Dobór transformatorów

dr inż. Mirosław Pawłot

Lublin – 2008/2009

S-12

Stacje elektroenergetyczne

Podstawowe kryteria doboru

Główne kryteria doboru transformatorów w stacjach 

elektroenergetycznych to:

•

wymagania techniczne

•

optymalny wynik gospodarczy

Moc transformatora musi być dostosowana do obciążenia stacji: moc 

znamionowa dobranej jednostki powinna być co najmniej równa mocy 
obciążenia 
szczytowego S

m

.

Dla stacji jednotransformatorowych, gdy wymagania co do niezawodności 

są niewielkie, warunki doboru można określić następująco:

S

t1  

≥ S

m

K

r  

≈ K

rmin

gdzie: S

t1

 – moc pozorna jednego transformatora, K

r

 – całkowity koszt 

roczny jednego transformatora w stacji 

S-12

Podstawowe kryteria doboru

W stacji wymagania niezawodności zasilania często powodują konieczność 

instalowania większej liczby jednostek. Należy wówczas określić moc, 
którą stacja musi nadal dostarczać przy uszkodzeniu jednego z 
transformatorów S

rez

. Przy doborze dwóch takich samych 

transformatorów dolna granica mocy każdego z nich S

t2

 wynika z 

warunków:

S

t2  

≥ S

m

/2 

 S

t2  

≥ S

rez

Przy czym S

m

 oznacza maksymalną moc dostarczaną przez stację w pracy 

normalnej. 

Jeśli układ stacji przewiduje zainstalowanie trzech transformatorów, to ich 

moc minimalna przy identycznych transformatorach jest określona 
warunkami:

S

t3  

≥ S

m

/3

 S

t3  

≥ S

rez

/3

S-12

Dobór danych technicznych 

transformatorów

Podstawowe dane techniczne transformatorów:

a) typ i rodzaj wykonania;
b) przekładnia oraz sposób regulacji przekładni;
c) grupa połączeń;
d) napięcie zwarcia;
e) wytrzymałość dynamiczna i cieplna;
f) rodzaj chłodzenia.

S-12

Dobór danych technicznych 

transformatorów

Przy doborze transformatorów w stacjach 

wielkotransformatorowych należy zwrócić uwagę na 
możliwość pracy równoległej jednostek, która wymaga 
spełnienia następujących warunków:

–

jednakowe napięcia znamionowe pierwotne i wtórne;

–

jednakowa grupa połączeń lub przynależność do grup 
mogących ze sobą współpracować;

–

równość napięć zwarcia (z dopuszczalną tolerancją ±10%);

–

stosunek mocy transformatorów nie większy niż 1:3

S-12

Typ i rodzaj wykonania

Transformatory budowane są:
•

w wykonaniu wnętrzowym

•

w wykonaniu napowietrznym

Transformatory trójfazowe wykonywane są jako jednokadziowe 

lub w postaci grupy trzech jednostek jednofazowych.

W stacjach elektroenergetycznych wysokich i najwyższych 

napięć powszechnie stosowane są autotransformatory. 

S-12

Typ i rodzaj wykonania

Cechy autotransformatorów:
•

są tańsze od transformatorów;

•

mają mniejsze ciężary i gabaryty od transformatorów (jest to 
bardzo cenna zaleta przy jednostkach dużych mocy);

•

straty mocy oraz reaktancje są znacznie mniejsze niż w 
transformatorach;

•

jest wspólny punkt gwiazdowy obu uzwojeń wysokiego 
napięcia bezpośrednio uziemiony (autotransformatory zatem 
nie mogą pracować w sieciach o izolowanym punkcie 
zerowym lub w sieciach kompensowanych)

S-12

Przekładnia transformatorów i 

regulacja przekładni

Przekładnia transformatorów powinna zapewnić utrzymanie 
poziomu napięcia w granicach dopuszczalnych. 
Uzwojenie pierwotne będące uzwojeniem zasilającym buduje 
się na napięcie znamionowe sieci lub na napięcie 
generatorowe, a uzwojenie wtórne na napięcie  o 5, 10 lub 15% 
wyższe od napięcia znamionowego sieci.  
Aby utrzymać wahania napięcia w dopuszczalnych granicach 
stosuje się regulację przekładni :

•

zaczepową w stanie beznapięciowym;

•

zaczepową pod obciążeniem (automatyczną i półautomatyczną);

•

za pomocą autotransformatora dodawczego.

S-12

Przekładnia transformatorów i 

regulacja przekładni

1) Regulacja zaczepowa w stanie beznapięciowym. Znajduje 

zastosowanie wtedy, gdy konieczność zmiany przekładni występuje 
rzadko. Regulacja ta jest mało precyzyjna, odbywa się skokami w zakresie 
±5%

2) Regulacja zaczepowa pod obciążeniem. Jest ona stosowana w stacjach, 

w których zmiany napięcia występują bardzo często i gdy wyłączanie 
transformatora w celach regulacyjnych nie jest możliwe ze względu na 
pracę samej jednostki. Regulacja taka stosowana jest przede wszystkim w 
stacjach wysokich napięć, wyposażonych w duże transformatory, a także w 
niektórych stacjach przemysłowych w zakresie +16% do -10%.

3) Regulacja za pomocą autotransformatora dodawczego. Jest to 

rozwiązanie drogie, ale umożliwiające na płynną regulację w szerokim 
zakresie. Stosuję się ją w stacjach wysokich i najwyższych napięć, gdy 
występujące wahania napięć przekraczają możliwości regulacji 
zaczepowej lub, gdy ze względów konstrukcyjnych utrudnione jest 
wykonanie odpowiednich zaczepów po stronie górnego napięcia 
transformatora.

S-12

Grupy połączeń

Transformatory w stacjach elektroenergetycznych mają na ogół 

uzwojenie w układzie:

•

trójkąt-gwiazda (Dy)

•

gwiazda-gwiazda (Yy)

•

gwiazda-trójkąt (Yd)

Układ połączeń gwiazda-zygzak (Yz) stosowany jest w sieciach 
miejskich, w transformatorach obniżających o dolnym uzwojeniu 
niskiego napięcia w sieci czteroprzewodowej. 

Układ połączeń trójkąt-gwiazda stosowany jest w sieciach 
przemysłowych o napięciu wtórnym niskim. Przy zasilaniu z 
takiego transformatora sieci czteroprzewodowej niskiego napięcia 
(punkt zerowy uziemiony) dopuszczalna jest znaczna asymetria 
obciążenia (do 100% prądu znamionowego transformatora).

S-12

Grupy połączeń

Układ połączeń gwiazda-gwiazda stosowany jest w 
jednostkach wielkich napięć i mocy znamionowych. Układ ten 
znalazł szczególne zastosowanie w jednostkach o obu 
uzwojeniach na napięcie wysokie, a to ze względu na brak 
znaczniejszych asymetrii obciążeń w sieciach wysokich 
napięć.

Układ połączeń gwiazda-trójkąt stosuje się przeważnie w 
sieciach przemysłowych w transformatorach obniżających o 
napięciu dolnym wysokim.

Układ połączeń gwiazda-zygzak z uziemionym przewodem 
zerowym stosuje się do zasilania sieci niskiego napięcia o 
znacznej asymetrii obciążeń. 

S-12

Grupy połączeń

Zalecane układy połączeń uzwojeń transformatorów

S-12

Rodzaj transformatora

Grupa połączeń

Dwuuzwojeniowy do 250 kV∙A

Dwuuzwojeniowy od 315 do 500 

kV∙A

Dwuuzwojeniowy od 630 do 

1600 kV∙A

Dwuuzwojeniowy od 2 do 40 

MV∙A

Trójuzwojeniowy od 10/6, 3/6, 3 

do 40/40/40 kV∙A

Yy 0,                           Yz 5

Dy 5,                           Yy 0

Dy 5,          Yy 0,        Yd 5

Yy 0,                           Yd 

11

Yy 0/d 11, Yd 11/d 11

Napięcie zwarcia

Napięcia zwarcia transformatorów dwuuzwojeniowych

S-12

Moc znamionowa 

transformatora w 

MV∙A

Napięcie górne w kV

20

30

40

60

110

do 1,6

2 ÷ 3,31

4 ÷ 10

12,5

6,3 ÷ 12,5

16 ÷ 31,5

4,5

6
7
8

6 ÷ 6,6
7 ÷ 7,7

8

8 ÷ 8,5

8 ÷ 8,8

8
9

9 ÷ 9,5

10,5 ÷ 

11

Wytrzymałość dynamiczna i 

cieplna

Transformator powinien być tak dobrany, aby wytrzymywał:
•

skutki dynamiczne udarowego prądu zwarciowego;

•

skutki dynamiczne i cieplne dopuszczalnego (ustalonego) 
prądu zwarciowego.

Transformator powinien wytrzymywać bez widocznych szkód, 

deformacji oraz zmniejszenia przydatności do dalszej pracy 
siły dynamiczne wywołane przez:

•

udarowy prąd zwarciowy i

u

•

dopuszczalny prąd zwarciowy I

zd

 (ustalony prąd zwarciowy)

Udarowy  prąd  zwarciowy  transformatora  jest  to  największa 

wartość  chwilowa  prądu  płynącego  w  uzwojeniu  pierwotnym 
przy  nagłym  zwarciu  zacisków  uzwojenia  wtórnego,  jeśli  do 
uzwojenia pierwotnego przyłożone jest napięcie znamionowe.

S-12

Rodzaj chłodzenia

Rozróżnia się stępujące sposoby chłodzenia transformatorów:
O – olejem mineralnym;
L – olejem syntetycznym niepalnym;
A – powietrzem;
W – wodą;
N – naturalne (nie wymuszony ruch czynnika chłodzącego);
P – wzmożone, przez sztuczne wprowadzenie w ruch czynnika 

chłodzącego (wentylatory, pompy olejowe)

S-12

Rodzaj chłodzenia

Chłodzenie powietrzem z naturalnym obiegiem oleju (AN-ON) jest 
stosowane w większości transformatorów energetycznych małej i 
średniej mocy.

Chłodzenie powietrzne wzmożone z naturalnym obiegiem oleju (AP-
ON) stosowane jest w transformatorach wnętrzowych o mocach do 
10 MV∙A i napowietrznych do mocy 20 10 MV∙A , a nawet 
większych.

Chłodzenie powietrzne ze sztucznym obiegiem oleju i powietrza 
(AP-PO) stosowane jest w dużych transformatorach , głównie 
napowietrznych.

Chłodzenie wodne (WP-OP) stosowane jest głównie w dużych 
transformatorach wnętrzowych.

S-12

Rodzaj chłodzenia

W zależności od warunków pracy transformatora i czasu trwania 

przeciążenia rozróżnia się:

•

Przeciążenie trwałe;

•

Przeciążenie szczytowe;

•

Przeciążenie dorywcze;

•

Przeciążenie zakłóceniowe.

Przeciążenie trwałe jest dopuszczalne w transformatorach 

pracujących w środowisku o temperaturze niższej od normalnej 
obliczeniowej (35ºC). Jeśli średnia dobowa temperatura 
czynnika chłodzącego jest trwale niższa od 15ºC o x stopni, to 
transformatory o chłodzeniu naturalnym AN-ON można trwale 
przeciążyć o x procent, a transformatory o chłodzeniu AP-ON, 
AP-OP, WN-ON o 0,75 x procent, jednak nie więcej niż o 20%.

S-12

Rodzaj chłodzenia

Przeciążenie szczytowe jest dopuszczalne, jeśli transformator przez znaczną 

część doby jest niedociążony. Na każde 10% różnicy między obciążeniem 
znamionowym a średnim dobowym, ustalonym jako średnia 
arytmetyczna z 24 odczytów prądów dokonywanych co godzinę, wolno 
transformator przeciążyć o 3% w okresie obciążenia szczytowego. 
Temperatura otaczającego powietrza nie może jednak przekraczać 35ºC.

S-12

Obciąże

nie 

szczytow

e 

względn

e 

w %

Uprzednie średnie względne obciążenie w okresie 

pozaszczytowym w procentach prądu 

znamionowego

80

70

60

50

40

Dopuszczalny czas trwania przeciążenia szczytowego, w 

godzinach

105

110

115

3

-

-

5

-

-

12

3,5

-

12

7

-

12

9

3,5

Dopuszczalny czas trwania przeciążenia szczytowego

Rodzaj chłodzenia

Przeciążenie dorywcze jest dopuszczalne w transformatorach , które w okresie 

co najmniej 10h pracowały przy obciążeniu niższym od znamionowego.

S-12

Uprzedni

e 

obciążen

ie 

względn

e

 w %

Najwyższa ustalona 

temperatura oleju (w 

ºC) transformatorów o 

różnym sposobie 

chłodzenia

Najdłuższy czas trwania 

przeciążenia w minutach 

w zależności od wielkości 

przeciążenia, w %

AN-ON

AP-ON

AP-OP

AN-OP

WN-

ON

WP-OP

110

120

130

140 150

Mniej niż:

50

50 ÷ 75

75 ÷ 90

55

68

78

49

60

68

41

50

58

180

120

60

90

60

30

60

30

15

30

15

8

15

8

4

Dopuszczalny czas trwania przeciążenia dorywczego

Rodzaj chłodzenia

Przeciążenie zakłóceniowe. W czasie zakłóceń pracy sieci zachodzi 

niekiedy konieczność utrzymania transformatorów w ruchu 
pomimo znacznego ich przeciążenia. Wynika to z konieczności 
utrzymania zasilania szczególnie ważnych odbiorców.

S-12

Dopuszczalny czas trwania przeciążenia zakłóceniowego

Wykonanie i 

rodzaj chłodzenia 

transformatora

Największy dopuszczalny czas trwania 

przeciążenia 

w minutach

120

60

30

10

Dopuszczalne przeciążenie, w %

Napowietrzne AN-

ON

Wnętrzowe AN-ON

AP-ON, AP-OP

WN-ON, WP-OP

135

110

130

125

135

130

150

140

170

150

160

150

200

180

180

170