Parallelbetrieb von einphasigen und dreiphasigen Transformatoren

Anforderungen und Bedingungen für die Parallelschaltung von Transformatoren

In einem Stromnetz werden Transformatoren verwendet, um Spannungspegel zu erhöhen und zu verringern. Die Nennleistung eines Transformators wird entsprechend der Lastanforderung ausgewählt. Aber die Lastnachfrage steigt von Tag zu Tag. Um den zusätzlichen Lastbedarf zu decken, müssen wir daher den vorhandenen Transformator durch einen Transformator mit höherer Kapazität ersetzen oder einen zusätzlichen Transformator hinzufügen, der mit dem vorhandenen Transformator verbunden ist.

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Der wirtschaftliche Weg, den Lastbedarf zu decken, besteht darin, einen zweiten Transformator parallel zum vorhandenen Transformator zu schalten.

Notwendigkeit des Parallelbetriebs von Transformatoren

Der Parallelbetrieb des Transformators ist aus folgenden Gründen erforderlich.

• Um eine Last mit mehr Nennleistung an den vorhandenen Transformator zu liefern, müssen wir den zweiten Transformator parallel zum vorhandenen Transformator schalten.
• Zum Zeitpunkt der Wartung wird ein zweiter Transformator verwendet, um die Versorgung des Verbrauchers aufrechtzuerhalten. Es erhöht die Zuverlässigkeit eines Systems.
• Wenn sich ein Transformator in einem Fehlerzustand befindet oder aus irgendeinem Grund nicht funktioniert, wird der zweite Transformator zur Versorgung und Vermeidung von Stromeinbrüchen verwendet.

Bedingungen für Parallelbetrieb von Transformern

Um den erfolgreichen Parallelbetrieb der Transformatoren zu gewährleisten, müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein.

• Die Primärwicklung beider Trafos ist passend zur Netzspannung und -frequenz ausgelegt.
• Beide Trafos werden mit gleicher Polarität angeschlossen. Wenn die Polaritäten nicht übereinstimmen, besteht die Möglichkeit eines Kurzschlusses. Daher muss beim Parallelschalten beider Trafos die Polarität beider Trafos übereinstimmen.
• Das Windungsverhältnis (Übersetzungsverhältnis) beider Trafos sollte identisch sein. Dies bedeutet, dass die Nennspannung von Primär- und Sekundärwicklung identisch sein sollte. Bei ungleichem Windungsverhältnis ist der Parallelbetrieb von Trafos möglich. Im Leerlauf fließt jedoch ein gewisser Umlaufstrom. Und es werden ungleiche Ladebedingungen geschaffen.
• Um Kreisströme zu vermeiden, muss das X/R-Verhältnis gleich sein. Das bedeutet, dass das Impedanzdreieck für beide Transformatoren identisch sein muss. Wenn das X/R-Verhältnis nicht dasselbe ist, arbeiten beide Transformatoren mit unterschiedlichen Leistungsfaktoren.
• Wenn beide Transformatoren unterschiedliche kVA-Nennwerte haben, ist die äquivalente Impedanz umgekehrt proportional zu den einzelnen kVA-Nennwerten (Kreisstrom wird ignoriert).

Parallelbetrieb eines Einphasentransformators

Zwei einphasige Transformatoren können wie in der Abbildung unten gezeigt parallel geschaltet werden.

Wie in der Abbildung gezeigt, ist die Primärwicklung beider Transformatoren mit der Versorgungsschiene und die Sekundärwicklung beider Transformatoren mit der Lastschiene verbunden. Auf diese Weise können wir zwei oder mehr als zwei Transformatoren parallel schalten und die Transformatorleistung übertreffen.

Beim Parallelschalten von Transformatoren müssen die Polaritäten der Transformatoren angepasst werden. Andernfalls führt dies zu einem Kurzschluss und kann den Transformator beschädigen.

Idealzustand

Im Idealfall gehen wir davon aus, dass beide Transformatoren das gleiche Spannungsverhältnis und das gleiche Windungsverhältnis haben. Das Impedanzdreieck beider Transformatoren ist also in Form und Größe identisch. Das Zeigerdiagramm dieser Bedingung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wo,

• E =Leerlaufsekundärspannung jedes Transformators
• V₂ =Sekundäre (Last) Klemmenspannung
• V₁ =Primäre (Versorgungs-) Klemmenspannung
• I_A =Strom, der von Transformator-1 geliefert wird
• I_B =Strom, der von Transformator-2 geliefert wird
• I =Gesamtstrom

Wie im Zeigerdiagramm gezeigt, liegt der Gesamtlaststrom (I) hinter V₂ um einen Winkel von ф. Und Strom I_A und I_B eines einzelnen Transformators mit dem Gesamtstrom (I) in Phase sind.

Und individueller Strom (I_A und I_B ) für jeden Transformator ist;

Ähnlich aktuell I_B wird abgeleitet als;

Gleiche Spannungsverhältnisse

Nehmen wir an, dass die Transformatoren das gleiche Spannungsverhältnis haben. Somit ist die Leerlaufspannung beider Trafos gleich (E_A =E_B =E). In diesem Zustand fließt kein Strom zwischen zwei Transformatoren. Das Ersatzschaltbild dieser Bedingung ist in der Abbildung unten dargestellt.

Wo,

• E_A , E_B =Leerlaufspannung
• Z_A , Z_B =Impedanzen
• I_A , I_B =Sekundärstrom des jeweiligen Trafos
• V₂ =Klemmenspannung
• I =Gesamtstrom

Hier wird die Impedanz beider Trafos parallel geschaltet. Daher Gesamtimpedanz Z_AB ist;

Das Vektordiagramm dieser Bedingung ist wie in der Abbildung unten dargestellt.

Hier, aktuelle I_A und I_B nicht in Phase sind. Daher ist der der Last zugeführte Gesamtstrom eine Zeigersummierung von I_A und I_B . Und der Gesamtstrom (I) ist wie im Vektordiagramm dargestellt. Dabei haben wir berücksichtigt, dass die Leerlaufspannung jedes Transformators gleich und im Vektordiagramm gleichphasig ist.

Ähnlich

Nehmen wir an, F_A und Q_B werden jeweils von jedem Transformator verbraucht.

F_A =V₂ Ich_A und     Q_B =V₂ I_B

Die Gesamtleistung, die von beiden Transformatoren verbraucht wird, ist Q;

Q =V₂ Ich

Jetzt

Ähnlich

Daher F_A und Q_B werden in Betrag und In-Phase aus den obigen Vektorgleichungen erhalten.

Ungleiches Spannungsverhältnis

Wenn das Übersetzungsverhältnis für beide Transformatoren nicht gleich ist, ist die Leerlauf-Sekundärspannung nicht gleich. In diesem Zustand fließt im Leerlauf ein gewisser Strom zwischen den Transformatoren. Dieser Strom wird als Kreisstrom IC bezeichnet.

Das Vektordiagramm dieser Bedingung ist wie in der Abbildung unten dargestellt.

Die Leerlauf-EMK beider Transformatoren ist in diesem Zustand nicht gleich. Daher

E_A =I_A Z_A + I Z_L

E_B =I_B Z_B + I Z_L

Wo,

Z_L =Lastimpedanz

I =I_A + I_B und     V₂ =I Z_L

Also,

E_A =I_A Z_A + (I_A + I_B )Z_L

E_B =I_B Z_B + (I_A + I_B ) Z_L

Subtrahieren Sie die obigen Gleichungen;

E_A – E_B =I_A Z_A – I_B Z_B

(E_A – E_B ) + I_B Z_B =I_A Z_A

Setzen Sie den Wert von I_A in der Gleichung von E_B;

Ähnlich

Setzen Sie nun den Wert des Gesamtstroms (I) in die Gleichung der Klemmenspannung V₂ ein;

Die Transformatorimpedanzen (Z_A und Z_B ) sind immer kleiner als die Lastimpedanz Z_L . Um die Gleichung zu vereinfachen, vernachlässigen wir also Z_A Z_B im Vergleich zu Z_L (Z_A +Z_B ).

Parallelbetrieb von Dreiphasentransformatoren

Bei einem dreiphasigen Transformator können wir auch zwei oder mehr als zwei Transformatoren parallel schalten, um die Lastkapazität zu erhöhen. Die Bedingungen für den Parallelbetrieb eines Drehstromtransformators sind die gleichen wie bei einem Einphasentransformator. Außerdem müssen einige Bedingungen eingehalten werden.

• Die Phasenfolge beider Transformatoren ist gleich und wird durch die Phasenfolgeanzeige verifiziert.
• Phasenverschiebung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung muss gleich sein.
• Alle drei Transformatoren, die in der Transformatorbank verwendet werden, müssen vom gleichen Transformatortyp sein (Kern oder Hülle).
• Berücksichtigen Sie bei der Berechnung des Spannungsverhältnisses die Leitungsspannungen. Und halten Sie das Spannungsverhältnis gleich.

Das Spannungsverhältnis zwischen der primären und sekundären Klemmenspannung sollte bestehen. Es zeigt, dass dieses Spannungsverhältnis nicht gleich dem Verhältnis der Windungszahl pro Phase ist. Wenn beispielsweise V₁ und V₂ die primäre bzw. sekundäre Klemmenspannung sind, dann wäre das Windungsverhältnis für Stern/Dreieck-Schaltung (Y-Δ):

Das Schaltbild des Parallelbetriebs eines dreiphasigen Transformators ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Primär- und Sekundärwicklung beider Transformatoren (T1 und T2) sind wie in der obigen Abbildung gezeigt angeschlossen. Hier werden die Klemmen b und c der Sekundärwicklung flexibel gehalten und zu Testzwecken mit einem Voltmeter verbunden. Wenn beide Voltmeter Null anzeigen, sind die Polaritäten korrekt. Wenn das Voltmeter doppelte Phasenspannungen anzeigt, sind die Polaritäten falsch.

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