§ 66. АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ
В отличие от трансформаторов, у которых первичная и вторичная обмотка гальванически не связаны между собой и между ними имеется только электромагнитная связь, обмотки автотрансформаторов кроме электромагнитной связи соединены проводниками гальванически так, что они имеют общую обмотку.
Принципиальная схема соединения обмоток однофазного понижающего автотрансформатора, включенного на нагрузку, показана на рис. 123. Его режим работы на холостом ходу не отличается от режима работы трансформатора. Подведенное к первичной обмотке напряжение равномерно распределяется между витками обмотки Ах, по которой проходит ток холостого хода; вторичное напряжение пропорционально числу витков обмотки ах и равно разности потенциалов между этими точками.
Ток во вторичной цепи при нагрузке состоит из двух слагаемых: тока и первичной стороны, проходящего по обмотке Аа, минуя обмотку ах, и тока 1ах, проходящего по общей части обмотки ах, равного разности токов 2-1.
Мощность вторичной цепи на стороне нагрузки также состоит из двух слагаемых: электрической мощности, передаваемой непосредственно из первичной сети во вторичную через обмотку Аа, и электромагнитной мощности, передаваемой во вторичную цепь трансформаторным преобразованием; таким образом, S2=SЭ + SЭМ.
Рис. 123. Схема соединения обмоток и работа однофазного автотрансформатора
Вторичную обмотку автотрансформатора рассчитывают на разность токов, витки первичной обмотки — на разность напряжений. Этим и обуславливается экономическая целесообразность применения автотрансформаторов. Единицей мощности силовых автотрансформаторов, как и трансформаторов, служит киловольт-ампер (кВ-А) или более крупной единицей — мегавольт-ампер (МВ-А).
В автотрансформаторе различают проходную мощность S = U1I1 и типовую (расчетную)
Применение автотрансформаторных схем определяется коэффициентом выгодности a:a=(1 — 1/k), где к— коэффициент трансформации автотрансформатора.
Выражая типовую мощность через а и S, имеем Sт=аS= (1—1/k)S.
Отсюда следует, что типовая мощность автотрансформатора в а раз меньше проходной и наиболее выгодные значения а принимает, когда коэффициент трансформации близок к единице. Например, для передачи мощности 120 МВ-А из сети 220 кВ в сеть 110 кВ достаточно, чтобы типовая мощность автотрансформатора была 60 МВ-А. Если для этой цели применить трансформатор, его необходимо рассчитать на мощность 120 МВ-А.
Соответственно автотрансформатор в отличие от трансформатора имеет меньшие массу, размеры и расход активных материалов (электротехнической стали, обмоточных проводов), потери электрической энергии в обмотках и магнитной системе, а следовательно, больший кпд. Однако применение автотрансформаторов ограничено и экономически целесообразно только при коэффициенте трансформации, равном 2—3, при большем — их мощность приближается к типовой мощности трансформаторов; индуктивное сопротивление обмоток, соединенных по автотрансформаторной схеме (особенно при большом коэффициенте трансформации), значительно меньше сопротивления обмоток трансформатора той же мощности, поэтому при коротком замыкании в сети напряжение на стороне НН возрастает до напряжения стороны ВН и через обмотки автотрансформатора будет проходить недопустимо большой ток короткого замыкания. Для защиты автотрансформатора от разрушения приходится применять специальные устройства, ограничивающие этот ток до допустимых пределов. Кроме того, связь через автотрансформатор электросетей НН и ВН вызывает опасность для обслуживающего персонала и оборудования электроустановок, так. как между проводниками сети НН и землей постоянно действует напряжение стороны ВН. При отключении сети со стороны обмоток ВН на стороне обмоток НН будет действовать высокое напряжение, соответствующее обмоткам ВН.
Автотрансформаторы так же, как и трансформаторы, могут быть одно- и трехфазными, двух- и трехобмоточными. На рис. 124 показана стандартная схема соединения обмоток ВН и НН трехфазных двухобмоточных силовых автотрансформаторов и ее условное обозначение (схемы и группы соединения обмоток), а на рис. 125 — трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов.
Рис. 124. Стандартная схема соединения обмоток ВН и НН трехфазных двухобмоточных силовых автотрансформаторов и ее условное обозначение
Рис. 125. Стандартная схема соединения обмоток трехфазyых трехобмоточных автотрансформаторов и ее условное обозначение
Как видно из рис. 124 и 125, у двухобмоточных и трехобмоточных автотрансформаторов гальванически связанные обмотки ВН и СН соединены з звезду. У трехфазного трехобмоточного автотрансформатора обмотки НН соединяют в треугольник.
Конструкция сборочных единиц в целом, а также технологические процессы сборки автотрансформаторов практически такие же, как и у трансформаторов. Силовые автотрансформаторы строят на большие мощности и высокие напряжения с максимально большим коэффициентом трансформации, с тем чтобы коэффициент выгодности был возможно большим, но не менее 0,5.
Обозначение типа автотрансформатора отличается от обозначения трансформатора буквой А, стоящей в начале или конце. Если автотрансформатор понижающий, то буква А стоит в начале обозначения, если повышающий — в конце. Например, обозначение ОЦТА-135000/500 читается так: однофазный, охлаждение масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла и воды, трехобмоточный, автотрансформатор повышающий, мощность 135 000 кВ-А, класс напряжения 500 кВ. Обозначение АТДЦТН-125000/220 расшифровывается так: авто
трансформатор понижающий, трехфазный, масляное дутьевое охлаждение с принудительной циркуляцией масла (перекачка через охладители насосами), трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощность 125 000 кВ-А, класс напряжения 220 кВ.
Контрольные вопросы
- В чем состоит отличие конструкции н сборки сухих силовых трансформаторов от масляных?
- Какова особенность конструкции обмоток, изоляции и вводов трансформаторов класса 110 кВ от более низких классов напряжения?
- Какое преимущество имеют автотрансформаторы перед трансформаторами и в чем состоит их конструктивное отличие?
