Группы соединения трансформаторов
Мы уже рассмотрели соединение трансформаторов в треугольник, звезду и зигзаг. Теперь остановимся более подробно на группах соединения трансформаторов. Обмотки низкого, среднего и высокого напряжения трансформаторов могут соединяться по-разному – в треугольник, звезду, реже зигзаг, образуя схему соединения обмоток трансформатора.
Схема соединения – это сочетание схем соединения обмоток высшего и низшего напряжения для двухобмоточного трансформатора или обмоток высшего, среднего и низшего для трехобмоточного трансформатора. Однако, несмотря на различное соединение обмоток, схемы могут давать одинаковый сдвиг между одноименными векторами напряжения. Несколько схем, дающих одинаковый по величине угол сдвига фаз, образуют группу соединения.
Основных групп может быть 12. Для удобства представляют циферблат стрелочных часов. Каждой группе соответствует угол кратный 30 градусам от 0 до 360 градусов. Они отмечаются на циферблате часов, через один час, каждому часу соответствует сдвиг в 30 градусов. 360 градусов – 12 часов.
Групп 12 и имеется следующая закономерность – четные группы (2,4,6,8,10,12) образуются, если с высокой и низкой стороны одинаковое соединение (треугольник-треугольник, звезда-звезда). Нечетные группы (1,3,5,7,9,11) образуются, если с высокой и низкой сторон различное соединение (треугольник-звезда).
В ГОСТ 30830-2002 пишется, что вектор фазы А ВН откладывается параллельно и сонаправленно стрелке на 12 часов. Порядок фаз идет А-В-С, движение векторов на циферблате осуществляется против часовой стрелки.
Чтобы построить треугольник, сначала надо построить звезду, а потом вписать ее в треугольник.
Вот, например, двухобмоточный трехфазный трансформатор со схемой Y/Д-11, для примера. Где Y-значит звезда с высокой стороны, Д-треугольник с низкой стороны, между ними угол 360 градусов.
Если трансформатор трехобмоточный, то может быть (возьмем ради примера) Y0/Y/Д-12-5. Все как и в прошлом примере, только добавилась обмотка среднего напряжения. В этом примере обмотка ВН – звезда с нулем, СН – звезда, НН – треугольник. Сдвиг между обмотками ВН и СН – 12 часов, между ВН и НН – 11 часов (или 0 часов). Между СН и НН – 11 часов, про это писалось выше.
Существуют определенные действия с выводами обмоток, выполнив которые, можно добиться определенного результата группами трансформаторов.
- если по-порядку циклически перемаркировать фазы А-В-С(а-b-c) на В-С-А(b-c-a), то группа изменится на 4 (как в большую, так и в меньшую сторону)
- двойная перемаркировка двух фаз, на стороне ВН и НН, изменяют нечетную группу на плюс минус 2
- если поменять местами две фазы на одной из сторон (ВН или НН), то трансформатор потеряет группу и его запрещено будет включать на параллельную работу с другим трансформатором
Схемы групп соединения обмоток 3ф. 2обм. трансформаторов
Существует огромное множество схем соединения обмоток, некоторые из них образуют группы соединения трансформаторов. Рассмотрим некоторые из них, а именно схемы со звездой и треугольником с группами от 1 до 12.
Также схематично представим обозначения вводов на крышке трансформатора и векторные диаграммы.
12 группа (Y/Y-12, Д/Д-12)
Рисунок 1 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 12
11 группа (Y/Д-11, Д/Y-11)
Рисунок 2 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 11
10 группа (Д/Д-10, Y/Y-10)
Рисунок 3 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 10
9 группа (Y/Д-9, Д/Y-9)
Рисунок 4 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 9
8 группа (Y/Y-8, Д/Д-8)
Рисунок 5 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 8
7 группа (Y/Д-7, Д/Y-7)
Рисунок 6 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 7
6 группа (Y/Y-6, Д/Д-6)
Рисунок 7 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 6
5 группа (Y/Д-5, Д/Y-5)
Рисунок 8 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 5
4 группа (Y/Y-4, Д/Д-4)
Рисунок 9 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 4
3 группа (Y/Д-3, Д/Y-3)
Рисунок 10 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 3
2 группа (Y/Y-2, Д/Д-2)
Рисунок 11 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 2
1 группа (Y/Д-1, Д/Y-1)
Рисунок 12 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 1
Укажем некоторые особенности отдельных схем:
Схема Y0/Y-12 получается из схемы Y/Y-12 соединением нулевого ввода трансформатора с нейтралью звезды;
Схема Д/Д-12 – обе обмотки выполнены левыми, если же одну из обмоток выполнить правой, то выйдет схема Д/Д-6.
Схема Д/Д-10 – обе обмотки левые, если одну из обмоток выполнить правой, то получится схема Д/Д-4;
Схему Д/Д-8 можно получить, если в схеме Д/Д-2 одну из обмоток выполнить правой.
Схему Y/Д-5 можно получить, если в схеме Y/Д-11 одну из обмоток выполнить правой, а вторую левой.
Далеко не все из представленных схем широко распространены, однако, их знание не будет лишним.
Схемы соединений обмоток треугольник и звезда для чайников.
.png)
Наиболее распространенный вопрос у начинающих изучения устройства трансформаторов или иных электротехнических устройств это «Что такое звезда и треугольник?». Чем же они отличаются и как устроены, попробуем разъяснить в нашей статье.
Рассмотрим схемы соединений обмоток на примере трехфазного трансформатора. В своем строении он имеет магнитопровод, состоящий из трёх стержней. На каждом стержне есть две обмотки – первичная и вторичная. На первичную подается высокое напряжения, а со вторичной снимается низкое напряжение и идет к потребителю. В условном обозначении схема соединений обозначается дробью (например, Y⁄∆ или Y/D или У/Д), значение числителя – соединение обмотки высшего напряжения (ВН), а значение знаменателя – низшего напряжения (НН).
Каждый стержень имеет как первичную обмотку так и вторичную (три первичных и три вторичных обмотки). У каждой обмотки есть начало и конец. Обмотки можно соединить между собой способом звезда или треугольник. Для наглядности обозначим вышеперечисленное схематически (рис. 1)
При соединении звездой, концы обмоток соединяются вместе, а из начал идут три фазы к потребителю. Из вывода соединений концов обмоток, выводят нейтральный провод N (он же нулевой). В итоге получается четырёх — проводная, трёхфазная система, которая часто встречается вдоль линий воздушных электропередач.(рис. 2)
Преимущества такой схемы соединения в том, что мы можем получить 2 вида напряжения: фазное (фаза+нейтраль) и линейное. В таком соединении линейное напряжение больше фазного в √3 раз. Зная, что фазное напряжение дает нам 220В, то умножив его на √3 = 1,73, получим примерно 380В – напряжение линейное. Но что касается электрического тока, то в этом случае фазный ток равен линейному, т.к. что линейный, что фазный токи одинаково выходят из обмотки, и другого пути у него нет. Так же стоит отметить что только в соединении звезда имеется нейтральный провод, который является «уравнителем» нагрузки, чтобы напряжение не менялось и не скакало.
Рассмотрим теперь соединение обмоток треугольником. Если мы конец фазы А, соединим с началом фазы В, конец фазы В соединим с началом фазы С, а конец фазы С соединим с началом фазы А, то получим схему соединения обмотки треугольником. Т.е. в этой схеме обмотки соединены последовательно. (рис. 3)
В основном такая схема соединения применяется для симметричной нагрузки, где по фазам нагрузка не изменяется. В таком соединении фазное напряжение равно линейному, а вот электрический ток, наоборот, в такой схеме разный. Ток линейный больше фазного тока в √3 раз. Соединение обмотки треугольником обеспечивает баланс ампер-виток для тока нулевой
последовательности. Простыми словами, схема соединения треугольником обеспечивает сбалансированное напряжение.
Подведем итоги. Для базового определения схем соединения обмоток силовых трансформаторов, необходимо понимать, что разница между этими соединениями состоит в том, что в звезде все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной (нейтральной) точке, а в треугольнике обмотки соединены последовательно. Соединение звезда позволяет нам создавать два вида напряжения: линейное (380В) и фазное (220В), а в треугольнике только 380В.
Выбор схемы соединения обмоток зависит от ряда причин:
- Схемы питания трансформатора
- Мощности трансформатора
- Уровня напряжения
- Асимметрии нагрузки
- Экономических соображений
Так например, для сетей с напряжением 35 кВ и более выгодно соединить обмотку трансформатора схемой звезда, заземлив нулевую точку. В данном случае получится, что напряжение выводов трансформатора и проводов линии передачи относительно земли будет всегда в √3 раз меньше линейного, что приведёт к снижению стоимости изоляции.
На практике чаще всего встречаются следующие группы соединений: Y/Y, D/Y, Y/D.
Группа соединений обмоток Y/Y (звезда/звезда) чаще всего применяется в трансформаторах небольшой мощности, питающих симметричные трёхфазные электроприборы/электроприемники. Так же иногда применяется в схемах большой мощности, когда требуется заземление нейтральной точки.
Группа соединения обмоток D/Y (треугольник/звезда) применяется, в основном в понижающих трансформаторах больших мощностей. Чаще всего трансформаторы с таким соединением работают в составе систем питания токораспределительных сетей низкого напряжения. Как правило, нейтральная точка звезды заземляется, для использования как линейного, так и фазного напряжений.
Группа соединений обмоток Y/D (звезда/треугольник) используется, в основном, в главных трансформаторах больших силовых станций и подстанций, не служащих для распределения.
Соединение в треугольник, звезду и зигзаг
Перед рассмотрением вопросов о группах соединений трансформаторов рассмотрим основные виды соединения обмоток силовых трансформаторов.
Соединение обмоток трансформатора в звезду
При соединении в звезду действуют следующие соотношения –
- линейные токи равны фазным,
- линейные напряжения больше фазных в √3 раз
Возможно множество вариантов соединения обмоток трансформатора в звезду, некоторые из них приведены на рисунке ниже. И, как говорится, не все из них одинаково полезны, а точнее, для разных случаев необходима разная схема соединений.
Следует отметить, что в звезду можно соединить как один трехфазный трансформатор, так и три однофазных. На рисунке обозначаются:
- А, В, С – начала обмоток высшего напряжения
- Х, Y, Z – окончания обмоток высшего напряжения
- a, b, c – начала обмоток низкого напряжения
- x, y, z – окончания обмоток низкого напряжения
Соединение обмоток трансформатора в треугольник
Соединение в треугольник так называется из-за внешнего сходства с треугольником (видно на рисунке).
При соединении в треугольник действуют следующие соотношения –
- линейные токи больше фазных в √3 раз
- линейные напряжения равны фазным
Три вторичные обмотки, при соединении в треугольник соединены последовательно, образуя тем самым замкнутую цепь. В этой цепи отсутствует ток, так-как ЭДС фаз сдвинуты на 120 градусов и их сумма в каждый момент времени равна нулю. Так же ток равен нулю при соблюдении тотчасно следующих условий – ЭДС имеют синусоидальную форму, обмотки имеют одинаковые числа витков.
Звезда и треугольник в вопросе о третьих гармониках трансформаторов
В трансформаторах схему треугольник используют кроме прочего для получения токов третьих гармоник, которые необходимы для создания синусоидальной ЭДС вторичных обмоток. Другими словами, для исключения третьей гармонической составляющей в магнитном потоке.
Чтобы ввести третьи гармоники при соединении в звезду — соединяют нейтраль звезды с нейтралью генератора, по этому пути и начинают пробегать третьи гармоники.
Соединение обмоток трансформатора в зигзаг
Соединение в зигзаг используется в случае, если на вторичных нагрузках неравномерная нагрузка. После соединения в зигзаг нагрузка распределяется более равномерно по фазам и магнитный поток трансформатора сохраняет равновесие, несмотря на неравномерную нагрузку.
Рассмотрим соединение в зигзаг-звезду трехфазного силового трансформатора. Схематично изображение приведено на рисунке.
Первичные обмотки соединяются в звезду. Далее разделяем каждую вторичную обмотку напополам. И далее соединяем, как показано на рисунке.
При соединении в зигзаг-звезду потребуется большее число витков, чем при простой звезде. Также при таком соединении возможно получение трех классов напряжения, например 380-220-127В.