Трансформатор треугольник звезда с нулем

Трансформатор треугольник звезда с нулем

При проектировании трансформаторных подстанций приходится выбирать трансформатор не только по мощности, но и в зависимости схемы соединения обмоток. Ошибиться с выбором схемы соединения обмоток достаточно сложно, но, тем не менее, нужно знать требования ТНПА.

Трансформаторные подстанции (КТП) я проектирую достаточно редко, т.к. крупные объекты попадаются нам не так часто, как хотелось бы.

Раньше на схему соединения обмоток трансформатора я не обращал внимания: рисовал «треугольник-звезда» и никто даже не замечал ошибки, а если и замечали, то уже на стадии закупки трансформатора. Не в каждом проекте, но в нескольких проектах такое могло быть.

Данная ошибка не влечет каких-то серьезных последствий, поскольку не все трансформаторы изготавливают со схемой «треугольник-звезда» и производитель может сам заменить трансформатор на нужное исполнение.

В нормативных документах я нашел следующие требования по выбору схемы соединения обмоток трансформатора:

ТКП 45-4.04-296-2014 (Силовое и осветительное электрооборудование промышленных предприятий):

6.2.1 … По условиям надежности действия защиты от однофазных замыканий в сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью рекомендуется применять трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда-зигзаг» при мощности до 250 кВА и со схемой «треугольник-звезда» — при мощности 400 кВА и более.

ТКП 385-2012 (02230) (Нормы проектирования электрических сетей внешнего электроснабжения напряжением 0,4-10кВ сельскохозяйственного назначения):

9.6 В электрических сетях 0,4-10 кВ следует применять:

— герметичные трансформаторы (ТМГ), допускается применение масляных трансформаторов ™ и сухих трансформаторов (в КТПБ);

— трансформаторы со схемами соединения обмоток «звезда-звезда» с симметрирующим устройством — при мощности до 250 кВА, «треугольник-звезда» — при мощности 400 кВА и более и «звезда-зигзаг с нулем» (без симметрирующего устройства) – при мощности трансформатора до 160 кВА и неравномерной фазной нагрузке.

НТП ЭПП-94 (Проектирование электроснабжения промышленных предприятий):

6.4.9. Трансформаторы цеховых ТП мощностью 400 — 2500 кВА выпускаются со схемами соединения обмоток «звезда-звезда» с допустимым током нулевого вывода, равным 0,25 номинального тока трансформатора, или «треугольник-звезда» с нулевым выводом, рассчитанным на ток, равный 0,75 номинального тока трансформатора. По условиям надежности действия защиты от однофазных КЗ в сетях напряжением до 1 кВ и возможности подключения несимметричных нагрузок предпочтительным является применение трансформаторов со схемой соединения «треугольник-звезда».

Как видите, схема соединения обмоток трансформатора зависит от мощности трансформатора и выбрать нужную схему соединения очень просто.

Трансформатор треугольник звезда с нулем

Нарушения магнитного состояния трансформатора почти не получается. Если бы мы привели вторичную обмотку к первичной, т. е. положили Трансформатор треугольник звезда с нулемто токи в соответствующих фазах (на рис. 146а в фазах А и а) были бы равны между собою, т. е.Трансформатор треугольник звезда с нулем. Наличие нейтрального провода со стороны первичной цепи несомненно удорожает систему, а потому такая система почти и не применяется.

Предположим теперь, что нейтральный провод со стороны первичной цепи отброшен. В таком случае при загрузке одной фазы вторичной обмотки (на рис. 146b фазы а) во всех фазах первичной обмотки пойдут токи. В сопряженной фазе первичной обмотки, т.е. в фазе А ток будет равен Трансформатор треугольник звезда с нулема в двух других фазах по Трансформатор треугольник звезда с нулем

Трансформатор треугольник звезда с нулем

В указанных соотношениях между токами легко убедиться из рассмотрения рис. 147, на котором схематически изображен сердечник трансформатора с первичными катушками и одною вторичною катушкою на среднем стержне. Мы имеем, во-первых, что сумма ампервит-ков одного окна, т. е. действующих на рис. 147 по пунктирной линии t, должна быть равна нулю; во-вторых, в сопряженной первичной фазе ток вдвое больше тока в двух других первичных фазах (по закону Кирхгофа), в-третьих, направление токов в несопряженных первичных фазах прямо противоположно направлению тока в сопряженной первичной фазе, потому что в первых двух фазах токи идут от концов фаз к началам В и с, а в последней фазе от начала фазы А к концу. Вследствие этого направления токов в сечениях первичных фаз будут такими, какими они показаны на рис. 147. Написав равенство ампервитков для одного окна

Читайте также:  Керамическое жало для паяльника

Трансформатор треугольник звезда с нулем

где IX — ток в сопряженной первичной фазе, получаем, что

Трансформатор треугольник звезда с нулем

Из рассмотрения рис. 147 мы видим, что на всех сердечниках нет уравновешенности ампервитков. На крайних стержнях имеются ампервитки первичной обмотки, но нет ампервитков вторичной обмотки. На среднем стержне вторичные ампервитки преобладают над первичными. Если всмотреться в действия неуравновешенных ампервитков, то мы заметим, что во всех стержнях они действуют в одну сторону; на рис. 147 вниз. Это значит, что неуравновешенные ампервитки создадут добавочное магнитное поле, которое во всех стержнях будет направлено в одну сторону и будет замыкаться через воздух . Добавочное магнитное поле, меняясь с частотою тока, индуктирует во всех фазах первичной и вторичной обмоток электродвижущие силы одной фазы, которые в первичной обмотке вместе с электродвижущими силами, индуктируемыми главным магнитным потоком, уравновешивают первичное напряжение

Трансформатор треугольник звезда с нулем

Во вторичной обмотке те же электродвижущие силы вместе с электродвижущими силами главного потока дают фазные электродвижущие силы.

Нетрудно показать, что фазные электродвижущие силы в этом случае получаются неравными. Пусть треугольник АВС на рис. 148 представляет треугольник приложенного первичного напряжения, а Трансформатор треугольник звезда с нулем—электродвижущие силы добавочного магнитного потока. Если бы нулевая точка О треугольника напряжений ABC не сдвинулась со своего места, то фазные электродвижущие силы с первичной стороны должны были определяться векторами Трансформатор треугольник звезда с нулем. Этими векторами определялись бы по величине и магнитные потоки в трех стержнях, так как электродвижущие силы пропорциональны вызвавшим их потокам. Магнитные потоки в сердечнике трехфазного трансформатора соединены звездой, а потому к ним приложимо свойство давать в сумме в каждый момент времени нуль, т. е. Ф1+ Ф23= О. Это значит, что векторы Трансформатор треугольник звезда с нулемдолжны дать замкнутый равносторонний треугольник. Но последние векторы не могут дать замкнутого равностороннего треугольника. Такой треугольник мы получим, если сместим нейтральную точку О в точку Трансформатор треугольник звезда с нулемна расстоянии Трансформатор треугольник звезда с нулем. В этом случае векторы Трансформатор треугольник звезда с нулемуже дадут замкнутый равносторонний треугольник. Таким образом в результате добавочного потока нулевая точка обмотки смещается на величину добавочной электродвижущей силы. Последнее явление совершенно подобно тому, что имеет место при холостой работе трансформатора с несимметричною магнитною системою, когда смещение нулевой точки выражалось величиной Трансформатор треугольник звезда с нулемфазного напряжения. Имея в виду, что полный ток нагрузки больше тока холостой работы раз в 20, то при несимметричной нагрузке с полным током смещение нулевой точки выразится Трансформатор треугольник звезда с нулемфазного напряжения. Такое большое смещение нулевой точки вызывает большое неравенство в фазных напряжениях, что, конечно, представляет большое неудобство с эксплуатационной точки зрения. В том случае, когда нейтраль первичной звезды не может быть соединена с нейтралью генератора, рассматриваемое соединение не рекомендуется брать при трансформировании тока отдельными однофазными трансформаторами или одним трехфазным трансформатором броневого типа, так как в фазных напряжениях получаются значительные третьи гармоники. Оно не рекомендуется даже и при передачах звезда — звезда на звезда — треугольник при условии заземления нейтралей высокого напряжения, потому что замыкающиеся в этом случае через землю токи третьей гармоники могут причинить большие расстройства в соседних телефонных и телеграфных линиях.

Трансформатор треугольник звезда с нулем

При трансформировании трехфазным трансформатором стержневого типа третьи гармоники, как мы видели и ранее, проявляются значительно слабее, а потому соединение звезда—звезда в данном случае будет допустимо. Группа звезда— звезда применяется при небольших распределительных сетях с мало нагруженным вторичным нулевым проводом. При высоких напряжениях эта группа применяется только при наличии третичной обмотки, соединенной треугольником. Эта последняя необходима для прохождения третьей гармоники намагничивающего тока; она же может дать ток для защитных приспособлений в случае короткого замыкания главной обмотки.

В. Звезда—зигзаг. Для того чтобы в соединении обмоток трансформаторов звезда—звезда избавиться в известной мере от добавочного магнитного потока при несимметричной нагрузке применяют соединение вторичных обмоток звезда—зигзаг. Если бы при таком соединении вторичных обмоток имелась во вторичной цепи односторонняя нагрузка, то, как видно из рис. 149, токи проходили бы во вторичной и первичной обмотках двух стержней, Ампервитки первичной обмотки обоих стержней компенсировали бы ампервитки вторичной обмотки тех же стержней и магнитное равновесие не нарушалось бы, т. е, не было бы добавочного однофазного магнитного потока. Следует отметить; что соединение вторичных обмоток зигзагом удорожает трансформатор, так как требует на 15% больше меди, чем соединение просто звездою.

Читайте также:  Зачем нужен флюс при пайке

С. Треугольник—треугольник. При соединении первичных и вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов или одного трехфазного трансформатора треугольником линейное напряжение равно фазному напряжению, а линейный ток в Трансформатор треугольник звезда с нулемраз больше фазного тока, т, е. Трансформатор треугольник звезда с нулемТаким образом каждый трансформатор должен быгь намотан на полное линейное напряжение, но для тока, составляющего 58% от линейного. Так как обмотки находятся под полным линейным напряжением, а не под фазным, как у трансформатора с обмотками, соединенными звездою, то изоляция их должна быть относительно более совершенной. Вследствие этого стоимость трансформатора с обмотками треугольник — треугольник болег высокая, чем аналогичного трансформатора с обмотками звезда—звезда.

Несимметричная нагрузка трансформатора с обмотками треугольник—треугольник не дает добавочных магнитных потоков, как у трансформатора с обмотками звезда—звезда. Если бы нагрузка вторичной цепи была односторонняя, то токи проходили бы во всех фазах первичной и вторичной обмоток, как это указано на рис, 126, Вследствие этого ампервитки первичной и вторичной фаз одного и того же стержня уравновесятся, и однофазного и добавочного магнитного потока не будет.

Соединение треугольник — треугольник дает возможность не прерывать работы линии при порче одной из фаз, если трансформирование происходит помош,ью трех однофазных или одного броневого трехфазного трансформатора, В этих случаях просто отключают пострадавший трансформатор или пострадавшую обмотку, не отключая двух других от линии. При трансформировании тока трехфазным броневым трансформатором обмотки пострадавшей фазы замыкают накоротко, предварительно отключив их от обмоток двух других фаз. Последнее необходимо для того, чтобы токи короткого замыкания в них уничтожили часть магнитного потока двух других фаз, замыкающихся через сердечник пострадавшей фазы, чтобы не было, следовательно, высокого напряжения в пострадавших обмотках. При трансформировании тока одним стержневым трехфазным трансформатором изолировать пострадавшую фазу нельзя, так как магнитная цепь у всех фаз общая.

С выходом фазы из работы система двух закрытых треугольников превращается в систему двух открытых треугольников, вследствие чего отдаваемая мощность должна быть понижена до 58% общей мощности трех трансформаторов (или одного трехфазного трансформатора).

D. Треугольник — звезда; звезда — треугольник. Первое соединение обмоток, треугольник—звезда, является обычным у повыси-тельных трансформаторов высокого напряжения и распределительных трансформаторов низкого напряжения при четырехпроводной системе; второе соединение обмоток, звезда—треугольник,—у понизительных трансформаторов подстанции.

Токи и напряжения обмоток, соединенных треугольником, находятся в тех же отношениях к линейному току и напряжению, как и у рассмотренного соединения. Ток в обмотках, соединенных звездою, равен линейному току, а напряжение обмоток в Трансформатор треугольник звезда с нулемраз меньше линейного напряжения, т. е. Трансформатор треугольник звезда с нулемТаким образом, если нейтраль звезды заземлена, то напряжение, действующее на изоляцию обмотки и линии, будет составлять всего 58% от линейного напряжения; на это напряжение и нужно рассчитывать изоляцию линии. Если же нейтраль не заземлена, то изоляцию обмоток следует рассчитывать на полное напряжение, потому что при заземлении линии изоляция подвергается действию полного линейного напряжения.

Трансформатор треугольник звезда с нулем

Необходимо заметить, что и при заземленной нейтрали изоляция может подвергнуться действию напряжения, большего, чем фазное, если заземление нейтрали осуществляется через сопротивление.

Трансформатор с обмотками, соединенными в треугольник — звезда или звезда — треугольник мало чувствителен к несимметричным нагрузкам. Если бы при первичной обмотке, соединенной треугольником, и вторичной обмотке, соединенной звездою с нейтральным проводом, имелась односторонняя нагрузка, то токи проходили бы только через соединенные обмотки одного стержня (рис. 150). Это значит, что магнитное равновесие не было бы нарушено ни на этом стержне, ни на двух других: добавочного потока не было бы. Если бы вторичная цепь не имела нейтрального провода, то при односторонней нагрузке токи проходили бы в двух соединенных фазах. И в этом случае на всех стержнях имелось бы магнитное равновесие, и добавочный магнитный поток отсутствовал бы. Вследствие этого не происходило бы смещения нейтральной точки и не было бы заметной асимметрии фазных напряжений.

Читайте также:  Срок службы текстильных стропов

Трансформатор треугольник звезда с нулем

Последнее обстоятельство служит причиною тому, что трансформаторы с обмотками треугольник — звезда особенно охотно применяют в распределительных сетях (например осветительных). Следует отметить, однако, что порча одного трансформатора или одной фазы трехфазного трансформатора выводит из действия группу треугольник— звезда, так как со стороны вторичной цепи нельзя получить симметричной системы (рис. 151, верхняя группа). Группа звезда — треугольник при той же порче дает возможность работать с мощностью, составляющей 58% от нормальной мощности, при условии, что нейтраль звезды трансформатора будет соединена, например, путем заземления с нейтралью генератора (рис. 150, нижняя группа). Нетрудно видеть, что передача, в которой отправительный трансформатор включен треугольником — звездой с заземленной нейтралью, а приемный трансформатор звездой — треугольником также с заземленной нейтралью, может работать при порче одной фазы у приемного трансформатора. Группа — треугольник у высшего напряжения и звезда у низшего напряжения—применяется в больших распределительных трансформаторах с нагруженным полностью нулевым проводом. Группа — звезда у высшего напряжения и треугольник у низшего напряжения—применяется в главных трансформаторах больших силовых станций и подстанций, не служащих для распределения.

Трансформатор треугольник звезда с нулем

Схемы соединения обмоток

В соответствии с ГОСТ силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ мощностью от 25 до 2500 кВА могут изготавливаться со следующими схемами соединения обмоток:

«звезда/звезда» — Y/Yн-0 ;
«треугольник-звезда» — D/Yн-11 ;
«звезда-зигзаг» — Y/Zн-11 .
Принципиальное отличие технических характеристик трансформаторов с различными схемами соединений обмоток заключается в разной реакции на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности. Это прежде всего однофазные сквозные короткие замыкания, а также рабочие режимы с неравномерной загрузкой фаз.
Как известно, силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ имеют трехстержневой стальной сердечник, на каждом стержне которого располагаются первичная и вторичная обмотки соответствующей фазы — А, В и С. Магнитные потоки трех фаз в симметричных режимах работы циркулируют в стальном сердечнике трансформатора и за его пределы не выходят.
Что происходит при нарушении симметрии с преобладанием нагрузки одной из фаз на стороне 0,4 кВ? Такие режимы работы исследуются с использованием теории симметричных составляющих . Согласно этой теории любой несимметричный режим работы трехфазной сети представляется в виде геометрической суммы трех симметричных составляющих тока и напряжения: это составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей.

* У/УН-0 : обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН – в звезду в выведенной
нейтралью; группа 0;

Трансформатор треугольник звезда с нулем

* Д/УН-11 : обмотка ВН соединена в треугольник, обмотка НН – в звезду с
выведенной нейтралью; группа 11;

Трансформатор треугольник звезда с нулем

* У/ZН-11 : обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН- в зигзаг с выведенной
нейтралью; группа 11.

Трансформатор треугольник звезда с нулем

Для трансформаторов малой мощности (от 25 до 250 кВА), защищаемых предохранителями со стороны ВН, безусловное преимущество имеет схема соединения обмоток Y/Zн-11. Несколько меньший эффект дает схема Y/Yн-0. Схему D/Yн-11 для таких трансформаторов применять не следует.
Схема соединения обмоток трансформаторов D/Yн-11 может применяться в сравнительно редких случаях для более мощных трансформаторов при необходимости ограничения тока однофазного КЗ с целью повышения устойчивости коммутационной аппаратуры.
Предприятиям-изготовителям силовых трансформаторов следует в обязательном порядке производить замеры их сопротивлений нулевой последовательности.