Схеми заміщення та параметри автотрансформаторів
Автотрансформатори, як правило, встановлюються на потужних вузлових підстанціях районних мереж та призначені для зв'язку мереж двох номінальних напруг. Від шин середньої напруги таких підстанцій зазвичай отримують електроенергію цілі райони з великою кількістю споживачів. Зображення автотрансформатора в важливій електричній схемі мережі за наявності пристрою РПН (регулювання напруги під навантаженням) представлено на рис. 6.
Автотрансформатор (АТ) має послідовну обмотку (П), загальну (О) та обмотку нижчої напруги (Н).
Обмотки послідовна та загальна електрично з'єднані один з одним і пронизуються загальним магнітним потоком, тоді як обмотка нижчої напруги пов'язана з ними тільки магнітним зв'язком, що відображено на рис. 6.
 |  |
Мал. 6. Автотрансформатор.
а) зображення автотрансформатора у електричних схемах;
б) схема з'єднання обмоток автотрансформатора
Автотрансформатори характеризуються двома значеннями потужності:номінальна – це гранична потужність, яка може бути передана з боку вищої напруги ( ),типова – потужність послідовної обмотки ( ). Розрахункова потужність загальної обмотки також дорівнює типовій потужності, а обмотка нижчої напруги розраховується на меншу потужність або рівну типової. Зв'язок між номінальною та типовою потужністю АТ визначається виразом
,
де a - коефіцієнт вигідності автотрансформатора:
.
Чим менший коефіцієнт вигідності, тим автотрансформатор більш економічний порівняно з триобмотувальним трансформатором. В електричних мережах з a = 0,25; 0,4; 0,5.
Під час розрахунку електричних мереж автотрансформатори враховуються схемами заміщення (рис. 7).Повна схема заміщення автотрансформатора має вигляд трипроменевої зірки, де – активні опори відповідних обмоток вищої, середньої та нижчої напруг враховують втрати активної потужності на нагрівання обмоток; – відповідно, індуктивні опори обмоток враховують індуктивну потужність на потоки розсіювання.
Мал. 7. Повна схема заміщення автотрансформатора
Намагнічуюча гілка підключається з боку живильної обмотки, при цьому – активна провідність обумовлена втратами активної потужності на нагрівання магнітопроводу, а – реактивна провідність визначає магнітний потік взаємоіндукції обмоток.
Усі параметри схеми заміщення наведено до номінальної напруги обмотки вищої напруги. Для розрахунку дійсних значень напруг і струмів в обмотках середньої та нижчої напруги в схему включаються ідеальні трансформатори (трансформатори без втрат потужності), які враховують коефіцієнт трансформації в режимі холостого ходу.
Автотрансформатори характеризуються наступними каталожними даними [1, 2, 3]:
- Номінальна потужність, МВА; - номінальні лінійні напруги відповідно обмоток вищої (ВН), середньої (СН), нижчої (ПН) напруги, кВ, т.к. параметри схеми заміщення віднесені до напруги обмотки ВН, то в подальших розрахунках напруги задані при холостому ході трансформатора; - максимальна кількість позитивних і негативних по відношенню до основного висновку обмотки ВН регулювальних відгалужень, - відносне значення зміни напруги у відсотках від , що припадає на одне відгалуження;
- Сумарні втрати короткого замикання для двох обмоток, кВт; - Напруги короткого замикання, %. - Втрати холостого ходу, кВт; - Струм холостого ходу, %.
Для АТ проводять три досвіди короткогозамикання, у кожному беруть участь дві обмотки. Наприклад, при короткому замиканні на висновках обмотки СН, розімкнутій обмотці ПН та підключенні до джерела висновків обмотки ВН заміряються значення і при протіканні по обмотках ВН та СН номінальних струмів. Отже, величини та віднесені до автотрансформатора. Якщо досвіді короткого замикання бере участь обмотка нижчої напруги, по обмоткам протікають струми, відповідні номінальної потужності обмотки ПН, тобто. типової потужності автотрансформатора Отже і віднесені до типової потужності, тому зазначені величини призводять до номінальної потужності АТ;
Використовуючи каталожні дані автотрансформатора проводять розрахунок параметрів схеми заміщення.
При визначенні активних опорів можливі два випадки:
1. У довідкових даних наведено три величини втрат короткого замикання (кз):
.
Тут - втрати к.з., віднесені до номінальної потужності АТ;
- Втрати кз, віднесені до типової потужності АТ; a- коефіцієнт вигідності.
Втрати короткого замикання у кожній обмотці автотрансформатора розраховуються:
Потім обчислюють активні опори схеми заміщення:
(1)
2. У довідкових даних наведено одне значення втрат короткого замикання. По ньому визначають сумарний активний опір двох обмоток:
Потужність обмотки вищої напруги дорівнює номінальній потужності автотрансформатора, а потужність обмотки нижчої напруги становить від неї трохи більше 50%. За наявності магнітного зв'язку активні опори у схемі заміщення обернено пропорційні потужностям відповідних обмоток:
а для обмотки ПН
Для розрахунку індуктивних опорів використовують напруги короткого замикання. Задані в каталожних даних напруги та попередньо повиннібути приведені до номінальної потужності АТ.
та .