4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ОБМОТОК РЕГУЛИРУЕМЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
а) Неравномерность полей рассеяния при отключении витков регулирования
Как было показано в начале главы, ступенчатое регулирование напряжения осуществляется за счет изменения числа витков обмотки трансформатора при неизменном числе витков другой обмотки. Такой метод регулирования приводит к изменению размеров обмотки в той ее части, по которой протекает ток нагрузки. Если регулировочные ответвления выполнены в обмотке высшего напряжения, то для повышения вторичного напряжения понижающего трансформатора потребуется последовательное отключение витков первичной обмотки. Наибольшее напряжение будет получено при выводе из работы всех регулировочных витков этой обмотки. Таким образом, в процессе регулирования против витков с током вторичной обмотки окажутся расположенными холостые витки первичной обмотки.
Отключение части витков одной из обмоток нежелательно, так как приводит к нарушению равномерного распределения магнитных полей рассеяния внутри обмоток. Так, отключение витков, расположенных, например, в средней части обмотки (рис. 17,а), вызовет появление поперечной составляющей Bq у основного вектора магнитной индукции В. Эта составляющая, взаимодействуя с током обмоток, создает электромагнитные усилия, действующие на обмотку. При расположении регулировочных витков с краю обмотки искажение поля рассеяния и усилия, возникающие при этом, могут быть еще больше.
Если у нормальных трансформаторов с ограниченным диапазоном регулирования (±5%) изменение размеров обмоток невелико и несимметрия полей рассеяния не
является опасной, то у специальных регулируемых трансформаторов (с диапазонами 20% и выше) несимметрия полей может привести к значительным механическим усилиям. Особенно опасны эти усилия при коротких замыканиях, так как они могут разрушить обмотки и вывести из строя трансформатор. Поэтому в процессе изготовления трансформаторов стремятся к возможно более равномерному распределению витков регулирования по высоте обмоток.
а) 6)
Рис. 17. Изменение магнитного поля рассеяния при отключении витков регулирования (а) и эскиз обмотки с обозначением основных размеров (б).
I, V, IX — ответвления соответственно + 10, 0 и — 10% от номинала.
Несимметрия полей приводит также к увеличению потерь от вихревых токов, вредному нагреву обмоток и металлических частей трансформатора. Основной мерой снижения нагрева является уменьшение индукции поперечного поля рассеяния, что может быть достигнуто дроблением регулировочной обмотки на несколько частей. При этом за счет увеличения числа рассеивающих групп индукция поперечного поля ослабляется, нагрев и механические усилия в обмотках уменьшаются.
Менее распространенным способом является концентрическое расположение регулировочной обмотки по отношению к основной. Хотя при этом и достигается некоторое снижение полей рассеяния, выполнение таких обмоток связи с необходимостью иметь надежную изоляцию между основной и регулировочной обмотками, что в ряде случаев приводит к усложнению конструкции и удорожанию трансформатора.
б) Влияние искажения поля на параметры регулирования напряжения
При отключении витков регулирования параметры трансформатора не остаются постоянными. Наличие несимметрии полей рассеяния вызывает добавочные явления, которые, как правило, приводят к изменению основных рабочих характеристик трансформаторов в пределах регулировочного диапазона. Поэтому расчет обмоток регулируемых трансформаторов производят с учетом добавочных потерь и прежде всего добавочного рассеяния. При этом для приближенного подсчета могут быть использованы методы общей теории расчета трансформаторов [Л. 17, 18].
Напряжение рассеяния для обычных трансформаторов определяется с учетом размеров обмоток трансформаторов из выражения
Если для обмоток трансформаторов с небольшими диапазонами регулирования коэффициент KуВ=1,01—1,1, то для регулируемых он может достигать значений 1,4 при полном отключении витков регулирования, что учитывается при изготовлении обмоток.
Расчет добавочного рассеяния позволяет установить действительное изменение напряжения короткого замыкания трансформатора в пределах данного диапазона регулирования. Последнее дает возможность учесть изменение потерь напряжения в трансформаторе на разных ступенях и соответственно определить требуемые диапазоны регулирования.
На рис. 18 представлен график изменения напряжения короткого замыкания и потерь напряжения для трансформаторов с симметричными диапазонами регулирования ±10% (типа ТМ;Н). Там же дана экспериментальная зависимость, полученная из опыта короткого замыкания.
Из графиков видно, что при переходе к повышающим ступеням регулирования величина uк% возрастает за счет увеличения реактивной составляющей. Следовательно, при работе трансформатора на этих ответвлениях увеличение разницы вторичных напряжений приведет к некоторому уменьшению регулирования напряжения этим трансформатором.
Рис. 18. График изменения основных параметров регулируемых трансформаторов на разных ступенях регулирования.
------------- расчетные данные;--------------- — опытные данные для трансформаторов мощностью 1 000 кВА; 1 — 560 кВА; 2— 1 000 кВА; 3 — 1 800 кВА.
Рис. 19. Зависимость изменения вторичного напряжения регулируемых трансформаторов от коэффициентов мощности нагрузки.
I—IX—ответвления регулирования.
Нагрузки с разным коэффициентом мощности также оказывают влияние на величину изменения вторичного напряжения трансформатора. Зависимость этой величины от коэффициентов мощности нагрузки для регулируемых трансформаторов мощностью 560 и 1 800 кВА представлена на рис. 19, где показано, что при увеличении реактивной составляющей тока нагрузки разница вторичных напряжений возрастает с отключением витков регулировочной обмотки. Так, при уменьшении коэффициента мощности от 0,9 до 0,5 относительная разница вторичных напряжений для крайних ответвлений регулировочного диапазона изменяется от 1—1,5 до 2— 2,5%. Последнее важно иметь в виду при использовании регулируемых трансформаторов в точках сети с резко изменяющимися коэффициентами мощности нагрузки.
