Трехобмоточные трансформаторы применяют в основном в качестве понижающих трансформаторов мощностью до 100 MB А с высшим напряжением до 220 кВ. Мощности обмоток высшего, среднего и низшего напряжений составляют соответственно 100/100/100, 100/100/67 и 100/67/100% от номинальной мощности трансформатора. Сумма нагрузок обмоток среднего и низшего напряжений не должна превышать номинальной мощности трансформатора.
Обмотки трехобмоточных трансформаторов размещают на стержнях концентрически в следующем порядке: обмотку высшего напряжения — снаружи; обмотку низшего напряжения — внутри, у стержня; обмотку среднего напряжения — между обмотками высшего и низшего напряжений. При таком расположении напряжение КЗ между обмотками высшего и среднего напряжений имеет минимальное значение, что позволяет передать большую часть мощности в сеть среднего напряжения с минимальными потерями. Напряжение КЗ между обмотками высшего и низшего напряжений относительно велико, что способствует ограничению тока КЗ в сети низшего напряжения.
Рис. 2.7. Размещение обмоток (а) и схема замещения (б) трехфазного трансформатора с расщепленной обмоткой низшего напряжения
Разновидностью трехобмоточного трансформатора является трехфазный трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения. В таком трансформаторе (рис. 2.7, а) обмотка низшего напряжения каждой фазы выполняется из двух частей (ветвей), расположенных симметрично по отношению к обмотке высшего напряжения. Номинальные напряжения ветвей обмотки одинаковы. Мощность каждой обмотки низшего напряжения составляет часть номинальной мощности трансформатора (при двух ветвях — 1/2, при трех ветвях — 1/3). В трехфазных трансформаторах обе части расщепленной обмотки размещены на общем стержне соответствующей фазы одна над другой, а в однофазных трансформаторах части обмотки размещены на разных стержнях. Каждая ветвь расщепленной обмотки имеет самостоятельные выводы. Допускается любое распределение нагрузки между ветвями расщепленной обмотки, например при двух ветвях одна ветвь может быть полностью нагружена, а вторая отключена, или обе ветви нагружены полностью.
Достоинством трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения является большое сопротивление короткого замыкания между ветвями, что дает возможность ограничить ток КЗ на стороне низшего напряжения, например на подстанциях.
Одной из характеристик трансформатора с расщепленной обмоткой является коэффициент расщепления кр,который для случая двух ветвей равен отношению сопротивления короткого замыкания между ветвями расщепленной обмотки Z> 3 к сопротивлению короткого замыкания между обмоткой высшего напряжения и параллельно соединенными ветвями расщепленной обмотки.
Для однофазных трансформаторов коэффициент расщепления 4, а для трехфазных трансформаторов кр -3,5.
Автотрансформатор представляет собой многообмоточный трансформатор, у которого две обмотки связаны электрически. В энергосистемах применение получили трехобмоточные автотрансформаторы — трехфазные и группы из однофазных. Их широко используют по соображениям экономического порядка вместо обычных трансформаторов для соединения эффективнозаземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при отношении номинальных напряжений, не превышающем 4.
На рис. 2.8 представлена принципиальная схема двухобмоточного автотрансформатора.
Обмотка А—Ат называется последовательной, а обмотка Ат—X— общей. Вывод А является выводом высшего напряжения, вывод Ат — выводом среднего напряжения. Обмотки трехфазных автотрансформаторов (или групп из трех однофазных автотрансформаторов) соединяют в звезду с заземленной нейтралью X.
Рис. 2.8. Принципиальная схема двухобмоточного автотрансформатора
Обозначим общее число витков в обеих обмотках автотрансформатора через ги1, а число витков в общей обмотке через ги2. Тогда число витков в последовательной обмотке будет wx - w2. Отношение п – w1/w2 представляет собой коэффициент трансформации автотрансформатора.
Последовательную и общую обмотки рассматривают как первичную и вторичную обмотки трансформатора.
В отличие от трансформатора, где вся мощность с первичной стороны передается на вторичную сторону магнитным полем, в автотрансформаторе часть мощности передается непосредственно — без трансформации — через контактную связь между последовательной и общей обмотками. Полную мощность, передаваемую с первичной стороны автотрансформатора на вторичную, называют проходной, а мощность, передаваемую магнитным полем, — трансформаторной.
Проходная мощность для схемы, показанной на рис. 2.8,
S=UBIB=UCIC.
Сумма трансформаторной и электрической мощностей равна проходной мощности автотрансформатора:
S= STP + 5ЭЛ = (UB - с7с)/в + UJB = UJB.
Отношение трансформаторной мощности к проходной, называется коэффициентом типовой мощности автотрансформатора.
Под номинальной мощностью автотрансформатора понимают его проходную мощность при номинальных условиях. Соответствующую номинальной мощности трансформаторную (электромагнитную) мощность называют типовой мощностью. Размеры и масса автотрансформатора определяются не проходной, а трансформаторной мощностью. Чем ближе к единице отношение UJUB, тем меньше трансформаторная мощность при заданной проходной мощности. Следовательно, замена трансформатора соответствующим автотрансформатором становится все выгоднее.
Преимущества автотрансформаторов перед трансформаторами той же проходной мощности заключаются в следующем:
для изготовления автотрансформатора требуется меньше меди, стали и изоляционных материалов, поэтому стоимость автотрансформатора меньше;
потери мощности в автотрансформаторе меньше, а его КПД выше;
габаритные размеры автотрансформатора меньше, что позволяет строить их большей проходной мощности и облегчает транспортировку.
Перечисленные преимущества автотрансформаторов тем заметнее, чем меньше разность высшего и среднего напряжений.
Все сказанное ранее относится к двухобмоточным автотрансформаторам.
