и «с». См. Векторную диаграмму).
Преимущества: фазные напряжения всегда в норме, проблемы с несимметрией решаются «внизу».
Нулевая последовательность компенсируется в зигзаге:
Недостатки: дороговизна схемы (вектора короче, за счёт их вычитания, напряжения меньше, ток больше, сечение больше).
6.2 Группы соединений обмоток трансформаторов
Рисунок 1. 11 группа соединений для напряжений
11 группа – это когда вектор линейного напряжения ВН отстаёт от вектора линейного напряжения НН на 30°.
Ни токи, ни напряжения в трансформаторе не разворачиваются по фазе, ни каких 30° там нет, ни в какой группе!
ЭДС, потоки и токи в двух обмотках трансформатора должны возникать и исчезать одновременно (потому что обе обмотки намотаны на один и тот же стержень и сцепляются одним и тем же потоком), то есть должны синфазно меняться напряжения в обеих обмотках, токи относительно напряжений как-то сдвинуты, но тем не менее ток в фазе А обмотки НН и ток в фазе А обмотки ВН они тоже синфазны. В общем, потоки, токи, напряжения в фазах (в обмотках) синфазны!
Сдвиг напряжений при 11-й группе
Рисунок 2.
Возьмём напряжение в фазе «а» на низшей стороне. Мы знаем, что оно, не меняясь по углу, будет таким же на высшей стороне. На низшей стороне это напряжение было между
нулём и фазой (от нуля к точке а). А на высшей стороне от точки В до точки А. Вот в чём особенность разноимённых схем. Напряжение «ноль-а» (фазное) трансформируется напряжение «В-А» (линейное).
Следующая фаза «b». Напряжение от нуля к b, и от С к B. Мы нарисовали их синфазными.
Далее фаза «с». Напряжение от нуля к с, и от А к С.
Токи и напряжения не сдвигаются ВНУТРИ ТРАНСФОРМАТОРА.
Нам важно, что происходит на выходе, БУДЕМ РАБОТАТЬ С ЛИНЕЙНЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ.
Строим линейное напряжение – разность потенциалов между точками а и b, он больше векторов a и b в √3 раз:
А сверху линейным напряжением является жёлтый вектор АВ. И вот теперь мы видим, как линейное напряжение АВ отстаёт от линейного напряжения ab на 30°. Они
действительно сдвигаются, но только линейные, как бы снаружи трансформатора!!!
В обмотках напряжения не сдвигаются.
ВЫВОД:
Если у нас разноимённые схемы соединения обмоток трансформаторов, то есть треугольник/звезда, звезда/треугольник, звезда/зигзаг с нулём, в этом случае можно получить любую нечётную группу (т.е. 1, 3, 5, 7, 9, 11)! Если одноимённые схемы соединения обмоток, то можно получить любую чётную групп (0, 2, 4, 6, 8, 10).
Для того чтобы получить различные группы соединения обмоток необходимо поразному наматывать обмотки, то есть менять начало и конец одной обмотки по отношению к началу и концу другой обмотки. Можно их крутить, но только по чётным часам (то есть сдвиг на 4 при перестановке выводов).
Сдвиг токов при 11-й группе
Рисунок 3. 11 группа соединений для токов
Вектор «а» на НН без всякого поворота трансформируется наверх. Также в фазе «b». Аналогично и в фазе «с». Мы снова не получили никакого поворота.
Рисунок 4.
То, что происходит внутри трансформатора, для нас особой ценности не несёт. Трансформатор закончится и начнётся сеть, нас интересуют токи в линиях А, В, С – будем называть эти токи линейными. По закону Кирхгофа из трансформатора вытечет следующее: разность между жёлтым током, который втекает в узел и красным, который вытекает из него, т.к. первым был жёлтым вектор, а вторым красный, то их разность направлена таким образом – это то самый линейные ток, который потечёт по линии «А»:
И теперь видно, что между НН и ВН есть сдвиг 30°.
ВЫВОД: Если у нас напряжения сдвинуты на 30°, то и токи совершенно также сдвинуты на 30°.
7. Параллельная работа трансформаторов
Необходимость параллельной работы:
1)Резервирование электроснабжения при авариях
2)Резервирование электроснабжения при ремонтах (плановых)
3)Уменьшение потерь в периоды малых нагрузок подстанции путём отключения части параллельно работающих трансформаторов (как только трансформатор поставлен под напряжение, неважно загружен он или нет, в нём уже имеются потери ХХ, и ясно, что если
Тнедогружен, то эти потери в процентном соотношении на фоне потерь нагрузочных становятся достаточно большими и это совершенно нецелесообразно. Когда Т полностью загружен, то с потерями ХХ можно мириться). Поэтому поступают следующим образом: включают на параллельную работу несколько относительно маломощных трансформаторов и в периоды минимума просто часть из них отключают вообще.
Для того чтобы трансформаторы работали параллельно хорошо необходимо выполнение главного правила: «Нагрузка должна распределяться между трансформаторами пропорционально их ном.»
Чтобы выполнялось главное правило необходимо выполнить 4 условия.
Условия параллельной работы:
1)Одинаковые группы соединений обмоток (Например, 11/11 группы, 0/0);
2)Равные первичные и вторичные номинальные напряжения (0,5%), (это значит, чтобы их коэффициенты трансформации не различались более, чем на 0,5%);
3)Равные напряжения короткого замыкания (разница не более 10%);
4)Соотношение мощностей трансформаторов не более 1:3.
Чтобы доказать данные условия, мы будем нарушать каждое из них по очереди:
Первое условие: тождественность групп соединения обмоток
Рисунок 1.
Допускаем, что первый трансформатор имеет 11 группу, а второй имеет 0 группу. На высокой стороне имеется напряжение, на низкой стороне у 1-го Т будет сдвиг вектора н1, а у 2-го Т не будет сдвига вектора н2. Если построим два этих вектора так, чтобы между ними было 30°, то в о.е. мы возьмём их по единице, а уже ∆U составит примерно 0,5.
Оценим уравнительный ток:
Между 1 и 2 точками есть разница потенциалов, значит потечёт уравнительный ток. Он не будет затекать в нагрузку, не будет вытекать из системы, он будет кружиться между трансформаторами. По каждому трансформатору будет протекать не только рабочий ток, но и уравнительный, они будут друг на друга накладываться и как-то суммироваться.
Уравнительный ток наиболее удобно оценить в о.е. Для этого мы используем обычный закон Ома: мы берём разность потенциалов ∆U и делим на сумму сопротивлений двух трансформаторов. Полное сопротивление трансформатора – это, по сути дела, его индуктивное сопротивление или в о.е. это вообще к (для примера мы взяли по 0,05 о.е.)
|
|
∆U |
0,5 |
|
|
|
ур = |
|
|
= |
|
|
= 5 о. е. |
Т1 |
|
0,05 + 0,05 |
||||
|
+ Т2 |
|
||||
Это означает, что на фоне 1 о.е. на верхнем трансформаторе и на нижнем 1 о.е., между трансформаторами потечёт ещё один пятикратный ток, который, разумеется, перегрузит наш трансформатор, при таком токе трансформаторы даже кратковременно не могут работать.
Это значит, что если сверху 11 группа у Т, то и снизу нужно сделать 11 группу и сдвинуть вектор н2 также, как и н1.
Второе условие: одинаковые коэффициенты трансформации
У трансформаторов есть ПБВ (переключение без возбуждения) или РПН (регулирование напряжение под нагрузкой). Например, если РПН стоят в разных положениях, то может случится так, что коэффициенты трансформации будут разными. Поэтому при оперативных переключениях, прежде чем трансформаторы замкнуть на параллельную работу, есть указание, что необходимо РПН вывести в одно и то же положение.
Первое условие будет соблюдено, а второе нарушено:
У обоих трансформаторов 0 группа, но н1 сделаем немного больше, чем н2
Рисунок 2.
Какое взять ∆U?
-По положению ГОСТа 14209-97 «Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов 01.01.2022» допустимо является превышение по напряжению на 10%, при условии, что ток у нас в рамках номинального (ровно 100%) – это вполне допустимый режим, ТОЛЬКО ЭТО ДАННЫЕ ДЛЯ ОДНОГО РАБОТАЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА, а у нас два в примере!
Рисунок 3.
Если формально (НЕПРАВИЛЬНО) перенести это на данную ситуацию, то таким образом мы придём к противоречию!
Пусть ∆U будет 10%. |
|
|
|
|
|
|
|
|
∆U |
0,1 |
|
|
|
ур = |
|
|
= |
|
|
= 1 о. е. |
Т1 |
|
0,05 + 0,05 |
||||
|
+ Т2 |
|
||||
Это значит, что на рабочий ток 1 о.е. накладывается ещё уравнительный 1 о.е.
Токи рабочий и уравнительный разные по характеру:
-рабочий ток (или ток нагрузки) он в основном активный (он активно-индуктивный, но в большей степени он активный).
-уравнительный ток, он циркулирует только по трансформаторам, а трансформаторы это в большей степени индуктивные, чем активные сопротивления.
Поэтому токи нельзя просто складывать или вычитать на рисунке, нужно строить диаграмму.
Рисунок 4.
Отложим уравнительный ток в 1-ом и во 2-ом трансформаторах, они противонаправлены. Откладываем рабочие токи в трансформаторах, допустим они загружены одинаково. Если бы у нас нагрузка была чисто активная, то рабочий ток был бы горизонтальным. Но она у нас активно-индуктивная, поэтому под углом. Теперь суммируем токи. И получаем, что 1 где-то 1,7-1,9 от номинала, а 2 1,3-1,4 от номинала. Видим, что оба трансформатора перегружены и длительно такие полутора кратные нагрузки, 1,7 кратные нагрузки трансформатор не может нести, поэтому такой режим должен быть запрещен.