Представленные в табл. 1.5 сопротивления КЗ являются одними из основных параметров трансформатора, существенно влияют на его конструкцию и массогабаритные показатели, а также параметры преобразователя.
Известно, что напряжение КЗ и его составляющие (индуктивная и активная), как правило, изменяются с ростом номинальной мощности трансформатора. Так, например, в трансформаторах I, II габаритов (см. § 1.10) напряжение КЗ составляет 4—8%, a III, IV габаритов — 8—10%. В трансформаторах относительно малой номинальной мощности активная составляющая существенно влияет на падение выпрямленного напряжения, в то время как индуктивная составляющая и потребляемая из сети реактивная мощность относительно малы. В мощных преобразователях основную роль играет индуктивная составляющая напряжения КЗ, так как от ее значения зависит потребление преобразователем реактивной мощности. Требования к напряжениям КЗ трансформаторов, имеющих ВО, расщепленную на две и более части, каждая из которых предназначена для питания отдельной преобразовательной секции, такие же, что и для трансформаторов с одной частью ВО, и вытекает из необходимости ограничивать аварийный ток в трансформаторе и преобразовательной секции при КЗ на шинах «плюс — минус» преобразователя, лак как от него зависят электродинамическая и термическая стойкости трансформатора и преобразователя. Сквозное напряжение КЗ определяет также выбор уставок защиты электрооборудования. Если ВО трансформатора состоит из нескольких частей с одинаковой схемой соединения, увеличение сопротивления сквозного КЗ, вызванное требованием ограничения тока, приводит к росту потребления реактивной мощности и ухудшению коэффициента мощности преобразовательного агрегата. Если же ВО содержит несколько частей с разными схемами соединения, указанной зависимости может и не быть, так как потребление реактивной мощности зависит от сопротивления КЗ трансформатора в режиме коммутации. В наиболее распространенных сложных схемах преобразования, к которым относятся двенадцатифазные, одновременно происходит коммутация вентилей половины преобразовательных секций, питаемых от частей ВО с одинаковой схемой соединения (при угле коммутации не более 30 ). Так как индуктивное падение напряжения преобразователя зависит от индуктивной составляющей напряжения КЗ коммутации, в значительной мере определяющего выпрямленное напряжение и коэффициент мощности агрегата, то требование к данному виду сопротивления КЗ трансформатора сводится к его минимизации. Из понятия напряжения КЗ коммутации следует, что в ПТ столько сопротивлений коммутации, сколько групп соединений обмоток имеет трансформатор. Как правило, существует требование к определенному соотношению этих сопротивлений коммутации, что связано с требованием обеспечить заданное деление тока между параллельными преобразовательными секциями, питающимися от частей с разными схемами соединения. Для выравнивания тока между запараллеленными преобразовательными секциями, питающимися от частей ВО с одинаковой схемой соединения, должно выполняться требование равенства сопротивлений коммутации частей. Это позволяет трансформатору, питающему преобразователь с любой сложной схемой преобразования, осуществлять функцию делителя тока между преобразовательными секциями, обеспечивать высокую нагрузочную способность агрегата, снижать потери от неравномерного деления тока.
Наиболее часто встречающимся аварийным режимом КЗ преобразовательного трансформатора в эксплуатации является КЗ одной части ВО. развивающееся из «пробоя» вентиля преобразовательной секции. В этом случае аварийный ток КЗ ограничивается сопротивлением частичного КЗ, следовательно, значение напряжения частичного КЗ определяется необходимостью обеспечить электродинамическую стойкость трансформатора и осуществить при пробое вентиля надежную защиту преобразователя с помощью предохранителя, включенного последовательно с вентилем, либо другими защитными аппаратами.
И наконец, последним регламентируемым видом напряжения КЗ является напряжение КЗ расщепления, что объясняется двумя причинами. Первая из них обусловлена случаем, когда преобразователь питается от трансформатора, ВО которого расщеплена на несколько частей с разными схемами соединения, питающих преобразовательные секции, каждая из которых работает на свою нагрузку, вторая — когда такие же преобразовательные секции запараллелены и работают на общую нагрузку. В первом случае независимая работа (каждой преобразовательной секции) от нагрузки любой другой секции может быть обеспечена при минимальном взаимном влиянии между частями ВО. Последнее приводит к требованию выполнения трансформатора с максимально возможными индуктивными сопротивлениями расщепления. Иногда это требование выражается через коэффициент расщепления, под которым понимают отношение индуктивного сопротивления расщепления между произвольными двумя частями обмотки к эквивалентному индуктивному сопротивлению сквозного КЗ. При этом руководствуются тем, что взаимное влияние между двумя частями обмотки минимально, если коэффициент расщепления равен kρ=xκ.р/хк=4. Во втором случае в агрегатах со сложными схемами преобразования (12-фазное и выше), когда преобразовательные секции запараллелены на одну общую нагрузку, сопротивление расщепления играет роль ограничителя уравнительного тока между преобразовательными секциями. Этот уравнительный ток возникает из-за различия мгновенных значений выпрямленных напряжений преобразовательных секций, присоединенных к частям ВО, имеющим разные схемы соединения. Следует отметить, что в ограничении уравнительного тока между преобразовательными секциями кроме сопротивления расщепления участвует и сопротивление коммутации.
Таким образом, для ограничения уравнительного тока и уменьшения потерь от высших гармоник целесообразно увеличивать сопротивления расщепления и коммутации.
Как видно, каждый вид сопротивления ПТ выполняет одну или несколько функций или влияет на одну или несколько характеристик преобразователя. Так, например, индуктивное сопротивление коммутации в трансформаторе с несколькими частями ВО, имеющими разные схемы соединения, определяет внешнюю характеристику преобразователя, его коэффициент мощности и ограничивает уравнительный ток между преобразовательными секциями; сопротивление расщепления ограничивает уравнительный ток между параллельными преобразовательными секциями, работающими на одну нагрузку, и сказывается на взаимном влиянии нагрузок в разных преобразовательных секциях, питающихся от разных частей ВО одного трансформатора и работающих на отдельные нагрузки. Сопротивление сквозного КЗ в трансформаторе с одной частью ВО влияет на внешнюю характеристику, коэффициент мощности и ограничение аварийного тока. Как правило, эти требования к разным видам сопротивлений ПТ носят противоречивый характер: для одних целей их надо уменьшать, для других увеличивать. Задача усложняется тем, что все без исключения виды сопротивлений зависят друг от друга. Так, например, увеличение сопротивления расщепления одновременно обычно приводит к увеличению сопротивления коммутации и частичного КЗ, однако при числе частей ВО больше двух можно достичь малого сопротивления коммутации при относительно большом сопротивлении частичного КЗ. Одной из задач при проектировании трансформатора является поиск варианта взаимного расположения обмоток трансформатора и их частей в целях максимального удовлетворения заданным требованиям и критерию минимальных годовых затрат в народном хозяйстве на преобразование электроэнергии.
