Параллельная работа трансформаторов: 5 условий и особенности

В каких случаях нужен параллельный режим работы трансформаторов

Включение нескольких устройств для преобразования электрической энергии преследует несколько целей:

1. Повысить мощность преобразования.
2. повышенная надежность.
3. увеличение перегрузочной способности.
4. Лучшее использование доступного пространства.
5. Снижение потерь в периоды низкой нагрузки.

Увеличение мощности потребителей требует соответствующего увеличения мощности трансформатора. Цель распараллеливания — избежать разборки и замены более слабого оборудования.

В этом случае используется дополнительная установка параллельно включенного трансформатора. В первом приближении можно считать, что допустимая мощность потребителей в этом случае удваивается.

Отдельная категория потребителей характеризуется высокими требованиями к надежности электроснабжения. В этом случае назначение резервных трансформаторов — возможность обеспечить питание в случае выхода из строя одного из преобразователей.

Параллельное соединение трансформаторов применяют и в том случае, если установка более мощной конструкции не соответствует требованиям по габаритам. Зачастую проще установить несколько небольших конструкций вместо одной более мощной.

Снижение потерь преобразования в период минимального потребления достигается отключением части трансформаторов.

Особенности и схема работы параллельного соединения

Не путайте общую и параллельную работу силовых трансформаторов. В первом случае приборы подключаются параллельно к сети, но работают на разных потребителей или на одного, но в разное время путем установки выключателя. Таким образом, нагрузка распределяется между силовыми преобразователями.

Параллельная работа преобразовательных агрегатов требует выполнения нескольких условий. При несоблюдении хотя бы одного из них по обмоткам трансформаторов начинает протекать уравнительный ток, что снижает допустимую мощность нагрузки, вызывает перегрузку преобразователя и снижает общий КПД.

Как выполнить фазировку

Фазировка в основном выполняется для вторичных цепей. В зависимости от состояния нейтрали измерения проводят двумя методами.

Заземленная нейтраль

1. Цепи первичной обмотки подключаются к сети. Нейтраль заземлена.
2. Напряжение измеряется относительно клеммы а1 первого трансформатора и клемм а2, б2, с2 второго;
3. Повторите те же действия для контактов b1 и c1.

Изолированная нейтраль

1. Первичные обмотки соединены;
2. Установите перемычку между клеммами a1 и a2;
3. Измерить напряжение v1-v2, s1-s2;
4. Переставьте перемычку на контакты B1 и B2;
5. Измерьте напряжение а1-а2, с1-с2;
6. Повторите шаги, переставив перемычку на выход c1 и c2.

При обоих методах измерения соединения подчиняются выводам, между которыми нет напряжения.

Для измерения используются следующие единицы измерения:

• Для цепей 0,4 кВ и ниже — вольтметр;
• От 0,4 до 10 кВ — индикаторы напряжения;
• Свыше 10 кВ — трансформаторы напряжения.

Счетчики должны быть рассчитаны на удвоенное линейное напряжение.

Как выполнить подключение

Соединение трансформаторов при параллельной работе допускается только при соблюдении всех вышеперечисленных условий. Допускается эксплуатация устройств с различными группами выключателей обмотки:

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

Во всех случаях выполняется перефазировка обмоток.

Включение в параллельную работу агрегатов с четных и нечетных номеров невозможно.

Все работы по установке и подключению проводятся при отсутствии высокого напряжения.

Последствия невыполнения условий

Несоблюдение вышеуказанных условий приводит к следующим последствиям:

1. Обрыв фазы вызывает протекание тока через первичную обмотку даже при отсутствии нагрузки из-за фазового сдвига между проводами. В худшем случае при сдвиге фаз на 180 градусов Ток будет равен току короткого замыкания.
2. Неравенство коэффициента трансформации. Ток будет течь от блока высокого напряжения. Также увеличится число оборотов холостого хода, которое будет тем выше, чем больше будет разница в коэффициенте трансформации. Допустимая разница в коэффициенте трансформации не более 0,5%.
3. Разница в напряжении короткого замыкания не вызывает увеличения тока холостого хода, но при подключении нагрузки трансформатор с меньшим сопротивлением обмотки будет работать с перегрузкой. Разница напряжения короткого замыкания не допускается более 10%.
4. Аналогичная ситуация возникает при использовании устройств с большой разницей в номинальной мощности. Мощность одного из устройств не должна превышать более чем в 3 раза мощность другого.

Достоинства и недостатки

Среди преимуществ рассматриваемого типа включения следует отметить следующие:

• увеличение допустимой мощности потребителей;
• возможность горячего резервного электроснабжения особо требовательных групп потребителей;
• улучшение условий охлаждения устройств;
• возможность оперативного контроля количества подключаемых устройств в условиях значительного изменения мощности потребителей.

При проектировании силовых установок необходимо учитывать, что схемы параллельного включения не лишены недостатков:

• усложнение из-за установки коммутационных и соединительных устройств;
• необходимость установки однотипных устройств;
• увеличение размера комнаты;
• сложность подключения.

Условия параллельного подключения

Для обеспечения нормальной работы оборудования, работающего в заданном режиме, необходимо соблюдать несколько важных условий. Рассмотрим подробнее правила, учитывающие такие режимы работы этих устройств.

Читайте также: Почему перегорает лампа накаливания: 8 частых причин

Принцип равенства групп соединения обмоток

Угол фазового сдвига может варьироваться в разных группах соединения обмоток трансформатора. Каждая группа имеет свой фазовый угол для первичного и вторичного напряжения.

При параллельном соединении двух устройств, имеющих разные группы соединения обмоток, величина мощности уравнительных токов в катушках резко возрастает, в результате оба устройства могут выйти из строя.

При выборе трансформаторов для работы в параллельном включении важно, чтобы указанные группы и параметры фазовых углов совпадали.

Параметры номинальной мощности

Еще одним требованием, без которого параллельное соединение для обеспечения нормальной работы устройств невозможно, является разница в значении мощностной характеристики устройств не более чем в три раза.

Например, если устройство имеет номинальную мощность 1000 кВА, к нему могут подключаться только трансформаторы со значением указанной характеристики в пределах от 400 до 2500 кВА. Это значение мощности не выходит за пределы указанного диапазона.

При нарушении этого правила устройство с более низкими мощностными характеристиками будет работать в условиях постоянной перегрузки, что грозит его выходом из строя.

Подбор по номинальному напряжению катушек и коэффициенту трансформации

Каждый трансформатор характеризуется определенным номинальным напряжением, на которое рассчитано устройство. Если на выходе каждого из параллельно соединенных устройств возникает различное значение напряжения, эта ситуация приведет к возникновению циркулирующих токов.

При подключении устройств с разными выходными характеристиками нежелательные потери будут резко возрастать при снижении напряжения. Отклонение не рекомендуется превышать более чем на полпроцента.

Конструкция современных трансформаторов позволяет изменять число витков входной и выходной катушек с соответствующим регулированием коэффициента трансформации. Для этого используются специальные устройства — ПБВ или преобразователи нагрузки, позволяющие производить заданную регулировку при выключенном устройстве и непосредственно под нагрузкой соответственно.

Формула расчета коэффициента трансформации

Перед параллельным подключением следует отрегулировать выходное напряжение указанными устройствами, чтобы обеспечить нормальную работу устройств.

Значение напряжения короткого замыкания

Каждый трансформатор характеризуется своим значением напряжения короткого замыкания, указанным в паспорте оборудования производителем. Этот параметр характеризует сопротивление обмоток и, следовательно, уровень потерь.

Устройство с меньшим напряжением короткого замыкания возьмет на себя большую нагрузку, при постоянной перегрузке во время работы. Стандарты дают допустимое отклонение между указанными характеристиками в двух единицах в пределах 10 процентов.

Правильность фазировки

При подключении двух трансформаторов соответствующие фазы должны быть объединены. При неправильной фазировке произойдет короткое замыкание с полным выходом из строя обоих блоков.

При соблюдении вышеуказанных условий параллельно включенные трансформаторы будут работать нормально, что обеспечивает исправность оборудования и предотвращает опасность аварии.

Для исключения возможных аварийных ситуаций необходимо привлекать к выполнению таких соединений квалифицированный персонал, прошедший профессиональную подготовку и получивший допуск к работам в электроустановках с заданиями группы электробезопасности.