Сборка масляных трансформаторов - Параллельная работа трансформаторов

§ 15. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
Параллельным включением трансформаторов называют такое их соединение, при котором одноименные выводы обмоток ВН и НН подключают к одноименным проводам (сборным шинам) сети (рис. 21).

Рис. 21. Параллельная работа двух однофазных трансформаторов
Параллельная работа трансформаторов удобна и экономична. Мы уже говорили, что нагрузка на трансформаторы не является постоянной, так как потребность в электроэнергии данного участка сети в течение суток, как правило, колеблется в значительных пределах. Однако установленная мощность трансформаторов должна быть такой, чтобы в любое время удовлетворять потребность в электроэнергии.
Можно установить один трансформатор большой мощности, кото-
рой окажется достаточно для любой возможной нагрузки. Но тогда этот трансформатор придется держать включенным все время, хотя на полную мощность он будет работать только незначительную часть времени.
Мы знаем, что независимо от нагрузки в трансформаторе всегда существуют постоянные потери — потери холостого хода. Как бы ни был нагружен трансформатор, он все равно будет потреблять какую-то мощность, бесполезно расходуемую на потери в магнитопроводе. Потребитель мирился бы с такими потерями при работе трансформатора с полной нагрузкой. Но при частичной нагрузке, когда трансформатор отдает только часть своей мощности, потери холостого хода делают его эксплуатацию экономически невыгодной.
Поэтому во многих случаях один трансформатор большой мощности заменяют двумя или несколькими трансформаторами меньшей мощности. Трансформаторы включают параллельно как со стороны ВН, так и со стороны НН, но под напряжением в каждый момент времени находится лишь минимально необходимое число трансформаторов. Если нагрузка возрастает, дополнительно включают новые трансформаторы; когда она снижается, соответствующую часть трансформаторов отключают. Таким образом, число работающих трансформаторов всегда соответствует нагрузке.
Поскольку потери холостого хода одного трансформатора всегда больше, чем нескольких равных ему по суммарной мощности трансформаторов, то преимущества использования их параллельного соединения очевидны. В большинстве случаев экономия только на потерях в стали окупает за короткий срок дополнительные затраты на установку нескольких трансформаторов вместо одного.
Однако не всякие трансформаторы можно включить на параллельную работу. Существуют три условия, соблюдение которых совершенно необходимо для включения трансформаторов на параллельную работу.
Первое условие заключается в том, что все включаемые параллельно трансформаторы должны иметь одинаковый коэффициент трансформации. Другими словами, первичные и вторичные обмотки должны быть рассчитаны на одинаковые напряжения. Но на практике встречаются случаи, когда у того или иного трансформатора коэффициент трансформации несколько отличается от необходимой величины. Так, вместо того, чтобы иметь коэффициент трансформации равный, например,

Это не страшно, если трансформатор работает один, так как разница 2 или 3 в при требуемом напряжении 400 в несущественна.
Если же этот трансформатор будет работать с другим, коэффициент
трансформации которого равен точно 3000-- то могут
возникнуть неприятности. Суть их в том, что на одной и той же шине (рис. 21), к которой подключены обмотки НН обоих трансформаторов, не могут быть сразу два разных напряжения: 400 и 402 в. Поэтому разница 2 в должна компенсироваться каким- то падением напряжения, вызванным уравнительным током /ур2> тотчас возникающим между обмотками НН. Согласно известному нам положению этот ток немедленно вызовет соответствующий уравнительный ток I ур1 в обмотках ВН, что повлечет за собой и соответствующее падение напряжения в этих обмотках.
Уравнительные токи снижают напряжения и вызывают дополнительные потери энергии, поэтому их присутствие недопустимо. Чтобы не сделать ошибки при параллельном включении трансформаторов, ГОСТ 401—41 стандартизовал напряжения
обмоток ВН и НН и установил, что коэффициенты трансформации не должны отличаться более, чем на ±0,5%.
Второе условие параллельной работы заключается в том, чтобы все включенные параллельно трансформаторы имели одинаковые напряжения короткого замыкания ик.
Можно доказать, что общая нагрузка в таком случае распределяется между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям и обратно пропорционально их напряжениям копоткого замыкания:

Как видим, первый трансформатор, имеющий меньшее напряжение к. з., перегружается на 11%, а второй, имеющий большее напряжение к. з., оказывается недогруженным. Если пер-

Таким образом, только при равенстве ик всех включаемых параллельно трансформаторов можно добиться равномерного распределения мощностей и избежать перегрузки одних и недогрузки других трансформаторов.
Чтобы не получилось ошибок при параллельном включении трансформаторов, ГОСТ 401—41 установил для каждого трансформатора с определенным напряжением обмотки ВН определенное значение напряжения короткого замыкания. Так, для всех трансформаторов с напряжениями обмотки ВН до 10 кВ включительно установлено ик, равное 5,5%; с напряжением до 38,5 кВ включительно — равное 6,5 и 8%; с напряжением 110 кВ и более —равное 10,5% и 11%.
Однако при практическом исполнении трансформаторов всегда возможны некоторые отступления в размерах обмоток или каналов между ними, что, как известно, влияет на величину ик. Поэтому ГОСТ разрешает включать на параллельную работу
трансформаторы с некоторым отступлением от номинальных значений ик (в пределах ± 10%).
Третье условие параллельной работы заключается в том, чтобы все предназначенные для нее трансформаторы имели одинаковые группы соединения. Другими словами, необходимо при равенстве напряжений ВН иметь еще и одинаковые углы между векторами линейных напряжений обмоток ВН и НН. Чтобы убедиться в необходимости одинаковых групп соединения, рассмотрим простой пример.

Рис. 22. Определение напряжения между обмотками НН параллельно работающих трансформаторов с разными группами соединений:
а — группа соединения Y/Д —11, б — группа соединения Y/Д —1, в — векторная схема параллельного соединения трансформаторов с группами соединения 11 и 1
Пусть два трансформатора имеют схемы и группы соединения Y/Л—11 и Y/A—1. На рис. 22, а и б показаны совмещенные векторы линейных напряжений обмоток ВН и НН первого и второго трансформаторов. Если первичные напряжения (ВН) у них одинаковы, то при параллельном соединении между вторичными напряжениями a\bi и а2Ь2 появится сдвиг 60° (рис. 22, в). Вследствие этого получится геометрическая разность напряжений ct\bi и a2b2l показанная на рисунке отрезком 6162. Треугольник a\bib2 равносторонний, поэтому отрезок bib2 = = a\bi = a2b2, т. е. равен по величине линейному напряжению обмотки НН.
Итак, между обмотками НН параллельно работающих трансформаторов появляется напряжение, равное линейному напряжению НН, а следовательно, и уравнительные токи в обеих обмотках (ВН и НН).
Таким образом, мы видим, что включение на параллельную работу трансформаторов с различными группами соединений недопустимо.