Что такое уравнительный ток: Анализ уравнительных токов по тяговым сетям на основе расчетно-экспериментальных данных об уровнях напряжения и их фазах в узлах подключения тяговых подстанций Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Содержание

Способы и устройства для снижения уравнительного тока на электрифицированных железных дорогах переменного тока

Известия высших учебных заведений. ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА 2017; 5: 80-85

 

http://dx.doi.org/10.17213/0136-3360-2017-5-80-85

 

Способы и устройства для снижения уравнительного тока на электрифицированных железных дорогах переменного тока

Ю.А. Константинова, В.Н. Ли

Константинова Юлия Андреевна – преподаватель кафедры «Системы электроснабжения» Дальневосточного государственного университета путей сообщения. E-mail: [email protected]

Ли Валерий Николаевич – д-р техн. наук, профессор кафедры «Системы электроснабжения» Дальневосточного государственного университета путей сообщения. E-mail: [email protected]

 

Аннотация

Рассматривается проблема уравнительных токов (УТ) при двустороннем питании участков электрифицированных железных дорог переменного тока. На примере межподстанционной зоны Анисимовка – Фридман показана актуальность проблемы УТ для Дальневосточной железной дороги. Представлены основные причины возникновения УТ в системе тягового электроснабжения. Приведены материалы для сравнения двух вариантов определения уравнительного тока в тяговой сети. Произведен анализ устройств и способов для снижения УТ. Описан отечественный опыт применения вольтодобавочных трансформаторов в качестве средства для снижения УТ

.

 

Ключевые слова: уравнительный ток, расчет, измерение, ограничение, вольтодобавочный трансформатор

 

Полный текст: [in elibrary.ru]

 

Ссылки на литературу

  1. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации –утвержденные МПС России 04 июня 1997 г. ЦЭ-462. М.: Интекст, 1997. 79 с.
  2. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982. 524 с.
  3. Бочев А.С., Кручинин В.П., Кузнецов Г.В. Уравнительный ток можно снизить // Электрическая и тепловозная тяга. 1990. № 9. С. 34 – 35.
  4. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения – принят Межгосударственным советом по стандартизации, методологии и сертификации (протоколом №55-П от 25 марта 2013 г.). М.: Стандартинформ, 2014. 16 с.
  5. Повышение эффективности сопряжения систем тягового и внешнего электроснабжения / В.Т. Черемисин, Ю.В. Кондратьев, В.А. Кващук, А.Л. Каштанов // Транспорт Российской Федерации. Наука и транспорт. 2006. Спецвыпуск. С. 18 – 21.
  6. Автоматизированная система мониторинга тяговых подстанций / В.Н. Ли, Ф.А. Протасов, Е.Ю. Тряпкин, А.В. Гуляев, М.Ю. Кейно // Автоматизация в промышленности. 2013. № 11. С. 22 – 25.
  7. Бочев А.С., Осипов В.А. Снижение потерь от уравнительных токов // Тезисы докладов на международном симпозиуме Eltrans 2001. СПб., 2001. С. 80 – 81.
  8. А. с. 1654055 СССР А1 МПК В60 М 3/00, Устройство для снижения уравнительных токов в электротяговой сети / Семенчук В. П., Бадер М. П., Просецкий А. П. и т.д.; заявитель и патентообладатель Московский институт инженеров железнодорожного транспорта. – 4712525/11; заявл. 30.06.89; опубл. 07.06.91, Бюл. № 21. 4 с.
  9. Пат. 2116206 Российская Федерация, МПК В 60 М 3/02, Способ определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменного тока при двустороннем питании / Черемисин В. Т., Кващук В. А., Бенис А. М., Лапенко Н. М.; заявитель и патентообладатель Омская государственная академия путей сообщения. опубл. 27.07.1998, Бюл. № 21. 4 с.
  10. А. с. 1643229 СССР А1 МПК В60 М 3/02, Устройство для снижения уравнительных токов в электротяговой сети переменного тока / Бочев А.С., Кузнецов Г.В., Зайцева Л.А. и Кузнецов В.В.; заявитель и патентообладатель Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта. 4601371/11; заявл. 02.11.88; опубл. 23.04.91, Бюл. №15. 5с.
  11. Пат. 88318 РФ, МПК B60M 3/02 (2006.01). Информационная система для определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменноготока / Черемисин В. Т., Чижма С. Н., Кващук В. А.,Кондратьев Ю. В., Онуфриев А. С.; заявитель и патентообладатель Омский государственный университет путей сообщения. опубл. 10.11.2009. Бюл. № 31. 5 с. 
  12. А. с. 1359853 СССР А1 МПКH 02 J 3/12,. Способ снижения уравнительных токов в тяговой сети / Герман Л.А.; заявитель и патентообладатель Герман Л.А. – 3938940/24-07; заявл. 30.07.85 ; опубл. 15.12.87, Бюл. № 46. 4 с.
  13. А. с. 2137623 СССР С1 МПК В60 М 1/00, Устройство для снижения уравнительных токов и ограничения короткого замыкания / Бочев А.С., Костюков А.В.; заявитель и патентообладатель Бочев А.С., Костюков А.В. 97113990/28; заявл. 31.07.1997; опубл. 20.09.1999, Бюл. № 12. 7 с.
  14. Власов С.А. Вольтодобавочный трансформатор: компенсация недостатков в тяговой сети // Мир транспорта. 2013. Т. 11. № 4. С. 64 – 70.
  15. Закарюкин В.П., Крюков А.В., Ушаков В.А. Оперативное управление в системах электроснабжения. Иркутск: ИрГУПС. 2012. 129 с.

Уравнительный ток при параллельной работе трансформаторов формулы

Некоторые особенности эксплуатации электрических сетей и установок требуют возможность включения нескольких устройств преобразования электроэнергии. При соблюдении условий параллельной работы силовых трансформаторов улучшаются большинство показателей электроснабжения, в том числе перегрузочная способность и надежность.

Включение по данной схеме требует проведения дополнительных работ, направленных на недопущение неправильных подключений и возникновение недопустимых режимов и аварийных ситуаций.

В каких случаях нужен параллельный режим работы трансформаторов

Включение нескольких устройств преобразования электрической энергии преследует несколько целей:

  1. Повышение мощности преобразования.
  2. Увеличение надежности.
  3. Увеличение перегрузочной способности.
  4. Более рациональное использование свободного места.
  5. Снижение потерь при работе в периоды малой нагрузки.

Увеличение мощности потребителей требует соответственного увеличения мощности трансформатора. Цель параллельного включения – возможность не выполнять демонтаж и замену более слабого оборудования. В данном случае применяют дополнительную установку параллельно подключенного трансформатора. В первом приближении можно считать, что допустимая мощность потребителей в таком случае удваивается.

Отдельная категория потребителей отличается высокими требования к надежности электропитания. В таком случае назначение дублирующих трансформаторов – возможность обеспечения питанием в случае выхода части преобразователей из строя.

Параллельное включение трансформаторов применяют также в том случае, когда установка одного более мощной конструкции не соответствует требованиям по габаритам. Часто проще установить несколько малогабаритных конструкций вместо одно более мощной.

Снижение потерь на преобразование в период минимального потребления достигается путем отключения части трансформаторов.

Параллельная работа

Условия включения. При параллельной работе первичные обмотки трансформаторов присоединены к общим шинам питающей сети, вторичные — к общим шинам потребителя (рис. 3.22, а). Мощность всех параллельно работающих трансформаторов равна сумме их мощностей.

При включении на параллельную работу пользуются условным понятием начала и конца обмоток. На рис. 3.23 схематично изображена часть стержня магнитопровода, на который намотаны первичная и вторичная обмотки трансформатора. При изменении потока взаимоиндукции (например, при увеличении) в них индуктируются ЭДС.

Если обмотки намотаны в одну сторону и имеют одинаковую маркировку, значит векторы ЭДС будут направлены в одну сторону. Если в одной из обмоток начало и конец поменять местами, вектор изменит направление на обратное, хотя физическая картина осталась такой же. Аналогичный сдвиг фазы ЭДС на векторной диаграмме можно получить изменяя направление намотки витков.


Параллельное подключение трансформаторов.

Для того чтобы охарактеризовать сдвиг фаз линейных э. д. с. первичной и вторичной обмоток с учетом обозначения зажимов, вводится понятие группы соединения трансформатора. В однофазном, трансформаторе может быть две группы соединения, в трехфазном — двенадцать.

Будет интересно➡ Удивительные факты о понижающих трансформаторах

При обозначении группы соединений пользуются аналогией с часовым циферблатом. При этом вектор линейной э. д. с. первичной обмотки мысленно совмещают с минутной стрелкой часов, расположенной на цифре 12, а с направлением вектора вторичной линейной э. д. с. совмещают часовую стрелку. Цифра, на которой она расположена, определяет группу соединения трансформатора.

Угловое расстояние между двумя соседними цифрами циферблата составляет 30°. Поэтому для определения угла сдвига линейных э. д. с. обмоток следует умножить номер группы на 30°. Например, число 6 обозначает, что сдвиг между линейными э. д. с. обмоток составляет 180° = 6×30°. Меняя маркировку выводов, можно изменить группу соединения трансформатора.

Принормальной параллельной работе между трансформаторами не должны проходить уравнительные токи. Уравнительные токи отсутствуют, если первичные э. д. с. всех трансформаторов одинаковы и вторичные э. д. с. также одинаковы и находятся в фазе. Это достигается при соблюдении следующих условий: равенство коэффициентов трансформации; равенство напряжений короткого замыкания; принадлежность трансформаторов к одной группе.

Стандарт допускает параллельную работу трансформаторов при условии, что коэффициенты трансформации отклоняются не более, чем на 0,5% от среднего арифметического значения, и напряжения короткого замыкания отклоняются не более чем на 10% от среднего арифметического значения. Перед включением на параллельную работу необходимо опытным путем проверить соблюдение первого и третьего условий. При их соблюдении напряжение между зажимами разомкнутого рубильника K

(см. рис 2.22, а) равно нулю.

Равенство групп соединения обмоток

Существует несколько групп соединений обмоток трансформатора. Каждая группа отличается своим углом сдвига фаз первичного и вторичного напряжений. Поэтому если включить два трансформатора с разными группами соединения обмоток на параллельную работу, то это приведет к возникновению больших уравнительных токов в обмотках, которые приведут к выходу из строя трансформаторы. Поэтому важным условием включения трансформаторов на параллельную работу является равенство их групп соединений обмоток.

Проверка схем и групп соединения обмоток

На практике проверку схем и групп соединения обмоток трехфазных трансформаторов выполняют по методу двух вольтметров, который основан на измерении напряжений между соответствующими выводами обмоток трансформатора с последующим их сравнением с расчетными значениями. Измеренные напряжения должны быть равны расчетным для заданной группы соединений.


Схема параллельного подключения трансформаторов

Чтобы исключить ошибки при параллельном включении трансформаторов, стандартами установлено для каждого трансформатора определенной мощности и напряжения обмотки ВН определенное значение напряжения короткого замыкания. Так, ГОСТ 12022—76 для трансформаторов мощностью 400 кВА и напряжением 10 кВ установил uк равным 4,5%, а напряжением 35 кВ — 6,5%.

Интересный материал для прочтения: факты о понижающих трансформаторах.

ГОСТ 11920—73 для трансформаторов мощностью 2500 кВА и напряжением 10 кВ установил uк равным 5,5%, а напряжением 35 кВ – 6,5%. Однако при практическом исполнении трансформаторов всегда возможны некоторые отступления в размерах обмоток или каналов между ними, что, как известно, влияет на величину uк. Поэтому ГОСТ 11677—75 разрешает включать на параллельную работу трансформаторы с некоторым отступлением от номинальных значений uк (в пределах ±10%). Третье условие параллельной работы заключается в том, чтобы все предназначенные для нее трансформаторы имели одинаковые группы соединения.


Определение напряжения между обмотками.

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. Пусть два трансформатора имеют схемы и группы соединения Y/Δ — 11 и Y/Δ — 1.

Будет интересно➡ Устройство и схема трехфазного трансформатора

На рисунке 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 a1b1 и a2b2 появится сдвиг 60°. Вследствие этого получится геометрическая разность напряжений a1b1 и a2b2, показанная на рисунке отрезком b1b2. Треугольник a1b1b2 равносторонний, поэтому отрезок b1b2 = a2b1 = a2b2, т. е. равен по величине линейному напряжению обмотки НН.

Номинальная мощность трансформаторов

Условие, необходимое для возможности включения трансформаторов на параллельную работу – соотношение их номинальной мощности не более 1 к 3. Например, если номинальная мощность одного силового трансформатора 1000 кВА, то он может быть включен на параллельную работу с другим трансформатором, мощностью от 400 кВА до 2500 кВА – все величины из данного диапазона мощности в соотношении с мощностью 1000 кВА не более 1 к 3.

Параллельная работа трансформаторов, принадлежащих к разным группам соединения, невозможна, так как между их обмотками проходит недопустимо большой уравнительный ток.

Особенности и схема работы параллельного соединения

Не следует путать совместную и параллельную работу силовых трансформаторов. В первом случае устройства подключены параллельно в питающую сеть, но работают на разные потребители или на одни, но в разное время путем установки переключателя. Таким образом, происходит распределение нагрузки между преобразователями электроэнергии.

Параллельная работа трансформирующих устройств требует выполнения нескольких условий. При не соблюдении хотя бы одного из них, по обмоткам трансформаторов начинает протекать уравнительный ток, который снижает допустимую мощность нагрузки, вызывает перегруз преобразователя и снижает общий КПД.

Условия параллельного включения трансформаторов в работу.

Включение на параллельную работу.

При параллельной работе первичные обмотки трансформаторов присоединены к общим шинам питающей сети, вторичные — к общим шинам потребителя. Обычно на трансформаторных подстанциях устанавли­ваются два, три или более трансформаторов, которые включаются на параллельную работу. При нормальной параллельной работе между трансформаторами не должны проходить уравнительные токи. Эти токи отсутствуют, если первичные э. д. с. всех трансформаторов одинаковы и при этом вто­ричные э. д. с. также одинаковы и находятся в фазе, что достигается при соблюдении следующих условий:

1. равенство первичных и вторичных напряжений равенство коэффициентов трансформации, коэффициенты трансформации отклоняются не более чем на 0,5% от среднего арифметического значения.

2. равенство напряжений короткого замыкания напряжения короткого замыкания отклоняются не более чем на 10% от среднего арифметического значения.

3. принадлежность трансформаторов к одной группе.

4. различие номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов обычно не вы­ходит за пределы 3:1.

Параллельная работа при разных коэффициентах трансформации.

При обходе контуров вторичных обмоток параллельно работающих трансформаторов э.д.с. направлены встречно, поэтому на векторной диаграмме эти э. д. с. изображаются противо­положно направленными векторами. Если первичные э. д. с. трансформаторов равны, то вторичные обратно пропорциональны коэффициентам трансформации. Вторич­ная э. д. с. первого трансформатора больше второго, т. е. в результате чего возникает избыточная э. д. с. направленная в сторону большей э. д. с. Избыточная э. д. с. вызывает между обмотками трансформатора уравнительный ток равный — полное комплексное сопротивление короткого замыкания; индекс I относится к первому трансформатору, индекс II — ко второму.

Правила подготовки и проведения газоопасных работ.

Газоопасные работы это такие работы которые выполняются в газоопасной среде или при выполнении их возможен внезапный выход газа. Или содержание кислорода на месте проведения работ менее 20% от объема. К ним относятся: осмотры, ремонты, диагностика оборудования связанную с его разгерметизацией, а также работа в аппаратах, агрегатах, котлованах, траншеях и резервуарах. Меры безопасности Работы выполняются на основании типовой инструкции РОСТЕХНАДЗОРА, правил по­ пожарной безопасности для АК»ТРАНСНЕФТЪ», также своей инструкции разработанной в своем управлении. Состав бригады при выполнении работы не менее 2-х исполнителей (при работе в кот­лованах, траншеях и резервуарах не менее 3-х исполнителей) под руководством ответственного лица по наряду-допуску. Спец. одежда, обувь приспособления и инструменты при работе не должны давать искры На готове должны быть средства индивидуальной защиты. Как правило газоопасные работы должны выполнятся в светлое время суток(при при­менении эл.освещения оно должно быть во взрывозащишеном исполнении не более 12 в. Газоопасные работы допускается проводить при концентрации не выше ПВДК (2100 мг/см2) Поэтому при работе обязателен анализ воздушной среды. Переодичность отбора и места отбора проб указывается при выписке наряда-допуска лицом выдающим, но сог­ласно регламента.

Условия включения и работы по ПУЭ

В нормативно-технической документации, в частности Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) оговорены все допустимые условия проектирования, установки и эксплуатации трансформаторного оборудования.

Условия параллельной работы дополнительно сформулированы в Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП). В частности, здесь сформулированы основные требования подключения:

  • соответствие групп соединения обмоток;
  • допустимое соотношение мощностей трансформаторов;
  • допустимые нормы отклонения коэффициентов трансформации;
  • нормы напряжения короткого замыкания;
  • фазировка.

Условия параллельного подключения

Чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию оборудования, работающего в указанном режиме, требуется соблюдать несколько важных условий. Рассмотрим детальнее правила, учитывающие подобные режимы эксплуатации данных устройств.

Схему можно увеличить кликнув по ней:

Принцип равенства групп соединения обмоток

Угол сдвига фаз может различаться в разных группах соединения трансформаторных обмоток. Для каждой из групп характерен свой угол фаз по первичному и вторичному напряжению.

При параллельном соединении двух агрегатов, у которых различаются группы по соединению обмоток, резко возрастает величина силы уравнительных токов в катушках, в результате оба устройства могут выйти из строя.

При подборе трансформаторов для работы в условиях параллельного подключения, важно, чтобы указанные группы и параметры углов фаз совпадали.

Параметры номинальной мощности

Ещё одно требование, без которого параллельное подключение с обеспечением нормальной работы агрегатов невозможно – различие в значении характеристики мощности устройств не более чем в три раза.

К примеру, если у одного агрегата величина номинальной мощности составляет 1 000 кВА, то к нему можно подключать только трансформаторы со значением указанной характеристики в пределах диапазона от 400 до 2 500 кВА. Данная величина мощности не выходит за границы указанного диапазона.

Также читайте: Какая допустимая температура масла в силовом трансформаторе

Если нарушить соблюдение этого правила, аппарат с меньшими мощностными характеристиками будет работать в условиях постоянной перегрузки, что грозит его поломкой.

Подбор по номинальному напряжению катушек и коэффициенту трансформации

Для каждого трансформатора характерно определённое номинальное напряжение, на величину которого рассчитан прибор. Если на выходе каждого из параллельно подключённых устройств образуется разное значение напряжения, такая ситуация вызовет возникновение уравнительных токов.

При соединении приборов с различными характеристиками на выходе, резко возрастут нежелательные потери со снижением напряжения. Отклонение не рекомендуется превышать более чем на половину процента.

Конструкция современных трансформаторов предусматривает возможность изменения количества витков на входной и выходной катушках, с соответствующим регулированием коэффициента трансформации. Для этого используются специальные устройства – ПБВ или РПН, позволяющие выполнять указанную регулировку соответственно с отключением агрегата и непосредственно под нагрузкой.

Формула по вычислению коэффициента трансформации

Перед параллельным соединением, следует с помощью указанных устройств отрегулировать величину напряжения на выходе, чтобы обеспечить нормальную работу аппаратов.

Значение напряжения короткого замыкания

Каждый трансформатор характеризуется собственной величиной напряжения короткого замыкания, указанной в паспортных характеристиках оборудования изготовителем. Указанный параметр характеризует сопротивление обмоток и, соответственно, уровень потерь.

Прибор с меньшей величиной напряжения КЗ будет принимать большую нагрузку, с постоянным перегрузом при работе. Нормативы предусматривают допустимое отклонение между указанной характеристикой в двух аппаратах в пределах 10 процентов.

Правильность фазировки

При соединении двух трансформаторов, должны объединяться соответствующие фазы. Если фазировка выполнена неверно, возникнет короткое замыкание с полным выходом из строя обоих агрегатов.

При соблюдении перечисленных условий, параллельно подключённые трансформаторы будут работать в штатном режиме, что обеспечит исправность оборудования и предупредит опасность аварии. Чтобы исключить возможные аварийные ситуации, к выполнению подобных подключений необходимо привлекать квалифицированный персонал, прошедший профессиональное обучение и получивший допуск к работам в электроустановках с присвоением группы электробезопасности.

Также читайте: Методы защиты от электромагнитного излучения

Как выполнить фазировку

Фазировку выполняют, в основном, для вторичных цепей. В зависимости от состояния нейтрали, измерения производят по двум методикам.

Заземленная нейтраль

  1. В сеть подключаются цепи первичных обмоток. Нейтраль заземляется.
  2. Измеряют напряжение относительно вывода а1 первого трансформатора и выводами а2, в2, с2 второго;
  3. Повторяют те же действия для выводов в1 и с1.

Изолированная нейтраль

  1. Подключаются первичные обмотки;
  2. Подключают перемычку между выводами а1 и а2;
  3. Измеряют напряжение в1-в2, с1-с2;
  4. Переставляют перемычку на выводы в1 и в2;
  5. Измеряют напряжение а1-а2, с1-с2;
  6. Повторяют действия, переставив перемычку на выводя с1 и с2.

Как выполнить подключение

Подключение трансформаторов в параллельную работы допускается только при соблюдении всех перечисленных условий. Допускается возможность работы устройств с различными группами включения обмоток:

  • в группах с разницей 4 часа (120 гр.) производится круговая перестановка обмоток;
  • группы с разницей 6 часов (180 гр.), например 0, 4, 8 и 6, 10, 2, подключаются после смены мест начала и конца обмотки одного из трансформаторов;
  • в нечетных группах меняются местами две фазы на обмотках высокого и низкого напряжений.

Во всех случаях выполняют повторную фазировку обмоток.

Включение в параллельную работу устройств с четной и нечетной группы невозможно.

Все работы по установке и коммутации выполняются при отсутствии высокого напряжения.

Последствия невыполнения условий

Невыполнение перечисленных условий приводит к следующим последствиям:

  1. Несоблюдение фазы вызывает прохождение тока через первичную обмотку даже при отсутствии нагрузки в результате сдвига фаз между проводами. В наихудшем варианте, при сдвиге фаз 180 гр., ток будет равен току короткого замыкания.
  2. Неравенство коэффициента трансформации. Ток будет протекать от устройства с высоким напряжением. Также увеличится холостой ход, который будет тем выше, чем больше разница в коэффициенте трансформации. Допустимая разница коэффициентов трансформации составляет не более 0.5%.
  3. Неравенство напряжения короткого замыкания не вызывает роста тока холостого хода, но при подключении нагрузки трансформатор с меньшим сопротивлением обмотки будет работать с перегрузкой. Допускается разница напряжения короткого замыкания не более 10%.
  4. Аналогичная ситуация возникает при использовании устройств с большой разницей номинальной мощности. Мощность одного из устройств не должна превышать более, чем в 3 раза мощность другого.

Включение трансформаторов на параллельную работу

Параллельная работа трансформаторов, т. е. включение их на одни сборные шины ВН и НН, а также СН, возможна: а) при равенстве их первичных и их вторичных напряжений; б) при равенстве напряжений короткого замыкания; в) тождественности групп соединения обмоток. На этих же условиях возможна параллельная работа и автотрансформаторов, а также трансформаторов с автотрансформаторами.

У трансформаторов, имеющих разные номинальные напряжения или разные коэффициенты трансформации, напряжения на зажимах вторичных обмоток неодинаковы. При включении таких трансформаторов на параллельную работу в замкнутых контурах первичных и вторичных обмоток возникнут уравнительные токи, обусловленные разностью вторичных напряжений.

Уравнительный ток равен:

где DU=U1-U2

— разность вторичных напряжений транс­фор­маторов;
ZK1 и ZK2
— сопротивления первого и второго трансформаторов, определяемые по формуле

где uк%

— напряжение КЗ трансформатора.

Пример.

Два трансформатора с разными значениями вторичных напряжений включаются на параллельную работу. Трансформаторы имеют следующие параметры:
S1=S2=10000 кВ·А
;
U1=6600 В
;
U2=6300 В
;
uk1=uк2=8%
; группы соединения обмоток U/D-11. Определить уравнительный ток после включения на параллельную работу.

Решение

. Номинальные токи трансформаторов

Сопротивления трансформаторов

Разность вторичных напряжений

Уравнительный ток

Из примера видно, что при неравенстве вторичных напряжений трансформаторы будут загружаться уравнительным током даже в режиме холостого хода. При работе под нагрузкой уравнительный ток налoжится на ток нагрузки. Уравнительный ток, загружая обмотки трансформаторов, увеличивает потери энергии в них и снижает суммарную мощность подстанции. Поэтому разность вторичных напряжений при включении трансформаторов на параллельную работу должна быть минимальной. Отклонения по коэффициенту трансформации допускаются в пределах ±0,5% номинального значения. Напряжение короткого замыкания ик

является постоянной для каждого трансформатора величиной, зависящей исключительно от его конструкции. При работе трансформатора под нагрузкой необходимо равенство их
ик
. Это объясняется тем, что нагрузка между трансформаторами распределяется прямо пропорционально их мощностям и обратно пропорционально напряжениям короткого замыкания. В общем случае неравенство
ик
приводит к недогрузке одного трансформатора и перегрузке другого. Если два трансформатора номинальной мощности
S1
и
S2
имеют различные напряжения короткого замыкания
uк1
и
uк2
соответственно, то распределение общей нагрузки
S
между ними определяется по формуле

где S’

и

— реальные нагрузки первого и второго трансформаторов; u’к — некоторое эквивалентное напряжение короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов.

Пример

. На параллельную работу включаются два трансформатора мощностью
S1=S2=10000 кВ·А
, имеющих напряжения короткого замыкания
uк1
=8%,
uк2
=6,5%. Суммарная мощность нагрузки потребителей
S
=20000 кВ·А. Определить, как распределится нагрузка между трансформаторами.

Решение.

Эквивалентное напряжение короткого замыкания

Нагрузки трансформаторов

Таким образом, при включении на параллельную работу трансформаторов с различными напряжениями короткого замыкания трансформатор с меньшим Uk

примет на себя бόльшую нагрузку. Некоторое перераспределение (выравнивание) нагрузки в данном случае можно получить путем изменения коэффициента трансформации, т. е. повышением вторичного напряжения недогруженного трансформатора. Но пользоваться этим способом в эксплуатации не следует, так как при этом возрастают потери от уравнительного тока.

Наилучшее использование установленной мощности трансформаторов возможно только при равенстве напряжений короткого замыкания. Однако в эксплуатации допускается включение на параллельную работу трансформаторов с отклонениями ик

на основном ответвлении не более чем на ± 10%. Такое допущение связано с технологией изготовления трансформаторов, т. е. с отступлениями в размерах обмоток, влияющих на
ик
.

Рис. 1. 8. Разность напряжений ДU при сдвиге векторов вторичных напряжений U1 и U2 по фазе на угол d

Не рекомендуется включение на параллельную работу трансформаторов с отношением номинальных мощностей более 1:3. Это вызвано тем, что даже при небольших перегрузках трансформаторы меньшей мощности будут больше загружаться в процентном отношении и, особенно в том случае, если они имеют меньшие ик

. Поэтому при отношении мощностей трансформаторов более 1: 3 целесообразно при возрастании нагрузок совсем отключить трансформатор меньшей мощности, чтобы не подвергать его недопустимой перегрузке.

Параллельная работа трансформаторов, принадлежащих к разным группам соединений обмоток, невозможна по той причине, что между вторичными обмотками одноименных фаз соединяемых трансформаторов появляется разность напряжений, обусловленная углом сдвига 5 между векторами вторичных напряжений (рис. 1.8). Уравнительный ток при сдвиге векторов на угол 5 определяется по формуле:

где uк1

и
uк2
— напряжения короткого замыкания первого и второго трансформаторов;
I1 и I2
— номинальные токи первого и второго трансформаторов соответственно.

Пример.

Подсчитаем значение уравнительного тока, предположив, что на параллельную работу оказались включенными два трансформатора с одинаковыми номинальными токами (
I
1=
I
2=
I
) и одинаковыми напряжениями короткого замыкания (
uk1=ик2=ик
), но при наличии сдвига векторов линейных напряжений вторичных обмоток на угол 60° (например, группы соединений Y/D-11 и Y/D-1). В этом случае уравнительный ток равен:

Например, при ик

=6,5% уравнительный ток достигает почти восьмикратного значения номинального, что равносильно короткому замыканию.

Группы соединения обмоток в ряде случаев могут быть изменены путем перемаркировки выводов и соответствующего присоединения к ним шин. В других случаях необходимо вскрытие трансформатора для изменения группы соединения его обмоток.

Достоинства и недостатки

Среди достоинств рассматриваемого типа включения следует отметить следующие:

  • увеличение допустимой мощности потребителей;
  • возможность горячего резервирования питания особо требовательных групп потребителей;
  • улучшение условий охлаждения устройств;
  • возможность оперативного регулирования количества подключенных устройств в условиях значительного изменения мощности потребителей.

При проектировании питающих установок нужно учитывать, что параллельные схемы включения не лишены недостатков:

  • усложнение за счет установки коммутирующих и соединительных устройств;
  • необходимость установки однотипных устройств;
  • увеличение габаритов помещения;
  • сложность подключения.

ПЗ Пьянников С.В. (Разработка методики измерения уравнительного тока в автоматизированной системе мониторинга) — документ, страница 2

Другими словами причины можно классифицировать, как основные варианты неудовлетворительного согласования электроснабжения, а именно систем внешнего и тягового электроснабжения. Выявление наличия неудовлетворительного согласования, возможно при выполнении анализа схем внешнего и тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока.

Первым вариантом такого согласования является типовая схема подключения тяговых подстанций к линии электропередач приведённая на рисунке 1.

Большая часть потерь от уравнительных токов связана с режимом работы питающей линии, а также зависит от согласования регуляторов питающего напряжения (РПН) соседних подстанций. Величина небаланса напряжений на шинах 27,5 кВ влияет на величину и фазу уравнительного тока.

Определение уравнительного тока долгое время считалось проблемным, поэтому использовались такие методы как проведение векторного анализа токов фидера на тяговой подстанции (ТП), сравнение токов смежных путей на двухпутных участках с использованием схем параллельного питания подвесок, а также с помощью гармонического анализа тока фидера.

Рисунок 1 – Схема подключения тяговых подстанций к линии

электропередач

Протекающая по линии электропередач мощность транзита вызывает в тяговой сети протекание уравнительного тока, его направление такое же как и у мощности транзита. Чем выше транзит электрической энергии, тем значительней перетоки по контактной сети.

Вторым вариантом рассмотрим установку на одной из тяговых подстанций, например на ТП-2, трансформатора пониженной мощности с повышенными электрическими потерями на рисунке 2.

На некоторых дистанциях электроснабжения имеется несовпадение по величине напряжений холостого хода смежных подстанций за счёт выбора неверного положения РПН.

Рисунок 2 – Схема электроснабжения с трансформатором пониженной

мощности и повышенным входным сопротивлением

Тяговая подстанция ТП-2 в данном случае, имеет загрузку значительно ниже соседних, точка токораздела будет смещена ближе к тяговой подстанции с повышенным входным сопротивлением. А это приводит к значительному повышению технологических потерь и уравнительных токов в межподстанционной зоне.

Третий вариант – это применение на ТП-2 двойной трансформации: 220 на 110 кВ – автотрансформатор(или трансформатор) и 110 на 27,5 – тяговый трансформатор. Рисунок 3. В данном случае питание межподстанционных зон происходит в основном от ТП-1 и ТП-3, а ТП-2 принимает нагрузку только вблизи от неё. Также наблюдаются повышенные технологические потери электрической энергии и повышенные уравнительные токи в межподстанционных зонах.

Рисунок 3 – Схема электроснабжения с подстанцией, имеющей двойную

трансформацию

Четвёртый вариант – при установке на ТП-2 тягового автотрансформатора. Рисунок 4. Это приводит к отсутствию регулирования напряжения на сторонах 220 и 27,5 кВ ТП-2. При постоянном применении происходит расхождение уровня напряжений на тяговых подстанциях, питающих межподстанционную зону. В данном случае особенно неудовлетворительный режим наблюдается при высокой районной нагрузке ТП-2, которая частично получает питание от смежных подстанций через контактную сеть, что увеличивет уравнительный ток.

Тяговые подстанции в более менее одинаковых условиях по тяговой нагрузки, и при равномерном профиле пути, должны иметь приблизительно равный расход электрической энергии. Явный признак наличия значительных уравнительных токов это заметная разность активной и реактивной электрической энергии.

Рисунок 4 – Схема электроснабжения с автотрансформатором

Пятый вариант – питание смежными тяговыми подстанциями от ЛЭП различного класса напряжения, к примеру, ТП-1 от ЛЭП 110 кВ, а ТП-2 от ЛЭП 220 кВ. Рисунок 5. Межподстанционная зона ТП-1 — ТП-2 будет получать питание в основном от ТП-2, а точка токораздела смещается к ТП-1. Это приводит к повышенным технологическим потерям электрической энергии и уравнительному току.

Кроме непосредственных потерь электроэнергии, наличие уравнительного тока в тяговой сети может приводить к перегрузкам устройств тягового электроснабжения, перегреву контактной сети, нарушениям в работе релейной защиты, поэтому необходима разработка методики измерения уравнительного тока, для обнаружения, измерения, анализа и дальнейших организационно-технических мероприятий по устранению или снижению уравнительного тока в тяговой сети.

Рисунок 5 – Питание тяговых подстанций от ЛЭП различного класса напряжения

Шестой вариант – получение питания группой тяговых подстанций, например ТП-1 и ТП-3 от энергосистемы класса напряжения 220 кВ (110 кВ), а ТП-2 от районной подстанции напряженем 110 кВ (220 кВ). Рисунок 6. Это приводит к тому, что от тяговой подстанции с более высоким классом напряжения к тяговой подстанции с классом напряжения ниже, протекает уравнительный ток с повышенным значением, а также к смещению точки токораздела к тяговой подстанции долее низкого класса напряжения и увеличению технологических потерь. Подобные явления происходят в межподстанционных зонах, которые получают питание от тяговых подстанций различных энергосистем. Известно также, что уравнительный ток протекая по тяговой сети, суммируется с тяговой нагрузкой, можно сказать складывается с ней.

Рисунок 6 – Питание одной из подстанций от районной подстанции

напряжением 110 кВ (220 кВ)

Седьмой вариант – получение на ТП-2 мощной нагрузки от районной обмотки тягового трансформатора. Рисунок 7. Основная мощность на районную нагрузку поступает с линий электропередач (ЛЭП), через сетевую обмотку тягового трансформатора, но часть этой мощности районная нарузка получает от соседних тяговых подстанций через тяговые сети и тяговую обмотку трансформатора. В результате снова смещаются точки токоразделов к тяговой подстанции с мощной районной нагрузкой, появлюятся уравнительные токи в тяговой сети, увеличиваются технологические потери электрической энергии и происходит значительный возврат электрической энергии из данной сети на этой подстанции.

Известно, что уравнительный ток непрерывно изменяется по абсолютному значению и фазе, так как зависит от множества случайных факторов, присущих режимам работы систем внешнего и тягового электроснабжения, учесть которые практически невозможно, поэтому на практике чаще уравнительный ток определяют посредством измерений.

Рисунок 7 – Схема питания одной из подстанций мощной районной

нагрузки

Восьмой вариант – помимо тягового потребителя в системе внешнего электроснабжения использовать значительную промышленную нагрузку. (Рисунок 8.) В данном случае заметное влияние на распределение электротяговой нагрузки между тяговыми подстанциями оказывает изменение мощности нетягового потребителя, вследствие её перераспределения по плечам питания. С увеличением мощности нетягового потребителя, уравнительные токи в межподстанционных зонах возрастают. Происходит это за счёт изменения фазовых соотношений соседних подстанций.

Большая часть потерь от уравнительных токов связана с режимом работы питающей линии, а также зависит от согласования РПН соседних подстанций. Величина небаланса напряжений на шинах 27,5 кВ влияет на величину и фазу уравнительного тока.

Рисунок 8 – Схема питания нетягового потребителя значительной

мощности от ЛЭП тяговой нагрузки

Девятый вариант – завышение или знажение положения РПН вследствие наличия участка со сложным профилем пути на одной из тяговых подстанций. (Рисунок 9.) На ТП-2 модуль напряжения на шинах 27,5 кВ значительно ниже, чем на ТП-1 и ТП-3. Появляются уравнительные токи, а точка токораздела смещается ближе к ТП-2, из за чего неравномерно загружаются смежные тяговые подстанции и увеличиваются технологические потери электрической энергии.

Вышеперечисленные случаи приводят к появлению значительных значений уравнительных токов в тяговой сети переменного тока электрифицированных участков железной дороги с двусторонним питанием. А это в свою очередь ведёт к высоким технологическим потерям электроэнергии.

Выявление таких межподстанционных зон можно произвести с помощью сравнения расхода электроэнергии тяговыми подстанциями на питание самих зон. Анализ расхода электроэнергии на тягу поездов и районную нагрузку производиться на основе показаний счетчиков установленных на вводах и отходящих фидерах подстанций. Контрольное время замеров один месяц.

Рисунок 9 – Схема участка с различным уровнем напряжения на шинах

тяговых подстанций

Зная, что при отсутствии в тяговой сети уравнительных токов tg φ составляет 0,7…0,8, по данным расхода можно судить о отклонении этой величины в большие или меньшие значения.

Исключением могут послужить ситуации при которых от тяговой подстанции питается локомотивное депо или крупная станция. В этом случае будет повышенное значение коэффициента реактивной мощности. А при включении компенсирующих устройств возникает пониженное значение tg φ.

Тяговые подстанции в более менее одинаковых условиях по тяговой нагрузки, и при равномерном профиле пути, должны иметь приблизительно равный расход электрической энергии. Явный признак наличия значительных уравнительных токов это заметная разность активной и реактивной электрической энергии.

А вот выявление непосредственно зон с неудовлетворительным соглосованием, может быть выполнено при помощи анализа возврата активной электрической энергии.

Существенный возврат активной электрэнергии по вводам 27,5 кВ, также говорит о наличии уравнительных токов в тяговой сети.

Всё усугубляется тем, что на тяговых подстанциях с 3-х фазными трансформаторами ТДТНЖ по схеме (звезда/треугольник), падение напряжения в трансформаторе зависит от тока нагрузки смежного плеча питания.

На некоторых дистанциях электроснабжения имеется несовпадение по величине напряжений холостого хода смежных подстанций за счёт выбора неверного положения РПН.

Определение уравнительного тока долгое время считалось проблемным, поэтому использовались такие методы как проведение векторного анализа токов фидера на ТП, сравнение токов смежных путей на двухпутных участках с использованием схем параллельного питания подвесок, а также с помощью гармонического анализа тока фидера.

Также уравнительный ток и сопутствующие ему дестабилизирующие факторы обладают следующими свойствами. Чем больше величина разности напряжений между смежными подстанциями, тем больше значение уравнительного тока. При равенстве уровней напряжения по модулю уравнительный ток является активным. Будучи наложенным на ток нагрузки, он увеличивает коэффициент мощности одной из подстанций и снижает другой.

Главным негативным фактором следует назвать дополнительные потери электроэнергии в тяговой сети, в некоторых случаях достигающие 400-700 тыс. кВтч за год. Также наличие уравнительного тока в тяговой сети может привести к перегрузке устройств тягового электроснабжения, перегреву контактной сети, нарушению в работе релейной защиты. Поэтому необходимы организационно-технические мероприятия по измерению, а в дальнейшем по устранению или снижению уравнительного тока в тяговой сети [1].

2.1 Методы и приборная база для измерения уравнительного тока

2.1.1 Способ измерения транзитной составляющей уравнительного тока, основанный на контроле соотношения токов фидеров контактной сети

Способ может применяться лишь на двухпутных участках при разделенном питании путей. На рисунке представленна схема электроснабжения межподстанционной зоны тяговой сети двухпутного участка, для расчета данным способом.

Рисунок 10 – Схема электроснабжения межподстанционной зоны: 1,2 – понижающие трансформаторы; 3,4 – сборные шины; 5-8 – фидера контактной сети 9 – нечётного пути, 10 – четного пути, 11 – рельсовая цепь; 12 – тяговая нагрузка

При отсутствии тяговой нагрузки токи нечётного и чётного путей являются уравнительными и распределяются обратно пропорционально сопротивлению участков тяговой сети этих путей.

(2.1)

где – – сопротивления фидерных линий, Ом; , – сопротивления контактной сети нечётного и чётного путей соответственно, Ом.

(2.2)

Если в межподстанционной зоне появляется нагрузка соотношение (2.1) нарушается. К примеру, при расположении нагрузки у смежной подстанции принимает вид

(2.3)

По мере движения нагрузки к подстанции, на которой фиксируют токи, отношение (2.3) будет существенно отличаться от выражения (2.2).

Контроль наличия нагрузки на межподстанционной зоне может быть получено с помощью измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) «Омск‑М » . Он устанавливается на тяговой подстанции, на вход через измерительные трансформаторы подаются токи фидеров тяговой сети и напряжения плеч питания. Затем с помощью программы статистической обработки данных «VIZART » в общей системе координат строятся графики действующих значений измеренных токов фидеров контактной сети и их отношений. По соответствию отношений токов фидеров выражению (2.1) определяются интервалы времени отсутствия тяговой нагрузки и наличия в тяговой сети уравнительного тока. Строится зависимость уравнительного тока от времени периодов отсутствия тяговой нагрузки и вычисляется среднеквадратичное значение уравнительного тока.

2.1.2 Способ измерения транзитной составляющей уравнительного тока, основанный на контроле гармонического состава тока плеча подстанции

Данный способ строится на определении отсутствия нагрузки в тяговой сети по относительному содержанию третьей гармоники в токе фидера 27,5 кВ подстанции. Так как уравнительные токи при отсутствии тяговой нагрузки на межподстанционной зоне (МПЗ) возникают в результате неравенства напряжений на шинах смежных тяговых подстанций, а для высших гармоник напряжения индуктивное сопротивление тяговой сети пропорционально порядку гармоники, то в первом приближении уравнительный ток можно считать синусоидальным. По результатам приведенным в литературе, коэффициент третьей гармоники уравнительного тока при отсутствии тяговой нагрузки в МПЗ не превышает 3,8 %, а для обычных условий наиболее характерным являются осциллограммы тока, коэффициент искажения для которых близок к единице.

Условия параллельной работа силовых трансформаторов

12.04.2019

Параллельная работа силовых трансформаторов представляет собой одновременное подключение двух трансформаторов на одноименные выводы обмоток, как со стороны первичного, так и вторичного напряжения. Соединение между собой только низковольтных или высоковольтных обмоток трансформаторов называют совместной работой. Силовые трансформаторы, которые планируют включать на параллельную работу, должны отвечать следующим требованиям:

  1. Соотношение номинальной мощности составляет не более 1:3. Это условие обусловлено тем, что электрическая нагрузка на менее мощный силовой трансформатор будет превышать его максимальное значение мощности.
  2. Величина коэффициента трансформации различается не более, чем на ± 0,5%. На силовых трансформаторах, где есть возможность регулировки коэффициента трансформации с помощью ПБВ и РПН, в обязательном порядке учитывают их положения. При необходимости корректировки коэффициента трансформации устройства РПН и ПБВ устанавливают в требуемые положения.
  3. Равенство групп соединения обмоток. ГОСТ определяет 12 основных групп соединения обмоток силового трансформатора. Каждая группа характеризуется своей схемой соединения обмоток и углом сдвига фаз. При подключении различных групп соединения обмоток на параллельную работу в сети образуется уравнительный ток, вследствие чего электрооборудование выходит из строя.
  4. Напряжения короткого замыкания каждого трансформатора различаются не более чем на десять процентов. При наличии большой разности напряжений короткого замыкания в паспортных данных, нагрузка между электрооборудованием будет распределяться неравномерно. На трансформатор с меньшим значением напряжения короткого замыкания будет распределено значительно больше электрической нагрузки, что негативно сказывается на его эксплуатации.
  5. Соблюдение фазировки силовых трансформаторов. При разноименном подключении фаз, в месте контакта образуется междуфазное короткое замыкание. Чтобы исключить возникновение подобных аварийных ситуаций, перед включением силовых трансформаторов на параллельную работу производят их фазировку при помощи специальных устройств.

Включение трансформаторов на параллельную работу — Студопедия

1. Цель работы

Изучение возможности установки трансформаторов на параллельную работу

2. Программа работы

1. Изучить условия установки трансформаторов на параллельную работу

2. Определить экономически целесообразное число параллельно включенных трансформаторов

3. Краткий теоретический курс

Параллельная работа трансформато­ров, т.е. включение их на одни сбор­ные шины ВН и НН, а также СН, воз­можна: а) при равенстве их первичных и их вторичных напряжений; б) при равенстве напряжений короткого замы­кания; в) тождественности групп со­единения обмоток. На этих же условиях возможна параллельная работа и авто­трансформаторов, а также трансформа­торов с автотрансформаторами.

У трансформаторов, имеющих раз­ные номинальные напряжения или раз­ные коэффициенты трансформации, на­пряжения на зажимах вторичных обмо­ток неодинаковы. При включении та­ких трансформаторов на параллельную работу в замкнутых контурах первич­ных и вторичных обмоток возникнут уравнительные токи, обусловленные разностью вторичных напряжений.

Уравнительный ток равен:

где ΔU = U1-U2 – разность вторичных напряжений трансформаторов;ZK1 и ZK2 сопротивление первого и второго трансформаторов, определяемые по формуле:

, где uK% напряжение КЗ трансформатора.

При работе под нагрузкой урав­нительный ток наложится на ток на­грузки. Уравнительный ток, загружая обмотки трансформаторов, увеличива­ет потери энергии в них и снижает сум­марную мощность подстанции. Поэто­му разность вторичных напряжений при включении трансформаторов на па­раллельную работу должна быть мини­мальной. Отклонения по коэффициен­ту трансформации допускаются в пре­делах ± 0,5 % номинального значения.

Напряжение короткого замыкания икявляется постоянной для каждого трансформатора величиной, зависящей исключительно от его конструкции. При работе трансформатора под нагруз­кой необходимо равенство их ик. Это объясняется тем, что нагрузка между трансформаторами распределяется пря­мо пропорционально их мощностям и обратно пропорционально напряжениям короткого замыкания. В общем слу­чае неравенство икприводит к недо­грузке одного трансформатора и пере­грузке другого. Если два трансформа­тора номинальной мощности S1и S2 имеют различные напряжения коротко­го замыкания uк1 и u

к2 соответствен­но, то распределение общей нагрузки S между ними определяется по формуле

где S’ и S» — реальные нагрузки перво­го и второго трансформаторов; и`кнекоторое эквивалентное напряжение короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов.

Наилучшее использование установ­ленной мощности трансформаторов возможно только при равенстве напря­жений короткого замыкания. Однако в эксплуатации допускается включение на параллельную работу трансформа­торов с отклонениями икна основном ответвлении не более чем на ± 10 %. Такое допущение связано с техноло­гией изготовления трансформаторов, т.е. с отступлениями в размерах обмо­ток, влияющих на ик.


Не рекомендуется включение на па­раллельную работу трансформаторов с отношением номинальных мощностей более 1:3. Это вызвано тем, что даже при небольших перегрузках трансфор­маторы меньшей мощности будут боль­ше загружаться в процентном отноше­нии и особенно в том случае, если они имеют меньшие

ик. Поэтому при отно­шении мощностей трансформаторов бо­лее 1:3 целесообразно при возрастании нагрузок совсем отключить трансформатор меньшей мощности, чтобы не подвергать его недопустимой перегрузке.

Рис. 3.1. Разность напряжений ΔU при сдвиге векторов вторичных напряжений U1 и U2по фазе на угол δ

Параллельная работа трансформато­ров, принадлежащих к разным группам соединений обмоток, невозможна по той причине, что между вторичными об­мотками одноименных фаз соединяе­мых трансформаторов появляется раз­ность напряжений, обусловленная уг­лом сдвига 6 между векторами вторич­ных напряжений (рис. 3.1). Уравни­тельный ток при сдвиге векторов на угол 5 определяется по формуле

,

где uк1 и ик2напряжения коротко­го замыкания первого и второго транс­форматоров; I1 и I2

— номинальные токи первого и второго трансформа­торов соответственно.

Параллельная работа трансформаторов

На трансформаторных подстанциях обычно устанавливается несколько параллельно работающих трансформаторов. Это обусловлено следующими причинами:

— условиями обеспечения надежности электроснабжения путем резервирования;

— необходимостью расширения подстанции;

— уменьшением потерь при малых нагрузках путем отключения части параллельно работающих трансформаторов.

Параллельное включение трехфазных трансформаторов осуществляется по схеме, приведенной на рис. 2.29.

При параллельной работе трансформаторов возникает проблема обеспечения равномерного распределения нагрузки между ними. Равномерность распределения нагрузки обеспечивается в том случае, если трансформаторы имеют

— одинаковые группы соединения обмоток;

— равные коэффициенты трансформации;

— равные напряжения короткого замыкания.

Если первые два условия соблюдены, то вторичные ЭДС параллельно включенных трансформаторов будут равны по величине и по фазе и поэтому будут уравновешивать друг друга. В противном случае уже на холостом ходу возникает уравнительный ток . Этот ток, складываясь с током нагрузки, вызывает неравномерное распределение нагрузки, а также дополнительные потери и нагрев трансформаторов. При большой разнице ЭДС ток может быть опасным для трансформаторов. Соблюдение третьего условия обеспечивает равномерное распределение токов между трансформаторами при нагрузке.

Анализ особенностей параллельной работы двух трансформаторов можно выполнить с помощью упрощенной схемы замещения (рис. 2.30). Трансформаторы в этой схеме представлены внутренними сопротивлениями и . В цепь второго трансформатора включен источник ЭДС , учитывающий несоблюдение первых двух условий параллельной работы трансформаторов,

.

Если , то ток нагрузки распределяется между трансформаторами обратно пропорционально их внутренним сопротивлениям:

; .

Если , то в замкнутом контуре, образованном сопротивлениями и , потечет уравнительный ток

,

вызывая неравномерное распределение тока нагрузки между трансформаторами:

;

.

Ввиду малого внутреннего сопротивления трансформатора уровень тока может быть весьма значительным. Например, при включении на параллельную работу трансформаторов с группами соединений обмоток Y/Y-0 и Y/D-11 вторичные ЭДС будут сдвинуты по отношению друг к другу на 30° (рис. 2.31). Принимая модули приведенных значений ЭДС и одинаковыми и равными 1 о.е., найдем из рис. 2.31 модуль ЭДС

При модуль уравнительного тока , вызванного этой ЭДС, превысит пятикратное значение

,

что недопустимо. Поэтому на параллельную работу включаются трансформаторы только с одинаковыми группами соединений обмоток.

Если трансформаторы имеют разные коэффициенты трансформации, то величина ЭДС может быть приближенно вычислена по выражению

.

Примем для определенности , тогда ЭДС будет находиться в противофазе с напряжением . При модуль уравнительного тока, вызванного этой ЭДС, составит

,

а его фаза будет определяться аргументами комплексных сопротивлений и . Появление уравнительного тока приведет к уменьшению нагрузки первого трансформатора и ее увеличению у второго (рис. 2.32). Для того, чтобы не вызвать серьезного нарушения параллельной работы трансформаторов, различие в коэффициентах трансформации не должно превышать 0,5%. При равенстве коэффициентов трансформации , и ток нагрузки будет распределяться обратно пропорционально сопротивлениям :

.

В общем случае эти токи не совпадают по фазе. Однако фазовый сдвиг незначителен и его можно не учитывать, тогда

. (2.26)

Выразим сопротивления короткого замыкания через их значения в относительных единицах:

;

.

Подставим эти выражения в формулу (2.26):

.

Так как напряжения параллельно работающих трансформаторов одинаковы, отношения токов можно заменить отношением мощностей:

.

Если , то трансформаторы будут нагружаться пропорционально их номинальным мощностям. Очевидно, что при этом условия параллельной работы являются наилучшими. Если же не равны, то сильнее будет нагружаться тот трансформатор, у которого меньше. Допускается включать на параллельную работу трансформаторы, у которых отличается от среднеарифметического не более чем на ±10%.


Параллельная работа трансформаторов

Довольно часто в энергетических системах возникают ситуации, когда вместо одного трансформаторного устройства требуется параллельная работа трансформаторов, в количестве от двух и выше. Их суммарная мощность способна обеспечить бесперебойное электроснабжение при поломке или аварии одного из агрегатов или в случае отключения его для ремонтных работ. Подобная система работы является наиболее оптимальной для трансформаторных подстанций, у которых график нагрузок подразумевает существенное изменение мощности в разное время суток.

Когда используется параллельное включение

Самое простое объяснение необходимости параллельного включения трансформаторов связано с регулярно изменяющейся мощностью. При ее уменьшении один или несколько агрегатов можно отключить. В результате, нагрузка на остальные трансформаторы, которые продолжают работать, будет максимально приближена к номинальной. Их эксплуатационные показатели – КПД и cosφ остаются на достаточно высоком уровне.

На техническом языке параллельная работа двух и более трансформаторов представляет собой параллельное соединение как минимум двух основных обмоток одного устройства с таким же количеством обмоток других устройств.

Для того чтобы нагрузки между каждым работающим трансформатором были распределены правильно, в соответствии с номинальной мощностью каждого из них, параллельное подключение трансформаторов с двумя обмотками рекомендуется в следующих случаях:

  • Номинальные первичные и вторичные напряжения должны быть равными. Различие коэффициентов трансформации допускается не более чем на 0,5%.
  • Группы соединенных обмоток тождественны между собой.
  • Напряжения коротких замыканий примерно одинаковы, с допустимым отклонением не более чем на 10% среднего значения.
  • Не рекомендуется включать параллельно трансформаторы, номинальные мощности которых имеют соотношение, превышающее 1:3.

Если не соблюдается первое и второе условия, в этом случае в трансформаторных обмотках могут возникнуть уравнительные токи, в отдельных случаях даже превышающие значения токов коротких замыканий. Чаще всего это случается при несовпадении групп. При невыполнении третьего условия, общая нагрузка между трансформаторами будет распределяться непропорционально их номинальным мощностям.

Влияние отрицательных факторов

Группы обмоточных соединений определяются сдвигом фаз, характерным для каждого вектора фазного и линейного напряжения в первичных и вторичных обмотках. Все расчеты выполняются исходя из векторной диаграммы напряжений, затрагивающей первичную сторону. Маркировка группы соединений обмоток наносится на щиток трансформатора и не требует какой-либо проверки. Существуют отдельные, нестандартные группы соединений, когда однофазные трансформаторы соединяются в трехфазную группу.

При параллельном включении трансформаторов с различными группами соединений возникает расхождение векторов напряжений примерно на 30 градусов. Это приводит к возникновению уравнительных токов, в несколько раз превышающих номинальные токи трансформаторов.

Трансформаторы имеющие четные группы соединений, не должны параллельно подключаться к агрегатам с нечетными группами. Кроме того, группы 4, 8 и 12 не включаются с группами 2, 6 и 10. Следует учитывать, что различные коэффициенты трансформации у агрегатов, работающих параллельно, могут также вызвать появление уравнительных токов. При таком включении, на вторичной стороне будет заметна разность напряжений.

Сами уравнительные токи по своей сути являются индуктивными. Несмотря на то что иногда они превышают номинальные токи трансформаторов, допускается включение на очень короткое время, в момент переключения с одного устройства на другое.

Когда напряжения коротких замыканий не равны между собой, нагрузка между трансформаторами, включенными параллельно, также будет распределяться непропорционально с их номинальными мощностями. Точно такое же неравенство возникает при разных коэффициентах трансформации агрегатов, подключенных таким же образом. При необходимости коэффициент трансформации может быть изменен, если этого требуют эксплуатационные условия. Для практического осуществления таких изменений, в трансформаторных обмотках предусмотрены специальные ответвления.

Для переключений между этими ответвлениями используется два типа переключателей. Один из них – ПБВ, который может работать без возбуждения при отключенном напряжении. Другое переключающее устройство – РПН, осуществляющий коммутацию под нагрузкой. Переключения между агрегатами с различной мощностью следует выполнять таким образом, чтобы вторичное напряжение у недогруженных трансформаторов на холостом ходу было выше по сравнению с трансформаторами, работающими с перегрузкой.

Понимание номиналов устройств защиты от перенапряжения

Выбор подходящего устройства защиты от перенапряжения (SPD) может показаться непростой задачей, особенно учитывая все разнообразие типов, представленных сегодня на рынке. Рейтинг перенапряжения или рейтинг кА УЗИП является одним из самых неправильно понимаемых рейтингов. Клиенты обычно просят SPD для защиты своей панели на 200 А. Существует также тенденция думать, что чем крупнее панель, тем больше должна быть номинальная мощность устройства в кА для защиты. Как вы увидите в этой статье, это распространенное заблуждение.

Когда всплеск входит в панель, ему все равно или знать размер панели. Так как же узнать, следует ли вам использовать УЗИП на 50 кА, 100 кА или 200 кА? Как указано в стандарте IEEE C62.41, электропроводка здания добавляет импеданс, который ограничивает импульсный ток. В стандарте также указано, что устройства на 10 кА адекватно ограничивают импульсные токи на служебном входе в течение нескольких лет. Таким образом, разумно предположить, что максимальный перенапряжение, которое может попасть в систему электропроводки здания, составляет 10 кА; однако прямой удар молнии вызовет гораздо больший выброс.Чрезвычайно высокое напряжение, связанное с прямым ударом молнии, скорее всего, перекроет искру, тем самым «самоограничив» выброс. Так зачем вам вообще нужен УЗИП на 200 кА? Проще говоря — для долголетия.

Вы можете подумать: если 200 кА — это хорошо, то 600 кА должно быть в три раза лучше, верно? Не обязательно. В какой-то момент рейтинг снижает свою отдачу, добавляя только дополнительные затраты и не принося существенной пользы.

Поскольку большинство УЗИП на рынке используют металлооксидный варистор (MOV) в качестве основного ограничительного устройства, мы можем исследовать, как и почему достигаются более высокие значения кА.Если MOV рассчитан на 10 кА и видит скачок 10 кА, он будет использовать 100% своей мощности. Это можно рассматривать как бензобак, где всплеск немного ухудшит MOV (он больше не заполнен на 100%).

Если УЗИП имеет два варистора на 10 кА, включенных параллельно, он будет рассчитан на 20 кА. Теоретически MOV будут равномерно распределять выброс 10 кА, поэтому каждый будет потреблять 5 кА. В этом случае каждый MOV использовал только 50% своей емкости, что значительно меньше ухудшает работу MOV, оставляя больше в баке для будущих всплесков.

Означает ли это, что всплеск «останавливающей силы»? Нет. Тот факт, что УЗИП имеет два или 20 параллельных MOV, не означает, что оно будет ограничивать выброс 10 кА лучше, чем один УЗИП того же номинала. Основная цель параллельного подключения MOV — увеличить срок службы УЗИП. Опять же, имейте в виду, что это субъективно — в какой-то момент вы только увеличиваете расходы, добавляя больше MOV и получая небольшую выгоду.

Как упоминалось ранее, размер панели не играет роли при выборе номинала кА.Гораздо важнее расположение панели в помещении. IEEE C62.41.2 определяет категории ожидаемых перенапряжений в пределах объекта следующим образом (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок ):

  • Категория C: служебный вход, более суровые условия: 10 кВ, перенапряжение 10 кА.
  • Категория B: Вниз по течению, больше или равно 30 футов от категории C, менее суровые условия: 6 кВ, перенапряжение 3 кА.
  • Категория A: Дальше вниз по течению, больше или равно 60 футов от категории C, наименее суровые условия: 6 кВ, 0.бросок 5кА.

Устройства категории C можно использовать в помещениях категории B или A; однако устройство категории C было бы избыточным для местоположения категории B. Некоторые инженеры могут принять решение о том, что устройства категории C должны иметь консервативный дизайн, но это также только увеличит стоимость, а пользы практически не принесет.

Хотя третье издание UL 1449 не использует точную терминологию категорий, как IEEE C62.41.2, оно определяет три основных типа. Тип 1 может быть установлен на стороне линии устройства максимального тока ввода в эксплуатацию (дополнительное устройство максимального тока не требуется), что аналогично категории C.Тип 2 аналогичен категории B и может быть установлен только на стороне нагрузки устройства максимального тока служебного входа. Тип 3 и категория A — это устройства для точек использования, такие как удлинитель импульсного питания, который подключается к настенной розетке. Хотя типы UL и категории IEEE похожи, они не взаимозаменяемы на 100 %. Устройства UL Type 1 часто используются в местах Type 2. Преимущество этого заключается в том, что нет необходимости в дополнительном устройстве защиты от перегрузки по току.

Как узнать, какой номинал кА использовать? Категории IEEE обеспечивают хорошую основу для выбора номиналов кА.Для каждой категории существует множество «правильных» размеров, но должен быть баланс между избыточностью и дополнительными затратами. При выборе соответствующего номинала кА для УЗИП всегда следует использовать квалифицированное суждение.

Комм является руководителем отдела технического обслуживания компании Mersen в Ньюберипорте, штат Массачусетс. С ним можно связаться по адресу [email protected]

Что такое сетевой фильтр? — Значение, применение

Определение:  Устройство защиты от перенапряжения представляет собой резистор, который вставляется между схемой выпрямителя и схемой фильтра для предотвращения скачков тока в цепи. В общих приложениях его можно не использовать, но в случае источника питания полезно использовать устройство защиты от перенапряжений или резистор .

Возможно, вы думаете, почему мы ввели здесь новый термин, например, Импульсный ток. Поскольку мы не использовали этот термин в наших предыдущих статьях.

Таким образом, импульсный ток — это пиковый ток, протекающий во время начального процесса зарядки.

Рассмотрим ситуацию, когда питание отключено в течение длительного времени.В этом состоянии конденсатор не заряжен. Когда источник питания переключается из состояния ВЫКЛ в состояние ВКЛ, конденсатор действует как короткое замыкание. Таким образом, начальный зарядный ток может быть высоким. Этот внезапный высокий ток называется Surge Current.

 Значение устройства защиты от перенапряжения

Начальный высокий зарядный ток может привести к разрушению цепи из-за перегрева элементов цепи. Ток большой, потому что на пути тока нет сопротивления. Единственным сопротивлением импульсному току является объемное сопротивление диода и сопротивление обмоток трансформатора.

Таким образом, если мы хотим защитить схему от повреждения, мы должны использовать диоды с высоким номинальным током и способные выдерживать высокие пиковые напряжения. Другой альтернативой для защиты цепи от импульсных токов является использование конденсатора малой емкости.

Если емкость конденсатора ниже 1000 мкФ, то влияние импульсного тока незначительно. С другой стороны, если емкость конденсатора больше 1000 мкФ, то влияние импульсного тока становится весьма доминирующим.

Причиной вышеуказанного факта является использование конденсатора малой емкости. Процесс зарядки будет завершен за очень короткое время. Таким образом, если продолжительность зарядки мала, импульсный ток будет течь в течение небольшого периода времени. А если мы будем использовать конденсатор большой емкости, то продолжительность зарядки будет больше. Следовательно, импульсный ток будет течь в течение более длительного времени.

До сих пор мы обсуждали способы минимизации импульсного тока или минимизации его влияния.Способы, которые мы обсуждали, заключаются либо в использовании диодов с высоким номинальным током, либо в использовании небольшого конденсатора, то есть конденсатора небольшой емкости. Но что, если мы работаем над приложением, которое требует большого конденсатора, например, в источниках питания. И что, если у нас нет адекватного высококлассного диода, тогда в таких случаях нам нужен сетевой фильтр.

Устройство защиты от перенапряжения в цепи

Устройство защиты от перенапряжения подключается между цепью выпрямителя и цепью конденсаторного фильтра, так что во время первоначальной зарядки, когда через компоненты цепи протекает большой ток, оно минимизирует свое влияние.Он обеспечивает импеданс при протекании чрезмерного тока.

Его работу можно понять по приведенной ниже принципиальной схеме. В данном случае используется понижающий трансформатор с мостовой выпрямительной схемой. Понижающий трансформатор снижает величину питающего напряжения для его обработки. Затем схема выпрямителя преобразуется в пульсирующий постоянный ток.

В выходной секции схема фильтра используется для регулирования выходного напряжения постоянного тока. Кроме того, между фильтром и схемой мостового выпрямителя используется импульсный резистор.Это снизит значение импульсного тока, протекающего в цепи.

Применение импульсного резистора

В основном используется в блоках питания, в которых нам нужны большие конденсаторы большой емкости. Это уменьшает значение импульсного тока, протекающего в цепи, до минимального и безопасного значения. Он не используется часто, но в особых случаях, когда требуются конденсаторы большой емкости, защита от перенапряжения играет жизненно важную роль.

Сравнительная таблица перенапряжения

Телефон 800- 648- 6802 или 703- 368- 8376

Максимальный импульсный ток — Это максимальный ток импульса, с которым устройство защиты от перенапряжения может справиться, прежде чем произойдет катастрофический отказ.Чем выше число, тем лучше. Большинство перенапряжений составляют менее 125 000 ампер. Однако устройство защиты от перенапряжений с емкостью 160 000 ампер перенапряжения прослужит дольше устройства с емкостью всего от 80 000 до 150 000 ампер из-за эрозии MOV с течением времени.

I Номинальный или номинальный — . Когда устройства проверяются на соответствие требованиям UL, они подвергаются серии из 15 бросков напряжения 6 000 В при токах 3 000, 5 000 А, 10 000 А и 20 000 А. Затем устройствам присваивается рейтинг, основанный на наибольшем количестве ампер, которое устройство могло выдержать.20Ka — максимально возможная оценка. Более высокий рейтинг In обеспечивает максимальную защиту от перенапряжения и срок службы

Гарантия Down- Line — Гарантия Downline обычно распространяется на недорогие устройства и рекламирует диковинное гарантийное покрытие в диапазоне от 10 000 до 25 000 долларов. Прочтите мелкий шрифт на любой из этих гарантий, и вы обнаружите, что они распространяются только на «электромеханические устройства ». В основном это реле и двигатели, которые обычно не повреждаются скачками напряжения.Эти гарантии требуют отказа устройства и должны быть возвращены производителю для оценки. Обычно это устройства типа 2, установленные на выключателе, который обычно отключается до того, как какое-либо устройство выйдет из строя. Гарантии, которые почти никогда не выплачиваются, могут вызвать разочарование и разочарование, которые потенциально могут привести к потере клиентов. Мы рекомендуем вам тщательно изучить любую гарантию на защиту от перенапряжения, прежде чем предлагать ее своим клиентам.

Устройства

типа 1 и 2 — УЗИП для панельного монтажа относятся к типу 1 или  2 .Тип 1 получает самые строгие требования UL. тестирование. Тип 1 должен выдержать номинальное испытание 20Ka I, а также многие другие испытания на безопасность. Устройства типа 1 не требуют установки на выключатель и могут быть установлены до или после главного разъединителя или непосредственно на корпусе счетчика на служебном вводе. Устройства типа 2 должны быть установлены на выключателе и должны пройти только номинальное испытание I при 3Ka, чтобы попасть в список типа 2. Для максимальной защиты и долговечности всегда рекомендуются устройства типа 1

Тип корпуса, Nema1, Nema 3R, Nema4X — NEMA 1 указан для использования только внутри помещений, NEMA 3R указан для использования внутри или снаружи помещений и устойчив к атмосферным воздействиям, NEMA4X указан для использования внутри/снаружи и устойчив к коррозии.Устройство NEMA 4X подходит для всех типов установки.

Гарантия на устройство — Гарантийный срок на устройство перенапряжения составляет от 5 лет до пожизненного срока. К сожалению, устройства перенапряжения со временем разрушаются и должны быть заменены, чтобы обеспечить надлежащую защиту. Качественное устройство имеет средний срок службы десять лет. Предоставление гарантии, превышающей срок службы устройства, является безответственным и создает у потребителя ложное чувство защиты после того, как срок службы устройства истек.

1000 долларов США 25 000 долларов США

Покрытие

Гарантия распространяется на повреждение электромеханических устройств с приводом от двигателя только в результате скачков напряжения в сети переменного тока. Исключая всю электронику и твердотельные устройства. Сетевой фильтр должен быть снят, отправлен обратно производителю и признан дефектным, чтобы претензия была обработана. Исключает удары молнии, неправильную установку и косвенный ущерб. Большинство претензий, если они оплачены, предлагают пропорциональную денежную стоимость поврежденного предмета

.

12 месяцев 1000 долларов.00 Покрытие*

Гарантия распространяется на ВСЕ повреждения от перенапряжения, независимо от точки входа, включая электрические, телефонные и кабельные линии. Гарантия распространяется на ВСЮ электронику, системы отопления, вентиляции и кондиционирования, бытовую технику, устройства для открывания гаражных ворот, телефоны, спутники, скважинные насосы, ограждения для домашних животных и т. д. Клиент обращается за обслуживанием в местную ремонтную компанию. Гарантия оплачивает фактическую стоимость замены/ремонта до максимального покрытия. Сетевой фильтр не нужно возвращать по гарантии.

предложить пропорциональную денежную стоимость поврежденного предмета

От 5 лет до пожизненного срока  

От 5 лет до пожизненного срока  

Вместимость 160 000 90 003

Сравнительная таблица устройств защиты от перенапряжения

T1B160- 4X- NF

В чем разница между скачком напряжения и скачком напряжения?

Провалы и скачки напряжения относятся к кратковременным колебаниям напряжения в сети.Падение – это падение ниже номинального напряжения, а всплеск – это, наоборот, повышение напряжения выше рекомендуемого уровня. Как просадки, так и всплески обычно длятся несколько циклов.

 

Провалы напряжения

Провал – это кратковременное падение напряжения на 10 % и более ниже номинального уровня сетевого питания. Его не следует путать с понижением напряжения, которое представляет собой долгосрочное снижение напряжения, которое длится несколько минут или даже несколько часов.

Когда напряжение падает ниже ожидаемого входного окна, это может привести к сбою или перезагрузке оборудования для обработки данных и голоса.

Провалы

также приводят к тому, что блоки питания (PSU) потребляют больше тока, что может создать дополнительную нагрузку на компоненты и вызвать накопление тепла.

Падение напряжения может быть вызвано несколькими факторами, в том числе переключением тяжелых нагрузок, таких как кондиционеры, двигатели, промышленное оборудование и другими высокими пусковыми нагрузками.

 

 

Скачки напряжения

Скачки также могут называться скачками напряжения. Они возникают, когда напряжение увеличивается на 10 % и более по сравнению с номинальной сетью.

Скачки напряжения имеют те же причины, что и провалы. Они также могут возникать при отключении большой нагрузки, в результате чего напряжение в линии электропередачи повышается на короткий период времени.

Когда перенапряжение достигает диапазона входного напряжения блока питания, срабатывают встроенные механизмы защиты, что часто приводит к сбою системы.

Кроме того, высокие перенапряжения приводят к повышенному износу компонентов и общему износу с течением времени.

 

 

Узнайте больше о наиболее распространенных проблемах с питанием из этого удобного руководства «Основы ИБП»: 

 

Дальнейшее чтение:

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.