Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов

Стандартами установлены условное графическое изображение обмоток, схем их соединения между собой и буквенные обозначения (рис. 1, а, б, в).
Начала фазных обмоток ВН трехфазных трансформаторов обозначают прописными латинскими буквами А, В, С, концы — буквами X, Y, Z. Чередование фаз А, В, С принято считать слева направо, если смотреть на трансформатор со стороны отводов ВН. Начала обмоток НН обозначают строчными латинскими буквами. a, b, с, концы — буквами, х, у, z.
Для трехобмоточных трансформаторов начала обмоток среднего напряжения СН обозначают буквами Ат, Вт, Ст, концы — буквами Хт,
Начала и концы обмоток однофазных трансформаторов обозначают так же, как обмотки первых фаз трехфазных трансформаторов: А—X, Ат—Хт, а—х.
Обмотки, размещенные на стержнях двухстержневой магнитной системы однофазного трансформатора, могут быть соединены параллельно или последовательно. Однако при этом учитывают направление намотки витков обмоток и магнитного поля, которое в стержнях возбужденной магнитной системы направлено противоположно. Если, например, первичной обмоткой является обмотка ВН и подведенным к ней напряжением возбуждена магнитная система, то для получения удвоенной эдс (напряжения) на зажимах а—х последовательно соединенных обмоток направление намотки витков в каждой обмотке должно быть одинаковым и они должны быть соединены по схеме, изображенной на рис. 1, а, а при обмотках с разным направлением намотки витков — по схеме рис. 1,6. При параллельном соединении обмоток с разнонаправленными витками для получения на зажимах а—х эдс (напряжения), индуцированной в одной обмотке, соединение должно быть выполнено по схеме рис. 1, в, а с одинаковым направлением намотки — по схеме рис. 2, г.

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов
Рис. 1. Графическое изображение и буквенное обозначение начал и концов фазных обмоток трехфазного трансформатора: а — обмоток ВН, б — обмоток СН, в — обмоток НН

Если при указанных направлениях намотки витков обмоток схемы с последовательным или параллельным соединением (ошибочно) поменять местами, то результирующее напряжение (эдс) на зажимах а—х будет равно нулю. Такой же результат получится, если схемы соединения оставить без изменения, а на одном из стержней в обмотке изменить направление намотки витков на противоположное. Отсюда следует, что при сборке схемы трансформатора следует внимательно проверять правильность намотки витков обмоток и соответствие их стержням.
Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов
Рис. 2. Возможные схемы соединения обмоток Рис. 3. Обмотки левой (а) одного из напряжений однофазного трансформатора и правой (б) намоток (а, б, в, г)

Для исключения ошибок обмотки трансформаторов подразделяют по направлению на левые и правые.
Левыми называют обмотки, у которых обход витков от начала обмотки идет против часовой стрелки, если смотреть на нее сверху, правыми — по часовой стрелке (рис. 3).
При сборке схем обмоток трансформатора большое значение придается не только получению результирующего напряжения
на его зажимах, но и направлению векторов напряжений первичной и вторичной обмоток, определяющих группу соединения трансформатора, которая является одним из условий возможности включения трансформатора на параллельную работу с другим трансформатором.
Стандартом предусмотрены группы соединений обмоток трансформаторов: нулевая (0) и 11-я.

Таблица 1 Схема и группа соединения обмоток однофазного двухобмоточного трансформатора
Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов

За единицу группы принят угол смещения вектора линейного напряжения обмотки НН относительно соответствующего вектора линейного напряжения обмотки ВН, равный 30°. Смещение отсчитывают от вектора линейного напряжения ВН по часовой стрелке. Группа 0 обозначает совпадение векторов линейных напряжений обмоток НН и ВН, а группа 11 —смещение их на 330° (11X30°). В однофазных трансформаторах группу определяет смещение векторов фазных напряжений.
Получение той или иной группы зависит от направления намотки и схемы соединения обмоток, последовательности соединения фазных обмоток и чередования фаз при сборке схем. При этом большое значение придается направлению намотки обмоток, так как от этого зависит направление эдс, индуцированной в обмотке.
В табл. 1 показано обозначение схемы стандартной — нулевой группы соединения обмоток однофазных двухобмоточных трансформаторов.
Ранее применяемую группу 6 в трансформаторах пересоединяют в нулевую; для этого достаточно обмотки одного из напряжений одного направления заменить на обмотки другого направления, например правые на левые, или перемаркировать их — начало обмотки считать концом, конец — началом.
Фазные обмотки трехфазных трансформаторов (рис. 8) могут быть соединены в звезду — Y , треугольник — А, или зигзаг — эти схемы в тексте обозначают соответственно буквами Y, Д и Z.
Схема соединения в звезду получается, если концы фазных обмоток, например ВН, X, Y, Z трехфазной системы токов, соединить гальванически между собой (рис. 3).
Фазные напряжения Uao, Ubo и UCo обмоток возбужденной магнитной системы (диаграмма справа) определяются разностью
потенциалов между их началами и концами. На векторной диаграмме рисунка они изображены тремя отрезками ЛО, 50 и СО под углом 120° друг к другу, основываясь на том, что в трехфазной симметричной системе токов переменные эдс, токи и напряжения сдвинуты по фазе (времени) на угол 120°. Потенциал точки гальванического соединения концов фазных обмоток равен нулю; ее принято называть нейтралью и обозначать буквой н или 0. Исходящие из нейтрали векторы фазных напряжений (эдс) как бы образуют трехлучевую звезду, отсюда и название схемы — «звезда». Если от нейтрали сделано ответвление проводником, имеющим наружный зажим, то на векторных диаграммах ее обозначают кружком, а на схемах — буквой О (см. рис. 4).

Читать также:  Устройство центробежных насосов типа к

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов
Рис. 3, Соединение фазных обмоток в звезду и векторная диаграмма их напряжений
Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов
Рис. 4. Соединение фазных обмоток в треугольник и векторная диаграмма их напряжений: а — а—у, b—2, с—х; b — a—z, b—x, с—у
Линейные (междуфазные) напряжения UA, UB и Uc обмоток (рис. 3) определяются разностью потенциалов между началами соответствующих фазных обмоток или, что то же самое, геометрической разностью векторов фазных напряжений; они в ѵ3 раза больше фазных — это легко доказывается математически и геометрическим построением.
Схему соединения в треугольник можно получить двумя способами: соединением фазных обмоток, например НН, в последовательности а—у, b—z, с—х (рис. 4, а) или а—г9. b—х, с—у (рис. 4,6). Как видно на диаграммах, разница в соединениях приводит к изменению направлений векторов линейных напряжений (в треугольнике они же и фазные) на 180°. Это обстоятельство имеет существенное значение для получения требуемой группы в трехфазных трансформаторах.
Получение нулевой группы при соединении первичных и вторичных обмоток трансформатора в звезду, показано на рис. 4, а, при этом имеется в виду, что обмотки ВН и НН одного направления.
На векторных диаграммах стрелками обозначены векторы фазных и линейных напряжений, обмоток ВН и НН, на третьей диаграмме (рисунок справа)—векторы линейных напряжений, для примера, фаз В и b при условном совмещении точек А и а диаграмм «звезд». Совпадение их направлений указывает на нулевую группу.
Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов
Рис. 5. Схемы и группы соединений обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора: а — соединение звезда — звезда в нулевую группу; б — соединение звезда — треугольник в одиннадцатую группу

Получение группы 11 при соединении обмоток ВН в звезду, а НН в треугольник показано на рис. 5, б. На диаграммах видно, что векторы линейных напряжений обмоток ВН и НН сдвинуты друг относительно друга по фазе на 330°, это указывает на то, что трансформатор имеет группу 11. В условном обозначении схемы (рис. 5, а) индекс «Н» указывает на то, что от нейтрали сделано ответвление (отвод проводником) на внешний зажим. Построением векторных диаграмм по аналогии можно показать получение групп и схем при соединении фазных обмоток в зигзаг (табл. 2).
Исходя из приведенных пояснений и рисунков следует, что при одних и тех же схемах соединения обмоток можно получать разные группы: при схеме звезда — звезда с нулевой группой легко образуется группа 6; для этого достаточно у обмоток ВН или НН сделать перемаркировку начал и концов, или скажем для примера, обмотки левого направления поменять на правые; при схеме звезда — треугольник с группой 11 получается группа
5, если соединение фазных обмоток треугольника в последовательности а—у; b—z с—х заменить соединением а—z b—х; с—у, а концы х, yf z перемаркировать в «начала» — а, b, с.

Аналогичным пересоединением обмоток можно перейти с группы 5 на 11. Заметим, что группы 6 и 5 устарели, однако часть трансформаторов с этими группами еще имеется в эксплуатации, и при ремонтах их следует пересоединять в стандартные группы.

Таблица 2. Схемы соединения обмоток, векторные диаграммы напряжений и условные обозначения трехфазных двухобмоточных силовых трансформаторов общего назначения (ГОСТ 11677-85)

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов
Комбинирование направления намотки обмоток, чередования фаз, последовательности соединения начала и концов обмоток при сборке схем позволяет получить двенадцать групп соединения. Чтобы исключить ошибки, соединению обмоток для получения требуемых схем и групп уделяют особое внимание.
Группы соединения обмоток параллельно работающих трансформаторов должны быть одинаковыми. Включение на параллельную работу трансформаторов с разными группами недопустимо, так как это приводит к большим уравнительным токам.
Приведенные выкладки в равной степени относятся к трехобмоточным трансформаторам, автотрансформаторам и трансформаторам специального назначения.

Читать также:  Как правильно выбрать утюг для дома

Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторовТрехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки — высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы. Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами A , B , С, конечные выводы — X , Y , Z , а для аналогичных выводов фаз обмотки низшего напряжения применяют такие обозначения: a, b, c, x, y, z.

Каждая из обмоток трехфазного трансформатора — первичная и вторичная — может быть соединена тремя различными способами, а именно:

В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяют либо в звезду, либо в треугольник (рис. 1).

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов

Осветительные сети выгодно строить на высокое напряжение, но лампы накаливания с большим номинальным напряжением имеют малую световую отдачу. Поэтому их целесообразно питать от пониженного напряжения. В этих случаях обмотки трансформатора также выгодно соединять в звезду (Y), включая лампы на фазное напряжение.

С другой стороны, с точки зрения условий работы самого трансформатора, одну из его обмоток целесообразно включать в треугольник.

Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора находят, как соотношение фазных напряжений при холостом ходе:

n ф = U фвнх / U фннх,

а линейный коэффициент трансформации, зависящий от фазного коэффициента трансформации и типа соединения фазных обмоток высшего и низшего напряжений трансформатора, по формуле:

n л = U лвнх / U лннх.

Если соединений фазных обмоток выполнено по схемам "звезда-звезда" или "треугольник-треугольник", то оба коэффициента трансформации одинаковы, т.е. n ф = n л.

При соединении фаз обмоток трансформатора по схеме "звезда — треугольник" — n л = n фV 3 , а по схеме "треугольник-звезда" — n л = n ф / V 3

Группы соединений обмоток трансформатора

Группа соединений обмоток трансформатора характеризует взаимную ориентацию напряжений первичной и вторичной обмоток. Изменение взаимной ориентации этих напряжений осуществляется соответствующей перемаркировкой начал и концов обмоток.

Стандартные обозначения начал и концов обмоток высокого и низкого напряжения показаны на рис.1.

Рассмотрим вначале влияние маркировки на фазу вторичного напряжения по отношению к первичному на примере однофазного трансформатора (рис. 2 а).

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов

Обе обмотки расположены на одном стержне и имеют одинаковое направление намотки. Будем считать верхние клеммы началами, а нижние — концами обмоток. Тогда ЭДС Ё1 и E2 будут совпадать по фазе и соответственно будут совпадать напряжение сети U1 и напряжение на нагрузке U2 (рис. 2 б). Если теперь во вторичной обмотке принять обратную маркировку зажимов (рис. 2 в), то по отношению к нагрузке ЭДС Е2 меняет фазу на 180°. Следовательно, и фаза напряжения U2 меняется на 180°.

Таким образом, в однофазных трансформаторах возможны две группы соединений, соответствующих углам сдвига 0 и 180°. На практике для удобства обозначения групп используют циферблат часов. Напряжение первичной обмотки U1 изображают минутной стрелкой, установленной постоянно на цифре 12, а часовая стрелка занимает различные положения в зависимости от угла сдвига между U1 и U2. Сдвиг 0° соответствует группе 0, а сдвиг 180° — группе 6 (рис. 3).

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов

В трехфазных трансформаторах можно получить 12 различных групп соединений обмоток. Рассмотрим несколько примеров.

Пусть обмотки трансформатора соединены по схеме Y/Y (рис. 4). Обмотки, расположенные на одном стержне, будем располагать одну под другой.

Зажимы А и а соединим для совмещения потенциальных диаграмм. Зададим положение векторов напряжений первичной обмотки треугольником АВС. Положение векторов напряжений вторичной обмотки будет зависеть от маркировки зажимов. Для маркировки на рис. 4а, ЭДС соответствующих фаз первичной и вторичной обмоток совпадают, поэтому будут совпадать линейные и фазные напряжения первичной и вторичной обмоток (рис. 4, б). Схема имеет группу Y/Y — О.

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов

Изменим маркировку зажимов вторичной обмотки на противоположную (рис. 5. а). При перемаркировке концов и начал вторичной обмотки фаза ЭДС меняется на 180°. Следовательно, номер группы меняется на 6. Данная схема имеет группу Y/Y — б.

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов

На рис. 6 представлена схема, в которой по сравнению со схемой рис 4 выполнена круговая перемаркировка зажимов вторичной обмотки. При этом фазы соответствующих ЭДС вторичной обмотки сдвигаются на 120° и, следовательно, номер группы меняется на 4.

Читать также:  Кожух для болгарки 125 с пылеотводом

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов

Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов

Схемы соединений Y/Y позволяют получить четные номера групп, при соединении обмоток по схеме "звезда-треугольник" номера групп получаются нечетными. В качестве примера рассмотрим схему, представленную на рис. 7.

В этой схеме фазные ЭДС вторичной обмотки совпадают с линейными, поэтому треугольник аbс поворачивается на 30° против часовой стрелки по отношению к треугольнику АВС. Но так как угол между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток отсчитывается по часовой стрелке, то группа будет иметь номер 11.

Из двенадцати возможных групп соединений обмоток трехфазных трансформаторов стандартизованы две: "звезда-звезда" — 0 и "звезда-треугольник" — 11. Они, как правило, и применяются на практике.

Схемы "звезда-звезда с нулевой точкой" используют в основном для трансформаторов потребителей напряжением 6 — 10/0,4 кВ. Нулевая точка дает возможность получить напряжение 380/220 или 220/127 В, что удобно для одновременного подключения как трехфазных, так и однофазных приемников электроэнергии (электродвигателей и ламп накаливания).

Схемы "звезда-треугольник" применяют для высоковольтных трансформаторов, соединяя обмотку 35 кВ в звезду, а 6 или 10 кВ в треугольник. Схема "звезда с нулевой точкой" используется в высоковольтных системах, работающих с заземленной нейтралью.

Группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов:

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

  • Δ-соединение, так называемое соединение треугольником, где три фазных обмотки соединены последовательно и образуют кольцо (или треугольник)
  • Y-соединение, так называемой соединение звездой, где все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной точке, называемой нейтральной точкой или звездой
  • Z-соединение, так называемое соединение зигзагом

Естественным выбором для самых высоких напряжений является Y-соединение. В целях защиты от перенапряжения или для прямого заземления имеется нейтральный проходной изолятор.

Соединение треугольником используется на одной стороне трансформатора, другая сторона должна быть соединена звездой, особенно в случаях, если нейтраль соединения звездой планируется для зарядки. Соединение обмотки треугольником обеспечивает баланс ампер-виток для тока нулевой последовательности и каждой фазы соединения звездой, это даёт оптимальный уровень полного сопротивления нулевой последовательности. Без соединения треугольником обмотки ток нулевой последовательности привёл бы к образованию поля токов нулевой последовательности в сердечнике. Если сердечник имеет три стержня, данное поле проникнет сквозь стенки бака и приведёт к выделению тепла. При наличии пяти стержней сердечника или в случае с броневым сердечником, данное поле проникнет между раскрученными боковыми стержнями и полное сопротивление нулевой последовательности повысится. Вследствие этого ток, в случае пробоя на землю может стать настолько слабым, что защитное реле не сработает.

Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать третьей гармонике тока внутри треугольника, образованного тремя последовательно соединёнными фазными обмотками. Третья гармоника тока во всех трёх фазах имеет одинаковое направление. Эти токи не могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой, с изолированной нейтралью.

В случаях, если у сердечника 5 стержней, или он исполнен в броневом варианте недостаток троичных синусоидальных токов в намагничивающем токе может привести к значительным искажениям наведённого напряжения. Обмотка трансформатора соединённая треугольником устранит это нарушение, так как обмотка с данным соединением обеспечит затухание гармонических токов.

Так же в трансформаторах предусмотрено наличие третичной Δ-соединённой обмотки, которая применяется не для зарядки, а для предотвращения искажения напряжения и понижения полного сопротивления нулевой последовательности. Такие обмотки называются компенсационными. Распределительные трансформаторы, которые предназначены для зарядки, между фазой и нейтралью на стороне первого контура, снабжены соединённой треугольником обмоткой. Однако ток в таком соединении может быть очень слабым для достижения минимума номинальной мощности. В подобных случаях высоковольтная обмотка может быть соединена звездой, а вторичная обмотка — зигзагообразно. Токи нулевой последовательности, циркулирующие в двух отводах зигзагообразно соединённой обмотки будут балансировать друг друга, полное сопротивление нулевой последовательности вторичной стороны определяется полем рассеяния магнитного поля между двумя разветвлениями обмоток.

При использовании соединения пары обмоток различными способами, есть возможность достигнуть различных степеней напряжения смещения между сторонами трансформатора.

  • Большие буквы Y — звезда; D – треугольник – для первичной обмотки;
  • маленькие буквы y — звезда; d – треугольник; z – зигзаг – для вторичного напряжения;
  • буква N — означает вывод нейтрального зажима первичной обмотки на клеммную колодку;
  • буква n — означает вывод нейтрального зажима вторичной обмотки на клеммную колодку;

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *