Специфика энергопотребления переменного тока базируется на необходимости преобразования подведенной от места производства электроэнергии силовой нагрузки в напряжение меньшей мощности и распределения его среди потребителей.
Распределительные подстанции питают пользователей параллельными группами, для чего используются разнообразные группы соединения обмоток трансформатора.
Энергоэффективность работы трансформаторов
В промышленных и бытовых энергосетях величина установленной мощности преобразователей напряжения рассчитывается на возможность в любое время удовлетворить потребность в электрической энергии. При подключенном трансформаторе высокой мощности, способной перекрыть любую потребляемую нагрузку, работа на полной мощности будет занимать лишь определенное время.
В остальное время подстанция будет работать на частичной нагрузке, что делает ее эксплуатацию нерентабельной. Более выгодна схема с заменой одного мощного трансформатора на несколько аналогичных устройств с меньшей мощностью.
Питание потребителей с использованием параллельных групп преобразователей напряжения удобно и экономично. Мощный трансформатор при малых нагрузках имеет значительные энергопотери холостого хода. При подключении вместо него нескольких маломощных трансформаторов под нагрузкой находится лишь необходимое количество приборов, остальные – отключены.
При возрастании нагрузки дополнительно подключаются к работе новые маломощные устройства. В результате количество работающих трансформаторов соответствует фактической нагрузке. Целесообразность такого группирования аппаратуры подтверждается простыми экономическими расчетами –расходы на оплату первоначальной стоимости трехобмоточного трансформатора и потерь энергии меньше цены двух простых двухобмоточных преобразователей напряжения и суммарных потерь энергии в каждом из них в отдельности.
Принципы параллельной эксплуатации преобразователей напряжения
При параллельном включении изделий первичные электрообмотки подсоединяются к общей запитывающей электросети, а вторичные – к сети энергоснабжения пользователей электроэнергией. В энергосистемах широко применяются трехобмоточные трансформаторы, в радиотехнических и автоматических системах – многообмоточные приборы малой мощности, у которых одна первичная обмотка трансформатора работает с несколькими обмотками вторичными.
При разделении одной из электрообмоток на части, гальванически не связанные между собой (обычно ими являются электрообмотки низкого напряжения НН), суммарная мощность таких преобразователей напряжения равна мощности номинальной самого устройства, в обиходе называемого трансформатором с расщепленной обмоткой.
У многообмоточных приборов на одном стержне размещены не две обмотки, а больше, причем, с разным количеством витков намотки. Один трансформатор способен «выдать» несколько различных напряжений, уменьшая количество требуемых к установке преобразователей. Такие изделия производятся в однофазном и трехфазном исполнениях.
Варьируя способы соединений трансформаторных электрообмоток с использованием маркировки намотки витков, добиваются определенной ориентации напряжений электрообмоток.
На однофазном устройстве с обмотками на едином стержне (см. рисунок, схема а) возможны два варианта подсоединения:
- Схема (б) рисунка – электродвижущие силы (ЭДС) Е1 и Е2 совпали по фазам, соответственно, совпадают фазы сетевого напряжения U1 и напряжения нагрузки U2 .
- Схема (в) – обратная маркировка контактных зажимов. Здесь фазы электродвижущих сил Е и напряжений U сдвинуты в противоположные стороны — на угол 1800 .
Для однофазных преобразователей напряжения реализуются только две группы соединения, соответствующие углам сдвига фаз 00 и 1800 . В трехфазных приборах применяются схемы соединения концов обмоток звездой и треугольником. Соединяя обмотки высокого, среднего и низкого напряжений (ВН, СН, НН) различными комбинациями, получают 12 групп соединения обмоток трансформатора с углом сдвига фаз ЭДС от нуля до 3300 .
Циферблат часов для обозначения фазовых сдвигов и групп
В практике углы фазовых сдвигов и соответствующие им группы соединения отображают с помощью часового циферблата. На нем минутная стрелка вставлена на цифре 12, она играет роль вектора напряжения обмотки первичной U1 .
Положение часовой стрелки указывает на направление вектора фазового сдвига между напряжениями U1 и U2 . Например, сдвиг 1800 соответствует 6 группе.
Рекомендуется соблюдать соотношение мощностей параллельно функционирующих изделий в пределах 3:1, чтобы возникающие перегрузки для отдельных маломощных устройств не оказались недопустимо большими.
