Трансформаторное оборудование

 
 
 
 

А. П. ОСТАШЕНКОВ 

А. А. МЕДЯКОВ 
К. М. ВОРОБЬЕВ 

 
 

 

ТРАНСФОРМАТОРНОЕ  

ОБОРУДОВАНИЕ 

 

Практикум  

 

 
 

 

 
 
 
 

 

Йошкар-Ола 

2020 

УДК 621.314.21(076) 
ББК 31.241я73 

 О 76 

 
 

Рецензенты: 

зав. кафедрой машиностроения и материаловедения ПГТУ,  

д-р. техн. наук, профессор С. Я. Алибеков;  

доцент кафедры эксплуатации машин и оборудования ПГТУ,  

канд. техн. наук, доцент Д. М. Ласточкин  

 
 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 
 

Осташенков, А. П. 

О 76   Трансформаторное оборудование: практикум / А. П. Осташен
ков, А. А. Медяков, К. М. Воробьев. – Йошкар-Ола: Поволжский 
государственный технологический университет, 2020. – 82 с. 
ISBN 978-5-8158-2184-2 

 

В практикуме представлены необходимый теоретический материал и 

задания (с примерами решений и комментариями) для самостоятельной 
работы по расчету параметров схем замещения трансформаторов, проверке нагрузочной способности трансформаторов, выбору измерительных трансформаторов тока и напряжения.  

Для студентов бакалавриата (направление 35.03.06 «Агроинжене
рия») и магистратуры (направление 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника»), изучающих силовые трансформаторы, измерительные трансформаторы тока и напряжения. 

УДК 621.314.21(076) 

ББК 31.241я73 

 

ISBN 978-5-8158-2184-2 
© Осташенков А. П., Медяков А. А.,  
Воробьев К. М., 2020 
© Поволжский государственный  
технологический университет, 2020 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

Список основных сокращений .................................................................... 4 
 
Введение ........................................................................................................ 5 
 
1. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ......................................................... 6 

1.1. Общие сведения .................................................................................. 6 
1.2. Определение параметров схем замещения силовых  
трансформаторов ....................................................................................... 8 
1.3. Нагрузочная способность силовых трансформаторов .................. 32 

 
2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА  
И НАПРЯЖЕНИЯ ...................................................................................... 41 

2.1. Общие сведения о трансформаторах тока ...................................... 41 
2.2. Выбор трансформаторов тока ......................................................... 44 
2.3. Общие сведения о трансформаторах напряжения ......................... 54 
2.4. Выбор трансформаторов напряжения ............................................ 56 

 
Контрольные вопросы для самопроверки знаний.................................... 66 
 
Список литературы ..................................................................................... 68 
 
Приложение А. Силовые трансформаторы .............................................. 69 
Приложение Б. Трансформаторы тока ..................................................... 72 
Приложение В. Трансформаторы напряжения ........................................ 77 

 
 

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

 

КСО  камерная сборная одностороннего обслуживания 
КРУ – комплектное распределительное устройство 
ЗРУ – закрытое распределительное устройство 
ОРУ – открытое распределительное устройство 
РПН – устройство для регулирования напряжения без перерыва 

нагрузки и без отключения обмоток трансформатора от сети 

ПБВ – устройство для изменения соединений ответвлений обмоток 

при невозбужденном трансформаторе 

КЗ – короткое замыкание 
КПД – коэффициент полезного действия 
ХХ – холостой ход 
ВН  высшее напряжение 
СН – среднее напряжение 
НН – низшее напряжение 
РЗА – релейная защита и автоматика 
МЭК – Международная электротехническая комиссия 
 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Трансформаторное оборудование (и силовые, и измерительные 

трансформаторы) используется на электростанциях, в питающих и распределительных электрических сетях, в системах электроснабжения 
промышленных предприятий, в сельском хозяйстве и на других хозяйствующих объектах. Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, действующими на оптовом рынке электроэнергии, на территориальном 
уровне и объектах распределенной генерации, до уровня стандартных 
напряжений, действующих в энергосистеме. Измерительные трансформаторы напряжения и тока предназначены для установки в различные 
распределительные устройства: комплектные (КРУ и КСО), закрытые 
(ЗРУ), открытые (ОРУ), токопроводы и другие электроустановки и служат для питания цепей измерения, учета, автоматики, сигнализации и 
защиты в электрических установках переменного тока.  

Овладение знаниями данного теоретического и практического мате
риала является важным аспектом подготовки бакалавров и магистров 
энергетиков, что предполагает: 

 изучение: 
классификации силовых и измерительных трансформаторов и их ос
новных параметров; 

систематических нагрузок и аварийных перегрузок силовых транс
форматоров, 

 а также освоение навыков: 
расчёта параметров схем замещения трансформаторов; 
проверки нагрузочной способности силовых трансформаторов; 
выбора измерительных трансформаторов тока и напряжения. 
Все эти актуальные вопросы и составили основное содержание дан
ного практикума.  

Предлагаемое вниманию читателей издание включает в себя необходи
мый теоретический материал, основные расчетные зависимости и задания 
для самостоятельной работы по индивидуальным вариантам. Представленные задания с примерами решения и комментариями могут быть использованы как для аудиторной, так и для внеаудиторной работы студентов. 

При подготовке рукописи авторами были учтены требования норма
тивно-технических документов и стандартов, знания которых также 
потребуются выпускникам в будущей профессиональной деятельности. 

СИЛОВЫЕ  ТРАНСФОРМАТОРЫ 

 

 

1.1. Общие сведения 

 
Силовые трансформаторы предназначены для преобразования элек
трической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии. К силовым 
относятся трансформаторы: трехфазные и многофазные  мощностью 
6,3 кВА и более, однофазные  мощностью 5 кВА и более. 

Силовые трансформаторы классифицируют по следующим призна
кам: 

 по условиям работы – на трансформаторы, предназначенные для 

работы в нормальных и особых условиях; 

 по назначению и основному конструктивному исполнению (одно
фазные, трехфазные, двухобмоточные, трехобмоточные, с устройством 
регулирования, предназначенным для регулирования напряжения без 
перерыва нагрузки и без отключения обмоток трансформатора от сети 
(РПН), с устройством, предназначенным для изменения соединений 
ответвлений обмоток при невозбужденном трансформаторе (ПБВ), по 
виду охлаждения и т.д.); 

 по мощности (ряд номинальных мощностей трансформаторов 

представлен в таблице А.1 (приложение А)); 

 по виду изолирующей и охлаждающей среды трансформаторы 

классифицируют на масляные (масло минеральное или синтетическое, 
включая жидкий негорючий диэлектрик) и сухие, в том числе трансформаторы с твердой изоляцией. 

В нормативных документах на конкретные силовые трансформато
ры указываются следующие основные параметры: 

– номинальная мощность трансформатора (если предусмотрены раз
ные значения мощности обмоток, то за номинальную мощность принимают наибольшую из них), кВА; 

– номинальная частота питающей сети, Гц; 

1.

– номинальные напряжения основных обмоток на всех ответвлени
ях, В; 

– условное обозначение схемы и группы соединений обмоток; 
– вид переключения ответвлений (РПН, ПБВ), диапазон и число сту
пеней регулирования напряжения; 

– наибольший допустимый ток общей обмотки автотрансформатора, А; 
– потери холостого хода и короткого замыкания на основном от
ветвлении; 

– напряжение короткого замыкания (для пар обмоток трехобмоточ
ных трансформаторов приводят к наибольшей из номинальных мощностей трех обмоток, автотрансформаторов – к номинальной проходной 
мощности пары сторон ВН-СН), %; 

– ток холостого хода; 
– установленная мощность двигателей системы охлаждения; 
– полная масса; 
– масса масла; 
– габаритные размеры. 
Условное обозначение силовых трансформаторов представлено на 

рисунке 1.1. 

Климатическое 
исполнение 
и 
категория 

размещения по ГОСТ 15150
Класс напряжения стороны ВН, кВ
Номинальная мощность трансформатора, кВА
Буквенная часть обозначения

X  -  Х/Х  -  Х

 

Рисунок 1.1 – Условное обозначение силового трансформатора 

 

Буквенная часть соответствует следующему порядку обозначений: 
А – автотрансформатор (при классах напряжения стороны СН или 

НН 110 кВ и выше после класса напряжения стороны ВН через черту 
дроби указывают класс напряжения стороны СН или НН); 

О или Т – однофазный или трехфазный трансформатор; 
Р – расщепленная обмотка НН; 
буквы условного обозначения видов охлаждения (приложение А, 

таблица А.2); 

З – трансформатор с естественным масляным охлаждением или с 

охлаждением негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи 
азотной подушки без расширителя; 

Л – трансформатор с литой изоляцией; 
Т – трехобмоточный трансформатор (для двухобмоточного транс
форматора букву не указывают); 

Н – трансформатор с устройством регулирования напряжения под 

нагрузкой (РПН); 

С – трансформатор собственных нужд электростанций. 
Класс напряжения трансформатора устанавливают по классу напря
жения его обмотки ВН. 

Например, условное обозначение трансформатора ТМН-2500/110
У1 расшифровывается следующим образом: трансформатор трехфазный 
масляный с охлаждением вида «М» (с естественной циркуляцией воздуха и масла), двухобмоточный, с устройством регулирования напряжения 
под нагрузкой, мощностью 2500 кВА, класс напряжения 110 кВ, исполнение У, категория размещения 1. 

 

1.2. Определение параметров схем замещения  

силовых трансформаторов 

 
Расчет режимов электрических сетей (нормальных, аварийных, по
слеаварийных) для выбора и проверки проводников и электрических 
аппаратов подразумевает определение параметров схем замещения. При 
расчётах режимов электрических сетей с равномерной загрузкой фаз 
трансформаторы в расчётных схемах представляются Г-образной схемой замещения.  

Для одной фазы двухобмоточного трансформатора Г-образная схема 

замещения представлена на рисунке 1.2. 

Приведем необходимые комментарии. 
В схеме замещения, представленной на рисунке 1.2, включён иде
альный трансформатор, не обладающий сопротивлениями, а только показывающий преобразование (понижение или повышение) напряжения 
переменного тока одного класса напряжения в другой (наличие трансформации).  

Продольная часть схемы замещения содержит 𝑅𝑇 и 𝑋𝑇 – активное и 

реактивное сопротивления трансформатора. Эти сопротивления равны 

сумме соответственно активных и реактивных сопротивлений первичной и приведенной к ней вторичной обмоток.  

Rт
jXт
U1
_

I1_
I2_

Gт
jBт

U2
_
kт

 

Рисунок 1.2 – Г-образная схема замещения двухобмоточного  

трансформатора 

 
Сопротивления трансформатора 𝑅𝑇 и 𝑋𝑇 определяются по результа
там опыта короткого замыкания (КЗ). В этом опыте замыкается накоротко вторичная обмотка, а к первичной обмотке подводится такое 
напряжение, при котором ток в обмотке равен номинальному току. Это 
напряжение называется напряжением короткого замыкания (𝑢𝐾).  

Потери в стали в опыте короткого замыкания очень малы, поскольку 

𝑢𝐾 намного меньше номинального напряжения. Поэтому приближенно 
считают, что все потери мощности в опыте КЗ идут на нагрев обмоток 
трансформатора.  

Поперечная ветвь схемы (ветвь намагничивания) состоит из актив
ной 𝐺𝑇 и реактивной 𝐵𝑇 проводимостей. Активная проводимость соответствует потерям активной мощности в стали трансформатора от тока 
намагничивания. Реактивная проводимость определяется магнитным 
потоком взаимоиндукции в обмотках трансформатора.  

Проводимости ветви намагничивания определяются результатами 

опыта холостого хода (ХХ). В этом опыте размыкается вторичная обмотка, а к первичной подводится номинальное напряжение. Ток в продольной части схемы замещения равен нулю, а к поперечной приложено 
номинальное напряжение. Трансформатор потребляет в этом режиме 
только мощность, равную потерям холостого хода. 

Определение параметров схемы замещения трансформатора (сопро
тивления и проводимости) проводится с использованием значений следующих параметров:  

- номинальной мощности трансформатора; 
- номинальных напряжений обмоток; 
- активных потерь холостого хода; 
- тока холостого хода; 
- потерь короткого замыкания; 
- напряжения короткого замыкания. 
Активное сопротивление обмоток двухобмоточного трансформатора 

определяется по следующей формуле, Ом: 

𝑅𝑇 = ∆𝑃𝐾 ∙ 𝑈НОМ

2

𝑆НОМ

2
, 

где ∆𝑃𝐾 – значение потерь короткого замыкания, Вт; 

𝑈НОМ – номинальное напряжение обмотки трансформатора, В; 
𝑆НОМ – номинальная мощность трансформатора, ВА. 
Индуктивное сопротивление двухобмоточного трансформатора, Ом, 

определяется по формуле 

𝑋𝑇 = 𝑢𝐾 ∙ 𝑈НОМ

2

100% ∙ 𝑆НОМ

, 

где 𝑢𝐾 – напряжение короткого замыкания, %; 

𝑈НОМ – номинальное напряжение обмотки трансформатора, В; 
𝑆НОМ – номинальная мощность трансформатора, ВА. 
В приближённых расчётах в Г-образной схеме замещения проводи
мость (ветвь намагничивания) трансформатора заменяют неизменной 
нагрузкой, равной потерям мощности холостого хода трансформатора. 

∆𝑆𝑋 = ∆𝑃𝑋 + 𝑗∆𝑄𝑋, 

где ∆𝑃𝑋 – потери активной мощности в стали трансформатора, Вт;  

∆𝑄𝑋 – намагничивающая мощность трансформатора, ВАр, принима
емая равной 

∆𝑄𝑋 = 𝐼𝑋 ∙ 𝑆НОМ

100% , 

где 𝐼𝑋 – ток холостого хода трансформатора, %. 

Проводимости ветви намагничивания определяются с использовани
ем следующих выражений: 

𝐺𝑇 = ∆𝑃𝑋

𝑈НОМ

2, 

𝐵𝑇 = ∆𝑄𝑋

𝑈НОМ

2. 

Два трансформатора могут работать параллельно (при параллельном 

соединении первичных и вторичных обмоток), а также совместно (при 
параллельном соединении только первичных, или только вторичных 
обмоток). Допускается параллельная работа трансформаторов (автотрансформаторов) при условии, что ни одна из обмоток не будет нагружена током, превышающим допустимый ток для данной обмотки.  

Параллельная работа трансформаторов, имеющих одинаковое номи
нальное напряжение, разрешается при следующих условиях: 

– если группы соединений обмоток одинаковы; 
– соотношение мощностей трансформаторов не более 1:3; 
– коэффициенты трансформации равны в пределах стандартных до
пусков (отличаются не более чем на 0,5 %); 

– напряжения короткого замыкания равны в пределах стандартных 

допусков (отличаются не более чем на 10 %); 

– произведена фазировка трансформаторов. 
Для выравнивания нагрузки между параллельно работающими 

трансформаторами с различными напряжениями короткого замыкания 
допускается в небольших пределах изменение коэффициента трансформации путем переключения ответвлений при условии, что ни один из 
трансформаторов не будет перегружен. 

Полное эквивалентное сопротивление для параллельно работающих 

трансформаторов можно определить с использованием выражения 

𝑍ЭКВ = 𝑍Т

𝑛Т

= 𝑅𝑇 + 𝑗𝑋𝑇

𝑛Т

, 

где 𝑍Т – полное сопротивление трансформатора, Ом; 

𝑛Т – количество параллельно работающих трансформаторов. 
Эквивалентная проводимость параллельно работающих трансфор
маторов: 

𝑌ЭКВ = 𝑛Т ∙ 𝑌Т = 𝑛Т ∙ (𝐺𝑇 − 𝑗𝐵𝑇).