Трифазні трансформатори

Як було зазначено раніше, найбільшого поширення в електричних станціях і підстанціях отримали трифазні трансформатори. Згідно з державним стандартом, початки обмотки ВН позначають літерами A, B, C, а кінці – літерами Х, Y, Z. Початки обмотки НН позначають малими літерами a, b, c, а кінці - x, y, z. Нейтральну точку позначають літерою N.

Обмотки трифазних трансформаторів можуть бути з’єднані зіркою або трикутником. При сполученні зіркою назовні крім лінійних кінців виводять іноді нейтральну точку.

У деяких випадках використовують також з’єднання обмоток за схемою зигзаг, коли фазну обмотку поділяють на дві частини, які розміщені на різних стержнях і з’єднують послідовно. При цьому другу половину обмотки під’єднують зустрічно відносно першої половини.

Схему з’єднання двообмоткового трансформатора позначають у вигляді дробу, в чисельнику якого є позначення схеми з’єднання обмотки ВН, а в знаменнику – обмотки НН (наприклад Y/Y).

Вибір схеми з’єднання обмоток залежить від багатьох факторів. Наприклад, для мереж напругою 35 кВ і більше вигідно з’єднати обмотку трансформатора зіркою і заземлити нульову точку, оскільки при цьому напруга виводів трансформатора та провідників лінії передачі відносно землі буде завжди в разів меншою за лінійну, що дає можливість зменшити вартість ізоляції.

При з’єднанні обмоток трансформатора за схемою Y_н/Y треті гармоніки фазних струмів замикаються через нульовий провідник. При цьому струм неробочого ходу кожної фази має третю гармоніку, а потік є синусоїдним.

При схемі Y/Y шлях для замикання третіх гармонік фазних струмів відсутній і струм неробочого ходу є синусоїдним. Однак крива магнітного потоку спотворюється і має третю гармоніку. Несинусоїдними будуть також і ЕРС фаз. У тристержневому трансформаторі треті гармоніки магнітних потоків фаз не можуть замикатися через стальний магнітопровід, оскільки вони у будь-який момент спрямовані зустрічно. Тому треті гармоніки потоків замикаються через стінки бака, створюючи при цьому додаткові втрати потужності.

Якщо одна з обмоток з’єднана трикутником, то фазні потоки є практично синусоїдними. Це відбувається тому, що в обмотці, яка з’єднана трикутником, треті гармоніки ЕРС викликають струм потрійної частоти, який протікає через фазні обмотки та зменшує треті гармоніки магнітних потоків. Отже, обмотки трансформаторів краще з’єднувати за схемами Y/Δ або Y_н/Δ, що дозволяє практично позбутися третіх гармонік у кривих магнітних потоків і ЕРС.

Групи з’єднань обмоток трансформаторів. З’єднання обмоток ВН і НН зіркою чи трикутником отримують, з’єднуючи відповідним чином затискачі фаз обмоток. Залежно від того, які затискачі фаз обмоток ВН і НН з’єднують разом, змінюється величина кута a зсуву фаз між векторами лінійних напруг первинної та вторинної обмоток трансформатора в режимі неробочого ходу, що взяті між однойменними затискачами. В однофазних трансформаторах кут aдорівнює 0⁰ чи 180⁰, а в трифазних трансформаторах кут a дорівнює ,

де K =0, 1, 2, 3, ... , 11 – ціле число, яке називають групою з’єднання обмоток трансформатора.

Номер групи з’єднання вказують після позначення схеми з’єднання його обмоток, наприклад Y/D–11 абоY/Y– 0. Знання групи з’єднаннь обмоток необхідне при вмиканні трансформаторів на паралельну роботу, коли потрібно з’єднувати рівнопотенціальні затискачі обмоток.

Стандартизовані схеми та групи з’єднань обмоток трифазних трансформаторів наведені у табл.10.2.

Таблиця 10.2 - Стандартизовані схеми та групи сполучень обмоток трифазних двообмоткових трансформаторів

Автотрансформатори

Загальні відомості

Автотрансформатором називають трансформатор, у якого обмотки крім електромагнітного зв’язку мають ще електричне з’єднання.

Автотрансформатори найчастіше використовують для зв’язку мереж близьких за номінальною напругою з заземленою нейтраллю, але роль у нього така сама як і в трансформаторів.

Автотрансформатори можуть бути понижувальними або підвищувальними (рис.10.1), однофазними або трифазними. У трифазного трансформатора обмотки фаз з'єднують зіркою.

Розглянемо роботу понижувального автотрансформатора. У понижувальному автотранс-форматорі (рис.10.1,а) первинна напруга подається на затискачі А і Х. Частина первинної обмотки між затискачами а і х є вторинною обмоткою.

В усталеному режимі роботи первинна напруга рівномірно розподіляється між витками

обмотки АХ. Вторинна напруга дорівнює

= = = , (10.1)

де , - число витків відповідно між точками А і Х, а і х;

= - коефіцієнт трансформації автотрансформатора.

Рис. 10.1- Схема автотрансформатора: а) понижувального, б) підвищувального

В автотрансформаторі розрахункову потужність обох обмоток можна записати у вигляді

= + = ( + ) ∙ (1 ) = (1 ). (10.2)

Із (10.2) випливає, що розрахункова потужність обмоток автотрансформатора менша, ніж потужність обмоток двообмоткового трансформатора при однаковій прохідній потужності ≈ , що передається з первинного кола у вторинне. Фізично це пояснюється тим, що в автотрансформаторі частина енергії передається з первинної обмотки до вторинної не електромагнітним шляхом, а безпосередньо через електричний зв’язок.

Відношення

=1 (10.3)

називають коефіцієнтом вигоди.

Із (10.3) випливає, що перетворення електроенергії вигідно проводити за допомогою автотрансформатора при значенні К близькому до одиниці.