Номинальные параметры трансформаторов

Свойства трансформатора определяются его номинальными параметрами, гарантирующими работу в условиях, указанных в нормативных документах. Для масляных силовых трансформаторов общего назначения номинальные условия места установки и охлаждающей среды регламентируются ГОСТ 11677-85:

К основным параметрам трансформатора относятся: номинальная мощность, номинальное напряжение, номинальный ток; напряжение короткого замыкания; ток холостого хода; потери мощности в режиме холостого хода и короткого замыкания.

1. Номинальная мощность трансформатора

(S_ном, кВ.А) указана в техническом паспорте завода-изготовителя и обозначается как S_ном. Представляет собой значение полной мощности, на которую трансформатор может быть непрерывно нагружен при номинальных условиях места установки и охлаждающей среды, при номинальных частоте и напряжении.

Значения номинальной мощности трансформатора в киловольт-амперах (кВА) находятся в диапазоне от одного до тысячи килоВольтАмпер (от 1 до 1000 кВА)

Трёхобмоточные трансформаторы могут быть выполнены с обмотками как одинаковой, так и разной мощности. В последнем случае за номинальную принимается наибольшая из номинальных мощностей отдельных обмоток трансформатора.

Для трёхобмоточных трансформаторов указывают процентное соотношение номинальных мощностей обмоток ВН, СН и НН. Современные трансформаторы имеют одинаковые по мощности обмотки, т.е. 100/100/100 %.

За номинальную мощность автотрансформатора принимается номинальная мощность каждой из сторон присоединения, имеющих между собой автотрансформаторную связь («проходная мощность»). Автотрансформаторы чаще имеют соотношение мощностей 100/100/50 %.

2. Номинальные напряжения обмоток трансформатора – это напряжения первичной (U_1.ном, кВ) и вторичной (U_1.ном, кВ) обмоток при холостом ходе трансформатора.

Номинальные напряжения обмоток трансформатора выбираются в зависимости от требуемого напряжения системы электроснабжения. Обычно вторичная обмотка имеет номинальное напряжение, соответствующее требуемому напряжению для подключения нагрузки, а первичная обмотка имеет номинальное напряжение, соответствующее напряжению сети, к которой будет подключен трансформатор.

а) Номинальным первичным напряжением называется указанное в паспорте междуфазное (линейное) напряжение, которое подводят к трансформатору. Это напряжение совпадает с напряжением сети.

б) Номинальным первичным напряжением – это междуфазное (линейное) напряжение на вторичной обмотке при ХХ. Номинальное напряжение устанавливается на 5% выше номинального напряжения сети.

Например: 6,3 кВ, 10,5 кВ.

Номинальные напряжения обмоток трансформатора указываются в заводском паспорте и обозначаются как U1.ном и U2.ном.

Например, для трансформатора с номинальным напряжением первичной обмотки 10 кВ и номинальным напряжением вторичной обмотки 0.4 кВ, значения будут следующими: U1.ном = 10 кВ и U2.ном = 0.4 кВ.

По номинальным напряжениям определяется коэффициент трансформации, который равен отношению первичного напряжения ко вторичному напряжению.

Например, если номинальное первичное напряжение равно 220 В, а номинальное вторичное напряжение равно 110 В, то коэффициент трансформации будет равен 2.

Коэффициент трансформации также может быть использован для определения отношения тока между первичной и вторичной обмотками трансформатора. Если коэффициент трансформации равен 2, то ток во вторичной обмотке будет в два раза больше, чем в первичной обмотке.

Выбор номинального вторичного напряжения и коэффициента трансформации зависит от требований конкретной системы электроснабжения и оборудования, которое будет подключено к трансформатору.

Для трехобмоточных трансформаторов коэффициентом трансформации является отношение напряжений обмоток:

высшего напряжения к среднему напряжению (ВН/СН),
высшего напряжения к низшему напряжению (ВН/НН),
среднего напряжения к низшему напряжению (СН/НН).

3. Номинальными токами трансформатора называются указанные в заводском паспорте значения токов в обмотках, при которых допускается длительная нормальная работа трансформатора.

Номинальные токи обычно указываются для первичной и вторичной обмоток отдельно. Например, номинальный ток первичной обмотки может быть 10 А, а номинальный ток вторичной обмотки – 20 А. Это означает, что трансформатор может работать стабильно при этих значениях тока.

Важно отметить, что номинальные токи обмоток трансформатора могут отличаться друг от друга, так как трансформаторы часто используются для изменения напряжения, а не тока. Коэффициент трансформации определяет отношение напряжений, а не токов.
При выборе трансформатора и определении его номинальных токов необходимо учитывать максимальные токи, которые будут протекать через обмотки во время работы системы. Это поможет избежать перегрузки трансформатора и повреждения оборудования.
При выборе трансформатора и определении его номинальных токов необходимо учитывать максимальные токи, которые будут протекать через обмотки во время работы системы. Это поможет избежать перегрузки трансформатора и повреждения оборудования.

4. Потери активной мощности короткого замыкания (ΔР_К, кВт). Потери XX состоят из потерь в стали на перемагничивание и вихревые токи. Для их уменьшения применяется электротехническая сталь с малым содержанием углерода и со специальными присадками, холоднокатаная сталь толщиной 0,3 мм марок 3405, 3406 и др. с жаростойким изоляционным покрытием.

5. Потери активной мощности холостого хода (ΔР₀, кВт). Потери КЗ состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочных потерь в обмотках и конструкциях трансформатора. Добавочные потери вызваны магнитными полями рассеяния, создающими вихревые токи в крайних витках обмотки и конструкциях трансформатора (стенки бака, ярмовые балки и др.). Для их снижения обмотки выполняются многожильным транспонированным проводом, а стенки бака экранируются магнитными шунтами.

6. Напряжение короткого замыкания (U_К, %) – это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному.
Напряжение короткого замыкания определяет размер потерь напряжения в трансформаторе в зависимости от его нагрузки, а также возможности включения трансформаторов на параллельную работу.
В трёхобмоточных трансформаторах и автотрансформаторах напряжение КЗ определяется для любой пары его обмоток при разомкнутой третьей обмотке.
Напряжение короткого замыкания является важным параметром при выборе и расчете трансформатора. Оно определяет необходимую изоляцию и номинальные токи обмоток, чтобы обеспечить безопасную работу трансформатора при возникновении короткого замыкания.
Напряжение короткого замыкания может быть выражено в процентах от номинального напряжения трансформатора. Например, если напряжение короткого замыкания составляет 10% от номинального напряжения, то при подведении этого напряжения к одной из обмоток трансформатора будет протекать ток, равный номинальному.
Напряжение короткого замыкания является важным параметром для расчета и выбора трансформатора, так как оно определяет необходимую изоляцию и номинальные токи обмоток. В случае короткого замыкания, высокий ток может привести к повреждению трансформатора и других элементов системы электроснабжения. Поэтому необходимо учитывать напряжение короткого замыкания при проектировании и эксплуатации системы.

7. Ток холостого хода (I₀, %) – характеризует величину активных и реактивных потерь в стали. Он зависит от магнитных свойств стали, величины магнитной индукции в сердечнике, конструкции и качества сборки магнитопровода. В трансформаторах эта величина находится в пределах 1,5 до 4% от номинального тока.
Ток холостого хода (I₀, %) в трансформаторах характеризует потери энергии, которые возникают при пропускании тока через обмотки, когда нагрузка отсутствует. Он является суммой активных и реактивных потерь в стали трансформатора.
Значение тока холостого хода зависит от магнитных свойств стали, используемой в сердечнике трансформатора, а также от величины магнитной индукции в сердечнике.
Чем ниже значение тока холостого хода, тем более эффективным считается трансформатор, так как это означает, что меньше энергии теряется на потери в стали и реактивные потери.