Вопрос Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов

http://leg.co.ua/transformatory/praktika/shemy-soedineniy-obmotok-trehfaznyh-transformatorov.html

При соединении обмоток трехфазных трансформаторов применяют различные схемы соединения. Для практических целей в энергосистемах не требуется большого количества схем соединений обмоток. Так, для мощных трансформаторов применяется одно соединение обмоток ВН в звезду с выведенной нейтралью (Y0), а для обмоток НН — в треугольник (А).

а) Соединение обмоток в звезду
Если соединить концы или начала обмоток трех фаз вместе, то получится соединение в звезду. На рис. 3,а показаны обмотки НН, соединенные в звезду. В нулевой точке соединены все концы обмоток у, z, а к началам а, Ьу с— подводится напряжение от трехфазной сети или генератора. На рис. 3,6 показано то же соединение обмоток НН в звезду, но только в нулевую точку соединены другие концы обмоток, которые прежде присоединялись к сети. При независимой друг от друга работе трансформаторов подобное «переворачивание» одной из обмоток, соединенной в звезду, не имеет значения, по параллельная работа таких трансформаторов, как это будет доказано далее, невозможна. В звезду могут быть соединены различные обмотки трансформатора как ВН и СН, так и НН. Нулевая точка звезды может быть выведена на крышку трансформатора (рис. 3,б).
По схеме звезда или звезда с выведенной нулевой точкой соединяются обычно обмотки ВН как повышающих, так и понижающих трансформаторов различной мощности.

Рис. 3. Соединение обмотки НН в звезду.
а — одна схема соединения; б — другая схема соединения; в — соединение в звезду с выведенной нулевой точкой; г — векторная диаграмма линейных э. д с.
Обмотки ВН при напряжениях 110 кВ и выше предпочтительно соединять в звезду с выведенной нулевой точкой, что дает возможность заземления нейтрали. При этом можно выполнить один конец каждой из фаз, прилегающий к нейтрали, с пониженной изоляцией.

Обмотки НН соединяются в звезду с выведенной нулевой точкой у понижающих трансформаторов тогда, когда напряжение этой обмотки 230 или 400 В при мощностях до 560 кВА. В звезду без выведения нулевой точки обмотки НН соединяются крайне редко, например, у понижающих трансформаторов мощностью 1 000—5 600 кВА при сочетании напряжений обмоток ВН и НН 10 000/6 300 В.
Обычно обмотки НН повышающих трансформаторов, а также большей части понижающих мощных соединяются в треугольник.
Векторная диаграмма линейных э. д. с. для соединения обмоток в звезду строится следующим образом. Откладываем в масштабе вектор ах (рис. 3,г). Так как мы знаем, что концы обмоток л*, //, г электрически соединены, то из точки х под углом 120° к ах откладываем в том же масштабе вектор by. Далее из точки у под углом 120° к вектору by откладываем вектор сг.
При соединении обмотки в звезду с выведенной пулевой точкой можно получить два напряжения (фазное и лилейное). Если измерять напряжение между нулем и какой-либо фазой, то получим напряжения, называемые фазными ((Уф). На рис. 3,г они изображены векторами ха, yb и гс.
Напряжения, измеренные между фазами а и ft, b и с, с и а, называются линейными (междуфазными) напряжениями (U). Эти напряжения па рис. 5-3,г изображены в масштабе ab, be и са. Так как в треугольнике abx угол между векторами ха и yb равен 120°, то зависимость между линейным и фазным напряжениям будет U = = Uфv3 , т. е. линейное напряжение в v3 раз больше фазного. Если трансформатор, обмотки НН которого включены в звезду, имеет линейное напряжение 220 в, то фазное напряжение будет:

б) Соединение обмоток в треугольник
Если соединить конец фазы а (точку х) с началом фазы с, конец фазы с (точка z) с началом фазы b и конец фазы b (точка у) с началом фазы а, то получится соединение в треугольник (рис. 4,а). Соединение в треугольник можно осуществить (рис. 4,6) иначе, соединяя конец фазы а с началом фазы b, конец фазы b с началом фазы с и конец фазы с с началом фазы а.
Векторная диаграмма линейных э. д. с. при соединении обмоток в треугольник по схеме рис. 4,а будет равносторонним треугольником рис. 4,в и г. При соединении в треугольник фазные напряжения будут равны линейным.
В мощных трансформаторах принято одну из обмоток всегда соединять в треугольник. Делается это по следующим соображениям:
Как известно, намагничивающий ток трансформатора имеет несинусоидальную форму, т. е. содержит высшие гармонические. Наибольший удельный вес имеет третья гармоническая. Если все обмотки трансформатора соединить в звезду, то третья гармоническая в намагничивающем токе образоваться не может, так как она будет направлена во всех фазах одинаково: (3 • 120° = 360° = = 0°) и поэтому форма кривой фазного напряжения исказится, что может привести к нежелательным явлениям в эксплуатации. По этим соображениям принято одну из обмоток обязательно соединять в треугольник. Если же почему-либо требуется построить мощный двухобмоточный трансформатор или автотрансформатор с соединением обмоток звезда — звезда (например, трехфазный автотрансформатор), то он снабжается дополнительной третьей обмоткой, соединенной в треугольник, которая в некоторых случаях может даже не иметь внешних выводов.

Рис. 4. Соединение обмоток НН в треугольник.
а — первая схема соединения обмоток в треугольник, б — вторая схема соединения обмоток в треугольник; в — вектора линейных э. д. с фаз a, b и с; г —векторная диаграмма линейных э д с

Обычно в треугольник соединяется обмотка низшего напряжения.
В мощных трансформаторах номинальный ток обмотки НН часто составляет несколько тысяч ампер и конструктивно бывает легче выполнить соединение обмотки в треугольник, так как фазный ток при той же мощности получается в v 3 раз меньшим, чем при соединении в звезду.
В треугольник соединяются обмотки НН всех повышающих и понижающих двухобмоточных и трехобмоточных трехфазных трансформаторов мощностью 5 600 кВА и больше, понижающих трансформаторов мощностью до 5 600 кВА, имеющих на стороне НН напряжения 38,5; 11; 10,5; 6,6; 6,3; 3,3; 3,15 и 0,525 кВ, а также обмотки НН всех мощных однофазных двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов, предназначающихся для соединения в трехфазные группы. Обмотки ВН и СН силовых повышающих и понижающих трансформаторов обычно в треугольник не соединяются.
в) Соединение обмоток в зигзаг — звезду (равноплечий и неравноплечий зигзаг)
Равноплечий зигзаг может быть получен, если соединить по одной из трех схем рис. 5,а, бив концы и начала шести полуобмоток с одинаковыми числами витков (а следовательно, и э. д. е.), расположенных по две полуобмотки на каждой фазе трансформатора.

Рис. 5. Соединение обмотки НН в равноплечий зигзаг.
а —первая схема соединения; б — вторая схема соединения; в — третья схема соединения; г — векторная диаграмма э. д. с. звезды нижних полукатушек; д — векторная диаграмма линейных э. д. с.
Построим векторную диаграмму соединений обмоток в зигзаг согласно схеме рис. 5,а. Начнем построение с нижних полуобмоток, соединенных в звезду. Векторная диаграмма для этих полуобмоток представлена на рис. 5,г. Согласно схеме рис. 5,а начало а' нижней полуобмотки электрически соединено с концом zr верхней.
Вектор г'с должен пойти в направлении, противоположном вектору zc', а потому из точки а'г' (рис. 5,д) откладываем вектор zrc в направлении, противоположном вектору zc'.

Аналогичным образом строим векторы остальных частей обмоток. Обмотка при соединении в зигзаг обычно выполняется двухслойной, причем каждый слой имеет свободные начала и концы.
Один из слоев обмотки наматывают правой намоткой, другой — левой. Делается это для удобства выполнения соединений в зигзаг. При соединении обмотки в зигзаг мы можем получить три различных напряжения.

Схема равноплечего зигзага применяется для нормальных силовых понижающих трансформаторов, для мощностей 25, 40, 63, 100, 160 и 250 кВА в случае, когда при большой несимметрии нагрузок фаз необходимо на стороне питания иметь схему звезды.
Неравноплечий зигзаг получается, если по схемам а, б и в (рпс. 5-5) соединить концы и начала полуобмоток с неодинаковым числом витков. На рис. 6,а и б даны две схемы соединения в неравноплечий зигзаг при отношении числа витков в полуобмотках 1 : 2.
Схема неравноплечего зигзага применяется иногда иностранными фирмами для трансформаторов специального назначения. В нормальных силовых трансформаторах наши заводы эту схему не применяют.
г) Соединение обмоток по схеме А
Если соединить обмотки трансформатора, как показано на рис. 7,а, то получится соединение по схеме А. Схему, как это видно из векторной диаграммы

Рис. 7. Соединение обмотки по схеме А.
а — схема соединений обмоток; б — векторная диаграмма.
(рис. 7,6), можно представить как треугольник а'Ьс', у которого две стороны а'b и cfb имеют дополнительные витки (а'а и с'с).
Для того чтобы получить соединения обмоток, отвечающих векторной диаграмме рис. 7,6, принимают соотношения числа витков на фазах трансформатора, которые должны удовлетворять следующим трем условиям:

т. е. обмотка фазы с должна иметь 2/3 числа витков обмоток фаз а и b.
Нулевой вывод берется от середины обмотки фазы с, и, кроме того, число витков дополнительных участков фаз а и b должно быть одинаково и составлять Уз общего числа витков этих фаз.

Рис. 8. Соединение обмоток в скользящий треугольник.
а — схема соединений обмоток; б—векторная диаграмма.
Эта схема не имеет применения в нормальных силовых трансформаторах и применяется только там, где необходимо иметь соединение обмоток в треугольник и в то же время требуется иметь нулевую точку.
д) Соединение обмоток в скользящий треугольник
На рис. 8 даны схема соединения обмотки и векторная диаграмма скользящего треугольника. Из рассмотрения схемы видно, что изменяя положение концов
а'b'с' (рис. 8,а) и «скользя» ими по обмотке из крайнего верхнего положения к нижнему, можно перейти от треугольника к звезде. При этом могут быть получены все промежуточные положения. Это дает возможность, так же как в схеме неравноплечего зигзага, иметь различные углы сдвига фаз (ф).
Схема скользящего треугольника применяется иногда для трансформаторов, питающих электрические печи. В силовых трансформаторах эта схема не применяется.