Схемы замещения трансформаторов и автотрансформаторов

Во многих случаях на подстанции нужны три номинальных напряжения - высшее Uв, среднее Uc и низшее Uн. Для этого можно было бы использовать два двухобмоточных трансформатора (рис.3.5,а). Более экономично, чем два двухобмоточных, применять один трехобмоточный трансформатор (рис.3.5,б), все три обмотки которого имеют магнитную связь (рис.3.6,а). Еще более экономично применение трехобмоточных автотрансформаторов, условное обозначение которых в схемах электрических сетей приведено на рис. 3.5, в.

Рис.3.5. Схемы подстанции с тремя номинальными напряжениями:

а - два двухобмоточных трансформатора; б - трехобмоточный трансформатор; в – автотрансформатор

Схема соединения обмоток автотрансформатора показана на рис.3.6,б. Обмотка низшего напряжения магнитно связана с двумя другими. Обмотки последовательная и общая (П и О на рис.3.6,б) непосредственно электрически соединены друг с другом и, кроме того, имеют магнитную связь. По последовательной обмотке течет ток Iв, а по общей - (Iв - Iс). Номинальной мощностью автотрансформатора называют мощность, которую автотрансформатор может принять из сети высшего напряжения или передать в эту сеть при номинальных условиях работы:

Эта мощность также называется проходной. Она равна предельной мощности, которую автотрансформатор может передать из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения и наоборот при отсутствии нагрузки на обмотке низшего напряжения.

Последовательная обмотка (П) рассчитывается на типовую мощность (рис.3.6,б):

где

=1-(Uс.ном/Uв.ном) – коэффициент выгодности, показываю- щий, во сколько раз Sтип меньше Sном.

В трехобмоточном трансформаторе все три обмотки имеют мощность S_ном. В автотрансформаторе общая и последовательная обмотки рассчитаны на типовую мощность S_типS_ном, а обмотки низшего напряжения - на _ннS_номS_ном. Таким образом, через понижающий автотрансформатор можно передать мощность, большую той, на которую выполняются его обмотки. Чем меньше коэффициент выгодности =S_тип/S_ном, тем более экономичен автотрансформатор по сравнению с трехобмоточным трансформатором. Чем ближе номинальные напряжения на средней и высшей сторонах автотрансформатора, тем меньше  и тем выгоднее использовать автотрансформатор. При U_C = U_B  = 0 .

Рис.3.6. Трехобмоточный трансформатор и автотрансформатор:

а, б – схемы соединения обмоток; в, г – Г-образная и упрощенная схемы замещения.

Схема замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора с приведена на рис. 3.6, в, г. Как и для двухобмоточного трансформатора, в такой схеме замещения отсутствуют трансформации, т.е. идеальные трансформаторы, но сопротивления обмоток низшего и среднего напряжений приводят к высшему напряжению. Такое приведение соответствует умножению на квадрат коэффициента трансформации.

Потери холостого хода P_Х и Q_Х определяются так же, как и для двухобмоточного трансформатора.

Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов задаются три значения потерь короткого замыкания по парам обмоток Р_кВН ,Р_кBC , Р_кCH и три напряжения короткого замыкания по парам обмоток U_кВН , U_кBC , U_кCH. Каждое из каталожных значений P_к и u_к%относится к одному из трех возможных опытов короткого замыкания. Так, значения Р_кВН и U_кВН определяются при замыкании накоротко обмотки низшего напряжения при разомкнутой обмотке среднего напряжения и подведении к обмотке высшего напряжения такого напряжения U_кВН, чтобы ток в обмотке низшего напряжения трансформатора был равен номинальному.

Из опыта короткого замыкания определяются сопротивления обмоток:

В (3.26) - (3.28) величины P_К.В, P_К.С, P_К.Н, соответствующие лучам схемы замещения, определяются по каталожным значениям потерь КЗ для пар обмоток:

Аналогично этому по каталожным значениям напряжений КЗ для пар обмоток U_кВН%, U_кBC%, U_кCH% определяются напряжения КЗ для лучей схемы замещения:

По найденным значениям U_кВ% ,U_кC% ,U_кH% определяются реактивные сопротивления обмоток X_ТВ, X_ТС, X_ТН по выражениям, аналогичным (3.17) для двухобмоточного трансформатора. Реактивное сопротивление одного из лучей схемы замещения трехобмоточного трансформатора (обычно среднего напряжения) близко к нулю.