Схема соединения силового трансформатора

Основные схемы соединения трансформаторов тока и реле

При осуществлении защиты применяются различные схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле в первую очередь схема полной звезды, схема неполной звезды и схема включения реле на разность токов двух фаз (рис. 1).

В сельских электрических сетях в настоящее время наиболее часто используют схему неполной звезды. В дифференциальных защитах силовых трансформаторов и блоков генератор — трансформатор, а также в других защитах применяется схема включения трансформаторов тока в треугольник, реле в звезду.

Выбор той или иной схемы соединения определяется целым рядом факторов: назначением защиты, видами повреждений, на которые защита должна реагировать, условиями чувствительности, требованиями простоты выполнения и эксплуатации и т. д.

Рис. 1. Схемы соединения трансформаторов тока и реле: а – полная звезда; б – неполная звезда; в – включение одного реле на разность токов двух фаз.

Рис. 2. Распределение токов в обмотках силового трансформатора при к.з. за ним: а — схема защиты — полная звезда, силового трансформатора— Y/Y-0; б — схема защиты — неполная звезда, силового трансформатора—Y/Δ.

Каждая схема характеризуется своим значением коэффициента схемы, под которым понимают отношение

где Iр — ток, протекающий в обмотке реле; I2.тт — ток во вторичной обмотке трансформатора тока.

В схемах, где реле включается на фазные токи, kсх=1. Для других схем kcx может иметь различные значения в зависимости от вида к. з. Так, для схемы включения одного реле на разность токов двух фаз А и С

На распределение токов в первичных цепях и работу различных схем защит оказывают влияние силовые трансформаторы с соединением обмоток Y/Δ и Y/Y-0.

На рисунке (2, а) показано токораспределение в первичных цепях при коротком замыкании фазы В за трансформатором с соединением обмоток Y/Y-0. При этом в месте короткого замыкания протекает ток только в поврежденной фазе, а со стороны питания — во всех трех фазах. В фазах А и С токи одинаково направлены, равны по значению и в 2 раза меньше тока в фазе В.

В этом и другом подобном случае при двухфазном к. з. за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ (рис. 2,б) схема неполной звезды может иметь пониженную чувствительность, а схема включения реле на разность токов двух фаз отказывает в действии (ток в реле равен 0).

Для замера наибольшего тока к. з. включают дополнительное реле в обратный провод схемы неполной звезды, чтобы повысить ее чувствительность.

При проверке чувствительности защит необходимо учитывать, что наибольший ток со стороны звезды при двухфазном к. з. на стороне треугольника в относительных единицах равен току трехфазного к. з. на стороне треугольника:

а минимальный ток равен его половине:

Для трансформатора с соединением обмоток Y/Y-0 (рис. 2, а)

Схема включения трансформаторов тока и реле определяет нагрузку на трансформатор тока и его погрешности.

В системах с заземленной нейтралью однофазное замыкание на землю является коротким замыканием и может быть обнаружено по возросшему току в фазе.

В сельских схемах электроснабжения однофазные к. з. наблюдаются в сетях с заземленной нейтралью напряжением 0,38 кВ, а простые замыкания на землю — в сетях 6 . 10, 20 и 35 кВ.

Области применения разных схем соединения обмоток

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗНЫХ СХЕМ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК

Отсутствие у изготовителей и заказчиков четкого представления о принципиальных отличиях свойств силовых трансформаторов малой мощности с разными схемами соединения обмоток приводит к ошибкам в их применении. Причем неправильный выбор схемы соединения трансформаторных обмоток не только ухудшает технические показатели электроустановок и снижает качество электроэнергии, но и приводит к серьезным авариям.
Об этом напоминают нижегородские проектировщики Алевтина Ивановна Федоровская и Владимир Семенович Фишман, которые в своем материале акцентируют внимание на разнице в реакции трансформаторов на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности.

СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК И СВОЙСТВА ТРАНСФОРМАТОРОВ

В соответствии с ГОСТ 11677-85 [1] силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ мощностью от 25 до 250 кВА могут изготавливаться со следующими схемами соединения обмоток:

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 [2]. 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.
Рассмотрим режим максимальной однофазной несимметрии – режим однофазного короткого замыкания (ОКЗ) на стороне 0,4 кВ трансформатора со схемой соединения обмоток Д/Yн.
Картина токов симметричных составляющих в обмотках в этом режиме представлена на рис. 1. В неповрежденных фазах на стороне 0,4 кВ геометрическая сумма трех симметричных составляющих тока равна нулю (рабочей нагрузкой фаз пренебрегаем), а в поврежденной фазе эта сумма максимальна и равна току ОКЗ. Его величина определяется известной формулой:

где Uл – линейное напряжение;
R1, R0, X1, Х0 – соответственно активные и реактивные сопротивления прямой и нулевой последовательности.

СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРЯМОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Сопротивления прямой последовательности R1 и X1 трансформаторов с разными схемами соединения обмоток определяются одними и теми же формулами и отличаются незначительно:

Заглянув в каталоги, нетрудно убедиться, что входящие в эти формулы известные величины Ркз и Uк от схем соединения обмоток трансформатора практически не зависят, а следовательно, от них не зависят и сопротивления прямой последовательности.
В отличие от этих сопротивлений, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов с разными схемами соединения обмоток отличаются принципиально.

СОПРОТИВЛЕНИЯ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Рассмотрим картину векторов токов и магнитных потоков в трансформаторе со схемой соединения обмоток Д/Yн (рис. 2).
В таких трансформаторах токи прямой, обратной и нулевой последовательностей протекают как в первичной, так и во вторичной обмотках. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке замыкаются внутри нее и в сеть не выходят. Создаваемые токами нулевой последовательности первичных и вторичных обмоток намагничивающие силы (ампер-витки) направлены встречно и почти полностью компенсируют друг друга, что обуславливает небольшую величину реактивных сопротивлений трансформатора. При этом сопротивления прямой и нулевой последовательностей приблизительно равны: R1 = R0; Х1 = Х0.
В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Zн в аналогичном режиме ОКЗ токи нулевой последовательности протекают лишь по вторичной обмотке трансформатора, однако магнитного потока нулевой последовательности они не создают, что объясняется особенностью схемы Zн – «зигзаг».
Эта особенность состоит в том, что на каждом стержне трансформатора расположено по одной вторичной полуобмотке двух разных фаз (рис. 3). В режиме ОКЗ намагничивающие силы, создаваемые токами нулевой последовательности в этих полуобмотках, направлены встречно и друг друга взаимно компенсируют. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке отсутствуют. В таких трансформаторах сопротивления нулевой последовательности оказываются меньше сопротивлений прямой последовательности: R0 > R1; X0 >> X1.

Рис. 4. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Yн

Следует отметить, что в отличие от сопротивлений прямой последовательности трансформаторов, которые можно рассчитать, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн расчету не поддаются. Их можно определить только экспериментально. Величина этих сопротивлений во многом зависит от конструкции кожуха трансформатора, от величины зазоров между сердечником и кожухом и т.п.
Схема замера сопротивлений нулевой последовательности приведена в ГОСТ 3484.1-88 [3]. К сожалению, в этом документе указано, что такие замеры предприятия-производители проводят по просьбе заказчиков. Вероятно, в последние годы таких просьб от заказчиков не поступает, а изготовители эти замеры самостоятельно не производят, считая, что в них нет необходимости. В результате проектировщики при выполнении расчетов пользуются старыми справочными данными. Однако использовать устаревшую информацию надо чрезвычайно осторожно, ведь конструкции современных трансформаторов, в частности кожухов, а также материалы, из которых они изготовлены, существенно изменились.
Кроме того, имеющиеся на сегодня данные по сопротивлениям нулевой последовательности трансформаторов крайне скудны и противоречивы. Так, согласно замерам Минского трансформаторного завода, выполненным много лет назад, реактивные сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн превышают сопротивления прямой последовательности в среднем в 10 раз. В то же время в ГОСТ 3484.1-88 имеется фраза о том, что эти сопротивления могут отличаться на два порядка. И этим сегодня противоречия не исчерпываются[4].

ПОЧЕМУ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ РЕАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Реальные значения сопротивлений нулевой последовательности знать необходимо, поскольку они определяют величину тока ОКЗ. Чем больше эти сопротивления, тем меньше ток ОКЗ, соответственно труднее осуществить защиту трансформатора.
В нормальных режимах работы большие сопротивления нулевой последовательности при неравномерной загрузке фаз трансформатора на стороне 0,4 кВ приводят к ухудшению качества электроэнергии у потребителя.
Так, если принять R1 = R0, X1 = X0, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток Д/Yн, то получим:

Таким образом, при этих условиях ток ОКЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора будет равен току трехфазного КЗ.
Однако, если R0>>R1 и X0>>X1, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн, то величина тока ОКЗ оказывается значительно меньше тока трехфазного КЗ, то есть Iокз << I3фкз. Какие при этом могут возникнуть трудности с защитой, особенно если она выполнена со стороны обмотки ВН предохранителями 6(10) кВ, можно показать на конкретном примере.
На рис. 5 изображена схема подключения трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ питания собственных нужд (ТСН) ПС 110/35/6 кВ. На ПС с переменным оперативным током такие трансформаторы устанавливаются на ОРУ и подключаются к воздушному вводу, идущему от силового трансформатора к вводной ячейке ЗРУ-6(10) кВ. Защита трансформатора, включая кабель 0,4 кВ до щита 0,4 кВ, выполняется предохранителями 6 кВ. Токи КЗ в конце защищаемой предохранителями зоны – при вводе на щит 0,4 кВ приведены в табл. 1. Как из нее видно, минимальное значение тока КЗ через предохранители 6 кВ имеет место при однофазном замыкании на стороне 0,4 кВ.

Смотрите так же:  Сколько ом заземление дома

Таблица 1. Токи короткого замыкания в конце защищаемой предохранителями зоны за трансформатором 100 кВА, 6/0,4 кВ, Д/Yн при вводе на щит 0,4 кВ

Рис. 5. Схема подключения трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ для питания собственных нужд ПС 110/35/6 кВ

Согласно существующим рекомендациям по условиям отстройки от броска тока намагничивания трансформатора мощностью 100 кВА номинальный ток предохранителей принимается равным Iн.пр = (2 ÷ 3) Iн.тр. В данном случае Iн.пр 2 ·10 А 20. Принимаем Iн.пр = 20 А.

Минимальный отключаемый ток предохранителем типа ПКТ-6 кВ, 20 А согласно каталожным данным составляет Iмин.откл.пр = 240 А, что значительно больше токов КЗ, приведенных в табл. 1.
Таким образом, защита предохранителями типа ПКТ 6 кВ оказывается нечувствительной. Более того, при протекании тока КЗ ниже минимально отключаемого, предохранитель не только не защищает оборудование, но и разрушается сам, вызывая аварию.
В качестве защитного аппарата можно рассмотреть возможность использования предохранителей зарубежных фирм, например марки Merlin Gerin. Номинальный ток предохранителя специалисты компании рекомендуют выбирать из условия Iпр. 0,1с 12 Iном.тр.Пользуясь времятоковой зависимостью, приведенной в [5], определяем, что этому условию удовлетворяет предохранитель Fusarc c номинальным током 20 А, минимальный ток отключения которого равен 55 А. Казалось бы, этот предохранитель надежно защищает электрооборудование, т.к. минимально отключаемый им ток меньше минимального тока КЗ: 62 А 55 А. Однако время отключения данным предохранителем тока КЗ, равного 62 А, составляет 7 с. При таком длительном времени необходимо учитывать эффект спада тока, вызванный увеличением активного сопротивления кабеля вследствие его нагрева [6]. В результате спада тока его значение приближается к минимальному току отключения предохранителя –55 А, что делает защиту ненадежной.
Улучшить надежность защиты можно путем применения силового трансформатора 6/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Y/Zн. В этом случае минимальный ток короткого замыкания через предохранители увеличивается до 80 А, а время его отключения предохранителем сокращается до 0,6 с и защита становится достаточно надежной.
Если же в рассмотренном примере будет применен трансформатор со схемой соединения обмоток Y/Yн, то минимальный ток КЗ через предохранители составит лишь 22 А. Очевидно, что защитить электрооборудование предохранителями 6 кВ при таком токе невозможно. Недостатки трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Yн проявляются и в нормальных режимах работы при неравномерной загрузке фаз. Потери напряжения в более загруженной фазе могут резко возрасти по сравнению с менее за-груженными фазами, особенно при большой загрузке трансформатора и низком cos f нагрузки.
Однако означает ли всё вышесказанное, что трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Yн не должны изготавливаться вообще? Представляется, что это не так. Не всегда большая величина сопротивления нулевой последовательности трансформатора является недостатком. Например, при применении трансформаторов более 1000 кВА может возникнуть проблема устойчивости однофазной коммутационной аппаратуры 0,4 кВ к току ОКЗ. В этом случае большая величина сопротивления нулевой последовательности трансформатора со схемой Y/Yн поможет решить эту проблему.
Что же касается защиты таких трансформаторов, то она решается с помощью релейной защиты и выключателя 6(10) кВ, а с низкой стороны – с помощью вводного автомата.

Для трансформаторов малой мощности (от 25 до 250 кВА), защищаемых предохранителями со стороны ВН, безусловное преимущество имеет схема соединения обмоток Y/Zн. Несколько меньший эффект дает схема Д/Yн. Схему Y/Yн для таких трансформаторов применять не следует.
Схема соединения обмоток трансформаторов Y/Yн 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.

1. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.
2. Ульянов С.А. Короткие замыкания в электрических системах. – М.: Госэнергоиздат, 1952. – 280 с.
3. ГОСТ 3484.1-88 (СТ СЭВ 1070-78). Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний.
4. Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей / Под ред. Большама Я.М., Круповича В.И., Самовера М.Л. и др. – М.: Энергия, 1975. – 696 с.
5. Каталог на предохранители Fusarc Merlin Gerin (стандарт DIN).
6. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.

Схемы соединения обмоток трансформатора Звезда Треугольник Зигзаг. Что это такое.

Соединение обмоток электродвигателя играет важнейшую роль в его правильном функционировании. Подключая **Силовой трансформатор** к системе его запуска, необходимо, в первую очередь, уметь правильно соединить все его обмотки.

Соединение обмоток электродвигателя играет важнейшую роль в его правильном функционировании. Подключая **Силовой трансформатор** к системе его запуска, необходимо, в первую очередь, уметь правильно соединить все его обмотки. Дело в следующем: каждый асинхронный двигатель имеет своё индивидуальное номинальное напряжение питания. Исходя из этого выбирается и соответствующая обмотка, которая является индивидуальной к каждому двигателю.

Основные виды обмоток

Существует довольно большое количество видов обмоток. **Схема соединений распределительного трансформатора** однофазного вида предполагает применение таких видов:

1) треугольник (Δ-соединение) — три фазные обмотки соединяются последовательно в кольцо или треугольник;

2) звезда (Y-соединение) — это соединение в виде звезды, которая соединяет все три обмотки их концами с одной стороны в одной нейтральной точке, называемой звездой;

3) зигзаг — (Z-соединение) — это соединение зигзагом.

Среди многих других факторов, на выбор соединений влияет мощность, которой обладает **Распределительный трансформатор**. Например, для наиболее высоких напряжений часто выбирается Y-соединение. Он лучше всего защищает прибор от перенапряжения, а также напрямую заземляет его. При соединении треугольником и звездой чаще всего комбинируют оба соединения, каждое из которых присутствует на трансформаторе по его разным сторонам.

Особенно это актуально в случаях, когда одну сторону планируют для зарядки. Обычно эту сторону и обматывают звездой. А треугольник в таких случаях даёт баланс между ампером и витком для оптимального уровня полного сопротивления нулевой последовательности. Обмотка треугольником не пропускает ток в сердечник.

Выбор обмоток с учётом напряжения оборудования

Все асинхронные электродвигатели обладают своим номинальным напряжением питания. Поэтому соединения **Звезда**, **Треугольник**, или же их комбинации **Звезда — Звезда**, **Звезда — Треугольник** — выполняют не только соединительную функцию, но определяют напряжение питания.

Известно, что напряжение обмоток, которые соединяются в звезду, в три раза больше, чем напряжение обмоток, которые соединяют в треугольник. Следовательно, применять каждый вид нужно только там, где это оптимально. Тогда правильные соединения обмоток смогут гарантировать правильную работу двигателя в течение многих лет, препятствовать его перегреву, изнашиванию.

Например, если электродвигатель нужно подключить в сеть с напряжением 380 В, с его номиналомUном = 220/380 В все обмотки соединяются в звезду. Если номинал двигателя Uном равняется 380/660 В, то обмотки заключаются в треугольник.

Выведение обмоток и их маркировка

Надо отметить, что **Группа соединений силового трансформатора** типов Δ и Y — это важнейшая составляющая не только работы всего двигателя. Важнейшую роль здесь играет и обеспечение оптимального взаимодействия трансформатора с другим оборудованием. Правильное выведение свободных обмоток — залог такого успешного «сотрудничества». Выводы обмоток выводятся на клеммник в таком виде, чтобы соединение схемы было предельно простым. Соединение концов в звезду, предполагает, что при этом перемычки устанавливаются по горизонтали в один ряд, их соединяют три клеммы. Соединяя обмотки в треугольник, следует перемычки устанавливать вертикально, соединяя три пары контактов.

Неопытные мастера могут столкнуться с проблемой маркировки обмоток. Она обязательна, так как при выводе концы могут перепутаться. Особенно это актуально при схемах **Звезда** и **Треугольник**. Например, при обмотке стартора делается 3 обмотки, каждая имеет 2 вывода, всего 6.

Сначала нужно определить при помощи омметра выводы для каждой катушки. Ставим обозначения: для первой катушки это С1-С4, для второй С2-С5, для третьей С3-С6. Так, С1, С2, С3 — это начала катушек, всё остальное — концы. Далее соединяем концы второй и третьей катушек с их началами, подводим переменный ток 220 В.

Измеряем наличие напряжения в 3-й катушке. Если его нет, катушки соединены встречно, а значит, С1-С4, С2-С5 подписаны верно. Если напряжение обнаружено, меняем маркировку 1-й или 2-й катушки. Проверяем, если третья обмотка обесточена, 1 и 2 являются правильными. Маркировка 3 катушки определяется так: конец С6 соединяем с любым другим — С4, С5. Если на не подключенной обмотке есть напряжение, меняем надпись на 3-й обмотке. Если напряжения нет, то всё правильно.

Для того, чтобы правильно сделать соединение обмоток, необходимо как можно тщательнее изучить все нюансы по данной тематике. На самом деле, в этом нет ничего сложного. Если же вы испытываете трудности в том, чтобы со всем этим самостоятельно разобраться, лучше доверить такую работу опытным специалистам, ведь с электричеством не шутят.

13. Схемы соединений силовых трансформаторов. Режимы нейтралей трансформаторов.

Схемы соединенй обмоток: звезда — Y, звезда c выведенной нейтралью — Y-0, треугольник — . Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток условно обозначает группу соединений.

В трехфазном трансформаторе может быть 12 групп соединений обмоток, причем при соединении в звезду можно получить любую четную группу — 2,4,6,8,10,0. При соединении звезда — треугольник или треугольник — звезда можно получить любую нечетную группу — 1,3,5,,9,11.

При напряжениях трансформаторов U=6,10,35кВ соединеня могут быть и звезда и треугольник, при U110кВ — звезда с нулем Y-0. От режима нейтрали трансформатора зависят режимы нейтралей сетей.

На рисунке 2. Показаны схемы и группы соединений обмоток: Y/D — 11 группа, Y-0/D/Y-0 — 0-11 группы, Y/D/D — 11-11.

В таблице 2.1 приведены распространенные группы соединений трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов

Рисунок 2.7 — Схемы соединения обмоток

Смотрите так же:  Высоковольтные провода киа сид

а) двухобмоточного с группой соединений 11, б) трехобмоточного 0-11, в) двухобмоточного с расщепленной обмоткой 11-11

Режимы работы нейтралей в электроустановках

Нейтралью электроустановки называют общую точку обмотки генератора или трансформатора соединенной в звезду. Нейтральная точка может быть изолированной или заземленной. Это в значительной степени определяет условия работы электроустановки, уровень изоляции, токи короткого замыкания, значения напряжения перенапряжения.

По режиму нейтрали электрические сети и электроустановки делят на четыре группы:

— сети с изолированными нейтралями;

— сети с резонансно-заземленными нейтралями;

— сети с эффективно-заземленными нейтралями;

— сети с глухозаземленными нейтралями.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициент замыканияна землю в трехфазной электрической сети определяется отношением разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление.

Заземлением называется преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

К сетям с изолированными нейтралями и сетям с резонансно-заземленными нейтралями относятся сети напряжением 3, 6, 10, 35кВ.

Соединение обмоток оборудования треугольником и звездой с изолированной нейтралью в сетях создают сети изолированной нейтралью.

Соответственно в сетях с изолированными нейтралями в нормальном режиме напряжение фаз относительно земли симметричны. Емкостная составляющая линий сетей обычно не превышает 5А. В случае замыкания на землю напряжение фаз возрастают до линейного значения . С учетом емкостной составляющей тока напряжение поврежденной фазы выше нуля, практически несколько меньше фазного, если замыкание проходит через некоторое переходное сопротивление.

Поэтому при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью треугольник напряжений не искажается и потребители, включенные на междуфазное напряжение продолжают работу. При этом необходимо учесть, что изоляция фаз должна быть рассчитана на междуфазное напряжение. В электроустановках до 35 кВ стоимость изоляции позволяет некоторое удорожание по отношении к стоимости основного оборудования подстанций, поскольку не является определяющей. В то же время работа с замкнутой на землю фазой в одной точке, опасна замыканием в другой точке сети. Поэтому в сетях с изолированной нейтралью необходим постоянный контроль изоляции и сигнализация о ее повреждениях.

Работа сети с изолированной нейтралью применяется и при напряжении до 1кВ. Эти сети обеспечивают высокий уровень электробезопасности и их применяют для передвижных установок, торфяных разработок и шахт. Для защиты от пробоя изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений в нейтрали или в каждой фазе трансформатора устанавливается пробивной предохранитель.

Если в указанных сетях ток замыкания на землю выше допустимых норм, то для снижения тока в сетях применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы это сеть с резонансно-заземленными нейтралями. Дугогасящие реакторы L1 и L2 должны устанавливаться на узловых подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не менее чем тремя линиями, на рисунке 2.13 показано их расположение. При компенсации сетей генераторного напряжения реакторы располагают вблизи генераторов.

Рисунок 2.13 — Подключение дугогасящих реакторов в сетях с резонансно-заземленными нейтралями

При подключении дугогасящих реакторов через специальные трансформаторы или трансформаторы собственных нужд по мощности соизмеримые с мощностью реакторов, необходимо учитывать их взаимное влияние. Это влияние сказывается в уменьшении действительного тока компенсации по сравнению с номинальным током из-за наличия последовательно включенного с реактором сопротивления обмоток трансформатора.

где — номинальный ток дугогасящего реактора,

— напряжение КЗ трансформатора,

— номинальная мощность трансформатора.

Особенно резко ограничивающее действие обмоток трансформатора проявляется при использовании схемы соединений Y/Y, заземление нейтрали показано на рисунке 2.14а. Так при однофазных КЗ на землю индуктивное сопротивление примерно в 10 раз больше, чем при междуфазных КЗ.

Поэтому реактор лучше подключать к трансформатору со схемой Y/. Но следует иметь ввиду, что он создает при однофазном КЗ дополнительную нагрузку и приводит к повышению нагрева.

Допустимая мощность реактора при условии, соs1

.

где — максимальная мощность нагрузки.

При допустимой перегрузке трансформатора мощность реактора

.

Сети 110кВ и выше относятся к сетям с эффективно заземленной нейтралью. В выборе способа заземления нейтрали определяющим фактором является стоимость изоляции, схема заземления нейтрали на рисунке 2.14б.

Рисунок 2.14 — Заземление нейтралей в сетях

а) с резонансно — заземленной, б) с эффективно – заземленной

Применение эффективного заземления нейтрали при однофазных КЗ создает напряжение в исправных фазах примерно 0,8 междуфазного в нормальном режиме. Это основное преимущество таких сетей. Недостатки эффективного заземления нейтрали

1) При однофазном КЗ образуется короткозамкнутый контур через землю и нейтраль источника с малым сопротивлением, что создает большие токи. Для предотвращения последствий необходима быстродействующая релейная защита. Поскольку большая часть однофазных КЗ в таких сетях является самоустраняющейся, то эффективно применение устройств автоматического повторного включения (АПВ).

2) Для отвода больших значений тока КЗ необходимо сооружение сложных контуров заземления распределительных устройств.

3) При большом количестве заземленных нейтралей трансформаторов ток однофазного КЗ может превысить ток трехфазного. В таком случае для его снижения применяется разземление нейтралей на 110-220кВ.

Сети с глухо заземлённой нейтралью выполняются на напряжение до 1000В. Это сети, приближенные к технологическому оборудованию, требования, к безопасности которых высокие. Питание трехфазных и однофазных приемников в этих сетях выполняется одновременно. Чтобы обеспечить питание однофазных приемников от нулевой глухо заземлённой точки применяется нулевой рабочий проводник.

Выбор схемы соединения обмоток трансформатора

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.

Схема соединения силового трансформатора

Нарушения магнитного состояния трансформатора почти не получается. Если бы мы привели вторичную обмотку к первичной, т. е. положили то токи в соответствующих фазах (на рис. 146а в фазах А и а) были бы равны между собою, т. е.. 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 а в двух других фазах по

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

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

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

Смотрите так же:  Видимое заземление щита

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 —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 . 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 должны дать замкнутый равносторонний треугольник. Но последние векторы не могут дать замкнутого равностороннего треугольника. Такой треугольник мы получим, если сместим нейтральную точку О в точку на расстоянии . В этом случае векторы уже 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 фазного 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 фазного 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.

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.

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 раз больше фазного тока, т, е. Таким 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 раз меньше линейного напряжения, т. е. Таким 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.

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.

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.

Похожие статьи:

  • Две фазы на выключатель Как подключить двухклавишный выключатель? Не ругайте сильно если тема уже сто первая. Снимаю квартиру, там в большой комнате сломался веревочный выключатель. Люстра двух режимная, из потолка там где была коробка выключателя, торчат три […]
  • Рассчитать сечение высоковольтного кабеля Электрофорум для электриков и домашних мастеров Меню навигации Пользовательские ссылки Объявление Информация о пользователе Вы здесь » Электрофорум для электриков и домашних мастеров » Общий электротехнический форум » Как рассчитать […]
  • Наклейка 220 вольт над розеткой Наклейки на розетки 220 вольт Табличка безопасности "220В". Наклейка на розетку 220 вольт Изготавливаем как обычные так и светящиеся в темноте наклейки (таблички) на розетки 220 вольт. Размеры возможны любые от 1 см на 2см, 2см на 3см и […]
  • Плоская рамка из провода сопротивлением Для того, чтобы оценить ресурс, необходимо авторизоваться. Учебное пособие к практическим занятиям и выполнению индивидуальных домашних заданий по физике включает разделы: "Электростатика" и "Электромагнетизм". Пособие написано с […]
  • Преобразователь из 220 в 120 вольт Преобразователь из 220 в 120 вольт +380442339466 +380632339466 +380958920021 +380979796526 Вас может заинтересовать! Преобразователи 220-110 Вольт от производителя Понижающие автотрансформаторы предназначены для питания переменным […]
  • Выбор провода по мощности сип Выбор сечений изолированных проводов СИП Сечения изолированных проводов СИП до 1 кВ выбирают по экономической плотности тока и нагреву при числе часов использования максимума нагрузки более 4000 - 5000, при меньшей продолжительности […]