Параллельная работа трансформаторов – подключение трансформаторов на совместную работу, при таком подключении соединяются между собой одноименные выводы обмоток со стороны высокого напряжения и выводы обмотки сторон низкого напряжения.
Соединение только первичных, или только вторичных обмоток между собой не следует смешивать с параллельной работой трансформаторов. Такое соединение определяется, как совместная работа двух трансформаторов.
Для чего нужна параллельная работа трансформаторов
Параллельная работа трансформаторов предполагает подключение двух или более трансформаторов к единой сети и их синхронную работу с обеспечением равного напряжения и частоты на выходе. Этот подход предлагает ряд преимуществ по сравнению со случаем использования одного мощного трансформатора.
Прежде всего, параллельная работа трансформаторов способствует увеличению общей мощности системы электроснабжения, поскольку итоговая мощность таких трансформаторов равняется сумме их индивидуальных мощностей. Эта особенность позволяет использовать трансформаторы меньших размеров и веса, облегчая тем самым их транспортировку, монтаж и обслуживание.
Далее, параллельная работа позволяет распределять нагрузки между трансформаторами либо равномерно, либо в соответствии с потребностями потребителей, повышая тем самым эффективность и экономическую выгоду системы электроснабжения.
Вдобавок к этому, параллельная работа трансформаторов увеличивает надежность работы потребителей энергии, так как при выходе из строя одного трансформатора остальные продолжают стабильно обеспечивать подачу электроэнергии.
Такой подход также минимизирует риск перегрузки или перегревания трансформаторов, которые могут привести к повреждениям оборудования или возгоранию.
Более того, параллельная работа трансформаторов облегчает проведение плановых или аварийных ремонтных работ на одном из них без прерывания работы всей системы электроснабжения.
При необходимости включения трансформаторов на параллельную работу во избежание негативных последствий для оборудования необходимо учитывать несколько факторов. Рассмотрим подробно условия включения силовых трансформаторов на параллельную работу.
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 первым условием включения трансформаторов на параллельную работу является равенство их групп соединений обмоток.
Номинальная мощность трансформаторов
Второе 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 с различной номинальной мощностью:
Номинальное напряжение обмоток, коэффициент трансформации
Третье условие – равенство номинальных напряжений обмоток подключаемых на совместную работу трансформаторов. Если напряжение на вторичных обмотках трансформаторов будет отличаться, то это приведет к возникновению уравнительных токов, которые в свою очередь приводят к падениям напряжения и нежелательным потерям.
Допускается незначительное отклонение напряжений - разница коэффициентов трансформации в пределах до 0,5%.
На трансформаторах, где предусмотрена возможность регулировки коэффициента трансформации путем увеличения или уменьшения количества витков обмотки, нужно учитывать положение переключающих устройств – ПБВ или РПН. При необходимости посредством применения данных устройств можно откорректировать напряжение на трансформаторе до требуемых значений, после чего можно соединять вторичные обмотки – включать трансформаторы на параллельную работу.
Напряжение короткого замыкания
На каждом трансформаторе в паспорте указывается такой параметр, как напряжение короткого замыкания. Эта величина показывает процентное соотношение к номинальному напряжению первичной обмотки силового трансформатора, которое необходимо подать на первичную обмотку, чтобы по обмотке протекал номинальный электрический ток, при замкнутых накоротко выводах вторичной обмотки.
Напряжение короткого замыкания характеризует внутреннее сопротивление обмоток силового трансформатора. Поэтому если включить параллельно трансформаторы с разными показателями напряжения короткого замыкания, то внутренние сопротивления трансформаторов будут непропорциональны и при подключении нагрузки трансформаторы будут нагружены неравномерно: один из трансформаторов может быть перегружен, а другой недогружен.
В данном случае нагрузка будет распределяться обратно пропорционально напряжению короткого замыкания – то есть трансформатор с меньшим значением напряжения КЗ будет перегружен.
Поэтому четвертым условием включения трансформаторов на параллельную работу является равенство напряжений короткого замыкания. Допускается разница напряжений короткого замыкания на 10%.
Распределение нагрузки между трансформаторами разной мощности
При необходимости включения трансформаторов на параллельную работу возникает вопрос: а как будет распределена нагрузка между трансформаторами разной номинальной мощности? При соблюдении вышеперечисленных условий нагрузка на трансформаторах будет распределена пропорционально, в соответствии с их номинальными мощностями.
Но, не смотря на соответствие паспортных данных вышеприведенным условиям, фактические параметры включаемых на параллельную работу трансформаторов могут немного отличаться.
В первую очередь это связано с техническим состоянием трансформатора, возможными несоответствиями, допущенными на производстве либо внесенными изменениями в конструкцию при выполнении ремонтно-восстановительных работ. В таком случае при включении трансформаторов на параллельную работу может наблюдаться непропорциональное распределение нагрузки.
Возможный вариант решения данной проблемы - изменение коэффициента трансформации переключением устройства ПБВ или РПН. В данном случае необходимо экспериментально откорректировать напряжение на вторичной обмотке трансформаторов таким образом, чтобы на обмотке недогруженного трансформатора напряжение было выше, чем на другом трансформаторе.
После выбора трансформаторов с учетом вышеприведенным условий необходимо выполнить еще одно важное условие – соблюсти фазировку при подключении выводов вторичных обмоток во избежание создания аварийной ситуации в электросети – междуфазного короткого замыкания.
То есть перед тем как соединить выводы вторичных обмоток необходимо убедиться в том, что будут подключены одноименные выводы – для этого выполняется пофазная проверка специальными указателями для фазировки.
При включении трансформаторов на параллельную работу не менее важно правильно выбрать оборудование для их подключения к электрической сети.
Выбор коммутационных аппаратов и соединительных токопроводов по стороне ВН и НН трансформаторов осуществляется по номинальному току обмоток трансформатора с учетом допустимых кратковременных перегрузок.
Защитные аппараты – высоковольтные выключатели, автоматически выключатели или предохранители должны быть выбраны таким образом, чтобы обмотки не подвергались перегрузкам выше допустимых значений, были защищены от возможных коротких замыканий в электрической сети.
Частые вопросы
Зачем вообще включать трансформаторы параллельно, если можно поставить один мощный?
Один крупный трансформатор дороже в обслуживании и при его отказе вся нагрузка падает. Два меньших дают резерв: один ушел в ремонт - второй держит сеть. Кроме того, в часы минимальной нагрузки один трансформатор отключают, снижая потери холостого хода.
Что случится, если включить параллельно трансформаторы с разными группами соединения обмоток?
Между вторичными обмотками возникнет разность потенциалов даже без нагрузки. Через замкнутый контур потечет уравнительный ток, который в несколько раз превышает номинальный, - обмотки перегреются за считанные минуты. Это одна из самых опасных ошибок при параллельном включении.
Почему разница коэффициентов трансформации не должна превышать 0,5%?
Даже небольшое расхождение вторичных напряжений создает уравнительный ток между трансформаторами. Этот ток не совершает полезной работы, зато нагревает обмотки и снижает допустимую нагрузку. Чем больше расхождение, тем сильнее один трансформатор перегружается за счет другого.
Что такое напряжение короткого замыкания и почему оно важно при параллельной работе?
Напряжение КЗ отражает внутреннее сопротивление трансформатора. Если у двух параллельных машин оно разное, нагрузка делится между ними непропорционально мощности: трансформатор с меньшим уКЗ берет на себя больше тока и рискует перегреться, пока второй работает вполсилы.
Можно ли параллелить трансформаторы, если их мощности отличаются в три раза?
Да, соотношение 1:3 считается предельно допустимым. При большей разнице трансформаторы плохо согласуются по токам, и равномерного распределения нагрузки добиться сложно даже при идеальном совпадении остальных параметров.
Что такое фазировка и можно ли обойтись без нее?
Фазировка - это проверка совпадения фаз на вторичных выводах перед параллельным включением. Пропустить ее нельзя: при несовпадении фаз соединение превратится в межфазное короткое замыкание с токами в десятки раз выше номинальных. Проверяют вольтметром или контрольными лампами.
При какой нагрузке выгоднее включать второй трансформатор?
Второй трансформатор подключают, когда суммарные потери одного работающего начинают превышать потери двух вместе. На практике это происходит примерно при 40-70% от номинала - точный порог зависит от типа трансформатора и его паспортных потерь холостого хода.
Как правильно отключить один из параллельно работающих трансформаторов?
Сначала нагрузку плавно переводят на оставшийся трансформатор, убедившись, что он не выйдет за пределы допустимой нагрузки. Затем размыкают выключатель, и только после этого - разъединитель. Делать в обратном порядке нельзя: разъединитель не предназначен для разрыва рабочего тока.
Можно ли параллелить трансформаторы разных производителей и разных годов выпуска?
Да, если паспортные данные совпадают по группе соединения, напряжению КЗ и коэффициенту трансформации. Производитель и год выпуска сами по себе не являются препятствием. Небольшие расхождения в напряжении при наличии ПБВ или РПН устраняют подстройкой ответвлений обмотки.
Как понять, что нагрузка между параллельными трансформаторами распределяется неравномерно?
Об этом говорит разница токов на амперметрах каждого трансформатора, несоответствующая их мощностям. Если один трансформатор стабильно греется сильнее другого при одинаковой нагрузке - это верный признак несогласованности параметров, прежде всего напряжений КЗ или коэффициентов трансформации.
Андрей Повный