Моделирование компенсированного трансформатора в СЭС Красноярск 2015

2 Компенсированный трансформатор (трансформатор- конденсатор) - это существенная модернизация существующих на сегодняшний день трансформаторов, которая заключается в изменении привычной конструкции магнитной системы трансформатора, а именно добавлением изоляционной составляющей. По сути, магнитная система трансформатора (пластины электротехнической стали сложенные стопкой) и конструкция конденсатора (пластины фольги с проложенной между ними изоляцией) отличаются лишь наличием изоляции между пластин. Таким образом, если расположить изоляцию с высокой механической прочностью между стальных пластин электротехнической стали трансформатора, то из его магнитной системы, в дополнение к его основным характеристикам, мы так же получим высоковольтный конденсатор. Полученный конденсатор, присоединённый к выводам обмоток трансформатора, с высокой или же с низкой стороны, будет компенсировать потребляемую реактивную мощность трансформатора и часть реактивной мощности подсоединённой системы.

3 Трансформатор содержит обмотку, магнитопровод, набранный из пластин 1 электрической стали, покрытой с двух сторон изоляцией 2, между пластинами помещена тонкая алюминиевая или медная фольга 3. Пластины и фольга исполняют роль обкладок конденсатора при подключении их к выводам обмотки трансформатора. Пластины подключают к нулевому проводу и заземляют, а фольгу – к фазным выводам обмотки. Пластины имеют срез угла и набраны в магнитопроводе поочередно срезом в разные стороны, выступающие углы фольги образуют выводы 4, с помощью которых фольгу подключают к обмоткам трансформатора. Для однофазных конструкций выводы фольги соединяют параллельно, а пластины набирают срезом в одну сторону, соединяют и заземляют. Рис. 1. Трансформатор с конденсатором

Цели и задачи работы Для достижения поставленной цели необходимо решить следующий комплекс задач: проанализировать существующие способы компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения; разработать математические модели компенсированного трансформатора; на основе результатов математических моделей разработать технические предложения по созданию трансформатора- конденсатора; оценить возможный экономический эффект от внедрения данного трансформатора. Объектом исследования является силовой трансформатор. Предметом исследования является магнитопровод трансформатора, в качестве применения его как обкладок конденсатора, для компенсации реактивной мощности. Цель работы заключается в разработке модели компенсированного трансформатора. 4

5 Расчёт компенсируемой реактивной мощности Реактивную мощность конденсаторов можно выразить как (1) где q - удельная реактивная мощность, V - активный объем. Из (1) видно, что генерируемая реактивная мощность является линейной функцией активного объема. Потребляемая реактивная мощность трансформаторов пропорциональна объему т. е. чем больше объем магнитной системы устройства, тем больше потребляемая реактивная мощность. Как правило, объем магнитной цепи определяется количеством и толщиной пластин электротехнической стали, изолированных одна от другой слоем лака. Ёмкость также определяется геометрией пластин, поэтому целесообразно использовать пластины магнитопровода в качестве конденсатора. С их помощью можно компенсировать потребляемую данным устройством реактивную мощность.

6 Математическая модель компенсированного трансформатора В разделе Elements библиотеки SimPowerSystems представлена модель силового трансформатора (Linear Transformer) моделирующая однофазные двух- или трехобмоточные трансформаторы. Электромагнитная схема такого трансформатора представлена на рисунке 2 Моделирование работы компенсированного трансформатора осуществлялось в системе Simylink, которая позволяет задавать задачи математической физики с помощью графических блоков и решать эти задачи с высокой точностью. Для описания процессов, протекающих в трансформаторе, использовались уравнения Максвелла в интегральной форме:

Схема моделирования однофазного трансформатора в MATLAB 7 Универсальная расчётная модель для расчёта параметров однофазных трансформаторов в MATLAB Simulink

Схема моделирования трёхфазного трансформатора в MATLAB 8 Универсальная расчётная модель для расчёта параметров трёхфазных трансформаторов в MATLAB Simulink