str. 1

Temat: Praca równoległa transformatorów trójfazowych
Pracą równoległą transformatorów nazywamy taką pracę, przy której strony pierwotne dwu
lub kilku transformatorów są zasilane ze wspólnych szyn, a strony wtórne tych
transformatorów zasilają odbiory również przez wspólne szyny (rys.4.55, 4.56).
Praca równoległa transformatorów jest uzasadniona tym, że moc znamionowa każdego
transformatora jest mniejsza niż moc znamionowa stacji transformatorowej, a tym samym
mniejsza jest moc i koszt transformatora rezerwowego. Ponadto przy pracy równoległej
możliwa jest bardziej elastyczna eksploatacja stacji, gdyż moc pracujących transformatorów
można dopasować do obciążenia.
Praca równoległa transformatorów jest poprawna, jeżeli spełnione są następujące warunki:
1) w obwodach wtórnych transformatorów w stanie jałowym nie płyną żadne prądy,
2) transformatory obciążają się proporcjonalnie do ich mocy znamionowych
3) odpowiednie prądy poszczególnych transformatorów są ze sobą w fazie
Warunek pierwszy będzie spełniony wówczas, gdy przede wszystkim transformatory będą
prawidłowo podłączone, czyli odpowiednie fazy będą przyłączone do tych samych szyn.
str. 1 W przypadku, gdy transformatory byłyby podłączone wadliwie (rys.4.57), w obwodzie
utworzonym przez uzwojenia wtórne transformatorów popłynąłby duży prąd zwarciowy.
Do spełnienia pierwszego warunku konieczne jest ponadto, aby przekładnie transformatorów
były jednakowe (norm dopuszcza odchylenie o +0,5%), gdyż nawet przy bardzo małych
różnicach przekładni płynie stosunkowo duży prąd wyrównawczy. Prąd ten powoduje
dodatkowe straty, a jednocześnie utrudnia prawidłowy rozkład obciążenia, gdyż prąd
wyrównawczy dodaje się do prądu obciążenia jednego transformatora, a odejmuje od prądu
obciążenia drugiego transformatora. Przy równoległym połączeniu transformatorów w stanie
jałowym, prąd wyrównawczy jest określony zależnością:
gdzie:
- napięcie w stanie jałowym po stronie wtórnej transformatora I (postać
zespolona),
zespolona),
- napięcie w stanie jałowym po stronie wtórnej transformatora II (postać
,
- impedancja zwarciowa transformatorów I i II (postać zespolona)
Prądy wyrównawcze wyrażone w procentach prądu znamionowego można obliczyć
bezpośrednio ze wzorów:
∆
100
%
%
∆
100
%
%
%
1
α
100
%
%
1
α
100
%
gdzie: % , % - procentowe napięcie zwarcia transformatora I i II, α=SI/SII – stosunek
mocy znamionowych transformatorów, ∆ % - procentowa odchyłka napięć wtórnych
transformatorów pracujących równolegle
Δ
%
100
Przy pracy równoległej transformatorów trójfazowych musi być ponadto spełniony warunek
przynależności transformatorów do tych samych grup połączeń (o takim samym przesunięciu
godzinowym)
str. 2 Drugi warunek dotyczy równomiernego rozkładu obciążenia, proporcjonalnego do mocy
znamionowych współpracujących transformatorów. Oznacza to, że jeżeli oba transformatory
mają jednakową moc, to obciążenia powinny rozłożyć się po połowie na każdy transformator.
Gdyby obciążenie nie rozkładało się proporcjonalnie do mocy transformatora, mniejszy
mógłby pracować jako obciążony albo większy jako niedociążony przy znamionowym
obciążeniu drugiego transformatora. Wiadomo, że od napięcia zwarcia transformatora zależy
wartość impedancji zwarcia, czyli:
Ponieważ przy pracy równoległej transformatorów napięcia pierwotne i wtórne obu
transformatorów są jednakowe, musi być spełniona równość:
·
·
Jeśli w powyższym równaniu uwzględnimy zależność na wartość impedancji, to otrzymamy:
·
·
Obie strony ostatniego równania podzielimy przez UN i pomnożymy przez 100:
· 100 ·
· 100
· 100 ·
· 100
czyli
%
·
%
·
%
%
gdzie
%
· 100
jest to stosunek obciążenia prądu znamionowego transformatora, określający obciążenie
względne transformatora.
Jeżeli procentowe napięcie zwarcia transformatorów pracujących równolegle nie są
jednakowe, bardziej będzie się obciążał transformator o mniejszym procentowym napięciu
zwarcia. Gdy transformator I o mniejszym napięciu zwarcia osiągnie swoją moc
znamionową, wówczas transformator II o większym napięciu zwarcia będzie obciążony
mocą:
·
%
%
Należy jeszcze sprawdzić, kiedy może być spełniony trzeci warunek, tzn. kiedy prądy
poszczególnych transformatorów będą ze sobą w fazie (wówczas prąd w linii jest sumą
arytmetyczną prądów poszczególnych transformatorów). W tym celu należy przeanalizować
wykres wektorowy dla transformatora I i II.
Całkowita strata napięcia jest sumą czynnej straty napięcia (na rezystancji) i biernej straty
napięcia (na reaktancji). Sumy te w obu transformatorach pracujących równolegle są
jednakowe, natomiast składniki mogą być różne. Jeżeli straty te nie są równe, to prądy nie
mogą być w fazie. Prąd całkowity będzie sumą geometryczną prądów obu transformatorów.
W przypadku gdy prądy te nie są w fazie, transformatory będą przeciążone niepotrzebnie.
str. 3 Najlepszym rozwiązaniem byłaby równość czynnych strat mocy (wtedy prądy są w fazie).
W praktyce jest to bardzo trudne do osiągnięcia, a jeszcze trudniej jest uzyskać jednocześnie
takie same napięcia zwarcia i czynne straty napięcia, zwłaszcza przy dużych różnicach mocy
znamionowej. Z tego względu wprowadza się ograniczenie co do różnicy mocy pracujących
równolegle transformatorów. Stosunek mocy transformatorów nie powinien być większy
niż 1:3, a najlepiej, aby moce transformatorów pracujących równolegle były równe.
Warunki jakie muszą spełniać transformatory dopuszczone do pracy równoległej:
1. Równość przekładni z dokładnością do 0,5% (przy jednakowych napięciach
znamionowych)
2. Przynależność transformatorów do tych samych grup połączeń o tym samym
przesunięciu godzinowym
3. Równość napięć zwarcia z dokładnością do 10%
4. Stosunek mocy znamionowych nie większy niż 1:3.
str. 4