Включение трансформаторов в трехфазной сети

Устройство включения трехфазного трансформатора

Владельцы патента RU 2621704:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к трансформаторам среднего напряжения, и может быть использовано для ограничения пусковых токов при включении их на холостой ход. Технический результат заявляемого устройства — расширение функциональных возможностей, обеспечивающее выявление межвитковых замыканий в обмотках трансформатора, а также многократное уменьшение пусковых токов и повышение быстродействия процесса включения трансформатора на холостой ход. Технический результат достигается тем, что в устройстве включения трехфазного трансформатора, содержащем выключатель, соединенный главными цепями с фазами питающей сети и обмотками трансформатора, пусковые резисторы, контактор, датчики тока и устройство контроля уровня пускового тока с элементами управления контактора и выключателя, при этом пусковые резисторы пофазно последовательно соединены с главными цепями контактора, датчиками тока и подключены параллельно главным цепям выключателя. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовым трансформаторам среднего напряжения, и может быть использовано для ограничения пусковых токов при включении их на холостой ход.

Известны устройства включения трехфазного трансформатора с помощью коммутационных аппаратов, например выключателей или контакторов (Лурье А.И. Процесс включения трансформатора на холостой ход и короткое замыкание, журнал «Электротехника», 2008 г., №2, стр. 2-18). Процесс включения трехфазного трансформатора сопровождается броском тока в его обмотках, величина которого соизмерима с ударным током короткого замыкания. При этом обмотки и магнитопровод трансформатора подвергаются ударному воздействию электродинамических сил, что приводит к сокращению срока эксплуатации трансформатора, а также к значительным искажениям напряжения питающей сети и ложным срабатываниям релейной защиты.

Известен способ снижения токов при многократных коммутациях трансформатора (RU 2093943C1, опубликовано 20.10.1997 г.). При отключении трансформатора от питающей сети, предшествующему его очередному включению, размыкание контактов выключателя производят в определенный момент времени, отсчитываемый от начала периода возрастания напряжения в одной из ее фаз, а замыкание контактов выключателя при очередном подключении трансформатора к сети производят в момент времени, отсчитываемый от того же, как в предшествующем выключении, начала периода возрастания напряжения в той же самой фазе сети.

Известно устройства для снижения бросков тока при включении трансформатора, RU 108233U1 опубликовано 10.09.2011 г.), содержащее подключенный к питающей сети выключатель, систему управления выключателем, трансформатор напряжения и устройство синхронного включения трансформатора. Последнее содержит блок синхронизации с напряжением сети, блок настройки момента включения, запоминающее устройство, формирователь сигналов управления.

Общими недостатками известных способов и устройства снижения броска токов при включении трансформатора являются:

— неработоспособность при первоначальном включении трансформатора по причине отсутствия процедуры его отключения;

— практически не достигается существенное снижение броска тока при включении трансформатора из за разновременности замыкания контактов выключателя. У быстродействующих выключателей среднего напряжения 6/10 кВ, например типоисполнения BB/TEL, указанный параметр составляет

4 мс, а требуемая точность временного интервала для снижения броска тока при включении трансформатора должна быть не более , при ƒ=50 Гц, равная ±1,6 мс.

Известно устройство безударного включения трансформатора на холостой ход (RU 127270 U1, опубликовано 20.04.2013 г.), содержащее блок тиристоров, соединенный по цепям входов с фазами трехфазной питающей сети, а по цепям выходов с фазами обмотки трехфазного трансформатора, и систему управления, обеспечивающую подключение обмоток трансформатора к питающей сети за два такта без броска токов, а именно в режим установившегося значения холостого тока. Основной недостаток данного устройства — высокая стоимость устройства, соизмеримая со стоимостью трехфазного трансформатора мощностью (1,0-1,5) МВт.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и взятому за прототип является способ включения трансформатора (RU 2481692 C2, опубликовано 10.05.2013 г.), основанный на том, что первичную обмотку силового трансформатора подключают напрямую к источнику электроэнергии после синхронизации, отличающийся тем, что в схему вводится трансформатор малой мощности, первичную обмотку которого соединяют с источником электроэнергии, а вторичную через RL-цепь подключают к вторичной обмотке силового трансформатора, устройством синхронизации выполняют синхронизацию напряжений на стороне первичной обмотки силового трансформатора и источника электроэнергии. Устройство включения трансформатора по прототипу содержит силовой трансформатор, подключенный к питающей сети через выключатель, вспомогательный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с питающей сетью, RL-цепь и устройство синхронизации, при этом RL-цепь подключена между вторичными обмотками трансформаторов, а устройство синхронизации подключено параллельно выключателю. В прототипе включение силового трансформатора выполняется в два этапа. На первом этапе подается напряжение на вторичную обмотку силового трансформатора через вспомогательный трансформатор и токоограничивающую RL-цепь (пусковые резисторы и токоограничивающие реакторы). На втором этапе проверяется соответствие напряжения на первичной обмотке силового трансформатора напряжению питающей сети с помощью устройства синхронизации и подается команда на прямое подключение трансформатора к питающей сети через выключатель. Данное устройство позволяет значительно снизить пусковой ток силового трансформатора.

Недостатками прототипа являются:

— неспособность выявления межвитковых замыканий в обмотках силового трансформатора из-за принятого в нем алгоритма определения выхода силового трансформатора в установившейся режим работы на холостом ходу по разности напряжений на контактах невключенного выключателя с помощью устройства синхронизации.

— невысокое быстродействие из-за наличия вспомогательного трансформатора и токоограничивающих реакторов, затягивающих процесс выхода силового трансформатора в установившийся режим работы холостого хода.

Технический результат заявляемого изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, обеспечивающее выявление межвитковых замыканий в обмотках трансформатора, а также многократное уменьшение пусковых токов и повышение быстродействия процесса включения трансформатора на холостой ход.

Технический результат достигается тем, что в устройстве включения трехфазного трансформатора, содержащем выключатель, соединенный главными цепями с фазами питающей сети и обмотками трансформатора, пусковые резисторы и нагрузку. Выключатель выполнен с входом управления. Введены контактор с входом управления, датчики тока, трехфазный диодный выпрямитель, пороговый элемент, инвертор, логические элементы «3И», «2И», первый и второй RS-триггеры, элемент временной задержки и таймер с входами «Пуск» и «Сброс». При этом выходы датчиков тока соединены с входами трехфазного диодного выпрямителя, выходом соединенного с входом порогового элемента, выход которого соединен через инвертор с первым входом логического элемента «3И» и непосредственно с первым входом логического элемента «2И» и S-входом первого RS-триггера. Прямой выход первого RS-триггера подсоединен к входу элемента временной задержки, а его выход — к вторым входам логических элементов»3И», «2И». Выход логического элемента «3И» подключен к входу управления выключателя. Выход логического элемента «2И» подключен к S-входу второго RS-триггера, а его инверсный выход — к третьему входу логического элемента «3И» и входу «Сброс» таймера. Выход таймера подключен к входу управления контактора. Пусковые резисторы пофазно последовательно соединены с главными цепями контактора, датчиками тока и подсоединены параллельно главным цепям выключателя

Сущность заявляемого технического предложения заключается в том, что включение трехфазного трансформатора достигнуто по схеме с пофазно последовательным включением пусковых резисторов, главных цепей контактора и датчиков, подключением их параллельно главным цепям выключателя, а также применением элементов управления, в целом обеспечивающих расширение функциональных возможностей устройства, а именно:

— выявление межвитковых замыканий в обмотках трансформатора с помощью датчиков тока и элементов управления;

— повышение быстродействия устройства за счет исключения вспомогательного трансформатора и токоограничивающих реакторов, а также оптимизации алгоритма включения трансформатора с помощью элементов управления.

На чертеже представлена функциональная схема устройства включения трехфазного трансформатора на холостой ход, где приняты следующие обозначения:

1 — выключатель с входом управления;

2 — трехфазный трансформатор;

3 — пусковые резисторы;

4 — контактор с входом управления;

6 — трехфазный диодный выпрямитель;

7 — пороговый элемент;

9, 10 — логические элементы «3И»,»2И»;

11, 12 — RS-триггеры с прямым и инверсным выходами;

13 — элемент временной задержки;

14 — таймер с входами «Пуск» и «Сброс»;

Предлагаемое устройство безударного включения трехфазного трансформатора содержит выключатель 1, соединенный главными цепями с фазами питающей сети и обмотками трехфазного трансформатора 2, пусковые резисторы 3 и нагрузку 15. Выключатель 1 выполнен с входом управления. Введены пусковые резисторы 3, контактор с входом управления 4, датчики тока 5, трехфазный диодный выпрямитель 6, пороговый элемент 7, инвертор 8, логические элементы «3И», «2И» 9, 10, элемент временной задержки 13, первый и второй RS-триггеры 11, 12 и таймер с входами «Пуск» и «Сброс» 14. Выходы датчиков тока 5 соединены с входами трехфазного диодного выпрямителя 6, выходом соединенного с входом порогового элемента 7, выход которого соединен через инвертор 8 с первым входом логического элемента «3И» 9 и непосредственно с первым входом логического элемента «2И» 10 и S-входом первого RS-триггера 11. Прямой выход первого RS-триггера 11 подсоединен к входу элемента временной задержки 13, а его выход — к вторым входам логических элементов»3И», «2И» 9, 10. Выход логического элемента «3И» 9 подключен к входу управления выключателя 1. Выход логического элемента «2И» 10 подключен к S-входу второго RS-триггера 12, а его инверсный выход — к третьему входу логического элемента «3И» 9 и входу «Сброс» таймера 14. Выход таймера 14 подключен к входу управления контактора 4. Пусковые резисторы 3 пофазно последовательно соединены с главными цепями контактора 4, датчиками тока 5 и подсоединены параллельно главным цепям выключателя 1.

Работа устройства включения трехфазного трансформатора на холостой ход происходит следующим образом. В исходном состоянии устройства выключатель 1, контактор 4 и нагрузка 15 отключены. На выходах датчиков тока 5 отсутствуют выходные сигналы. На прямом выходе первого RS-триггера присутствует сигнал нулевого уровня, а на инверсном выходе второго — единичного уровня, разрешающий работу таймера.

Процесс включения трансформатора 2 начинается по команде «Пуск» таймера 14. Таймер 14 выдает сигнал включения контактора 4 на заданную продолжительность включенного состояния.

Смотрите так же:  Лэп медные провода

При включении контактора 4 напряжение питающей сети подается к первичным обмоткам трансформатора 2 через пусковые резисторы 3 и датчики тока 5. Величина тока в фазах первичной обмотки трансформатора ограничивается пусковыми резисторами 3 на уровне , где — номинальное значение тока холостого хода трансформатора 2.

Включение трехфазного трансформатора при одновременной подаче напряжения на три фазы в любой момент времени происходит с насыщением магнитопровода, с соответствующим многократным уменьшением индуктивного сопротивления. Наличие пусковых резисторов , где UH — номинальное значение напряжения питающей сети, обеспечивает ограничение пусковых токов, ускоренное затухание апериодической составляющей в первичной обмотке трансформатора и выход магнитопровода из насыщенного состояния. Экспериментально установлено, что с пусковыми резисторами трансформатор выходит в установившийся режим работы с токами за время не более одного периода питающей сети (tвкл≤20 мс).

Пусковые токи трансформатора с выхода датчиков тока 5 поступают на входы диодного выпрямителя 6, который, по своему назначению, выделяет на своем выходе модуль максимальных значений токов в первичных обмотках трансформатора. Выходной сигнал диодного выпрямителя 6 поступает на вход порогового элемента 7. Порог срабатывания порогового элемента 7 устанавливается равным Соответственно, на этапе насыщенного состояния трансформатора Iп>Iср пороговый элемент выдает сигнал аварийного превышения уровня токов единичного уровня, который подается на первый вход логического элемента «3И» 9 через инвертор 8 в виде нулевого уровня и непосредственно на первый вход логического элемента «2И» 10 и S-вход первого RS-триггера 11. При этом исходное состояние логических элементов 9,10 не измеряется, а RS-триггер устанавливается в единичное состояние по выходу и запускает элемент временной задержки 13. Длительность временной задержки устанавливается , по истечении которой на вторых входах логических элементов «3И», «2И» появляется сигнал единичного уровня, разрешающий переключение логических элементов.

При исправном трансформаторе токи в его обмотках снижаются до уровня, близкого к номинальному току холостого хода , и на выходе порогового элемента устанавливается сигнал нулевого уровня, а на первом входе логического элемента «3И» сигнал единичного уровня. Соответственно по истечении временной задержки логический элемент «3И» переходит в единичное состояние по выходу и выдает управляющий сигнал включение выключателя 1. При этом пусковые резисторы 3 и контактор 4 шунтируются главными цепями выключателя. Шунтирование пусковых резисторов не приводит к существенному повышению напряжения на обмотках трансформатора, так как . По истечении заданного времени таймер 14 отключает контактор и возвращает устройство в исходное состояние готовности к очередному включению трансформатора.

В случае неисправности трансформатора, например по причине наличия межвитковых замыканий, снижение пусковых токов трансформатора до уровня, близкого к , не происходит. На выходе порогового элемента устройства и на первом входе логического элемента «2И» присутствует сигнал единичного уровня. По истечении временной задержки происходит срабатывание логического элемента «2И» в единичное состояние по выходу и переключение второго RS-триггера в нулевое состояние по инверсному выходу. Выходным сигналом RS-триггера производится обнуление таймера по входу «Сброс» и блокировка переключения логического элемента «3И» по третьему входу. Соответственно происходит экстренное (аварийное) отключение контактора и блокировка включения выключателя с выдачей сигнала «Авария». При этом наличие «охранного» таймера обеспечивает дополнительную защиту пусковых резисторов от перегрузки в случаях нештатной работы.

Соответственно устройство обладает расширенными функциональными возможностями, обеспечивающими безопасное включение трехфазного трансформатора с максимальным быстродействием с многократным уменьшением пусковых токов. Для типовых трансформаторов кратность пускового тока при прямом включении составляет . Величина тока холостого хода . Соответственно предлагаемое устройство обеспечит снижение величины пускового тока в

Устройство включения трехфазного трансформатора, содержащее выключатель, соединенный главными цепями с фазами питающей сети и обмотками трехфазного трансформатора, пусковые резисторы, нагрузку, отличающееся тем, что выключатель выполнен с входом управления, введены контактор с входом управления, датчики тока, трехфазный диодный выпрямитель, пороговый элемент, инвертор, логические элементы «3И», «2И», элементы временной задержки, первый и второй RS-триггеры и таймер с входами «Пуск» и «Сброс», при этом выходы датчиков тока соединены с входами трехфазного диодного выпрямителя, выходом соединенного с входом порогового элемента, выход которого соединен через инвертор с первым входом логического элемента «3И» и непосредственно с первым входом логического элемента «2И» и S-входом первого RS-триггера, прямой выход первого RS-триггера подсоединен к входу элемента временной задержки, а его выход — к вторым входам логических элементов»3И», «2И», выход логического элемента «3И» подключен к входу управления выключателя, а выход логического элемента «2И» — к S-входу второго RS-триггера, а его инверсный выход — к третьему входу логического элемента «3И» и входу «Сброс» таймера, выход таймера — к входу управления контактора, при этом пусковые резисторы пофазно последовательно соединены с главными цепями контактора и датчиками тока и подсоединены параллельно главным цепям выключателя.

Измерительные трансформаторы напряжения

Назначение и принцип действия трансформатора напряжения

Измерительный трансформатор напряжения служит для понижения высокого напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и реле защиты и автоматики.

Для непосредственного включения на высокое напряжение потребовались бы очень громоздкие приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовление и применение такой аппаратуры практически неосуществимо, особенно при напряжении 35 кВ и выше.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя их пределы измерения; обмотки реле, включаемых через трансформаторы напряжения, также могут иметь стандартные исполнения.

Кроме того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чему обеспечивается безопасность их обслуживания.

Трансформаторы напряжения широко применяются в электроустановках высокого напряжения, от их работы зависит точность электрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток.

На рис. 1,а показана схема трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой. На первичную обмотку подается высокое напряжение U1, а на напряжение вторичной обмотки U2 включен измерительный прибор. Начала первичной и вторичной обмоток обозначены буквами А и а, концы — X и х. Такие обозначения обычно наносятся на корпусе трансформатора напряжения рядом с зажимами его обмоток.

Отношение первичного номинального напряжения к вторичному номинальному напряжению называется номинальным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения Кн = U1 ном / U2 ном

Рис. 1. Схема и векторная диаграмма трансформатора напряжения: а — схема, б — векторная диаграмма напряжений, в — векторная диаграмма напряжений

При работе трансформатора напряжения без погрешностей его первичное и вторичное напряжение совпадают по фазе и отношение их величин равно K н. При коэффициенте трансформации K н=1 напряжение U 2 =U 1 (рис. 1,в).

Условные обозначения: З — один вывод заземляется; О — однофазный; Т — трехфазный; К — каскадный или с компенсационной обмоткой; Ф — с фарфоровой наружной изоляцией; М — масляный; С — сухой (с воздушной изоляцией); Е — емкостный; Д — делитель.

Выводы первичной обмотки (ВН) имеют обозначения А, Х для однофазных и A, B, С, N для трехфазных трансформаторов. Выводы основной вторичной обмотки (НН) имеют соответственно обозначения a, x и a, b, c, N, выводы вторичной дополнительной обмотки — ад и хд.

Начала первичных и вторичных обмоток присоединяются соответственно к выводам А, В, С и а, b, с. Основные вторичные обмотки соединяются обычно в звезду (группа соединения 0), дополнительные — по схеме разомкнутого треугольника. Как известно, в нормальном режиме работы сети напряжение на зажимах дополнительной обмотки близко к нулю (напряжение небаланса Uнб = 1 — 3 В), а при замыканиях на землю равно утроенному значению 3UО напряжения нулевой последовательности UО фазы.

В сети с заземленной нейтралью максимальное значение 3U равно фазному напряжению, с изолированной — утроенному фазному напряжению. Соответственно дополнительные обмотки выполняются на номинальное напряжение Uном = 100 В и 100/3 В.

Номинальным напряжением ТV называется номинальное напряжение его первичной обмотки; это значение может отличаться от класса изоляции. Номинальное напряжение вторичной обмотки принимается равным 100, 100/3 и 100/3 В. Как правило, трансформаторы напряжения работают в режиме холостого хода.

Измерительные трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками

Трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, кроме питания измерительных приборов и реле, предназначаются для работы на устройствах сигнализации замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью или на защиту от замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью.

Схема трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками показана на рис. 2,а. Выводы второй (дополнительной) обмотки, используемой для сигнализации или защиты при замыканиях на землю, обозначены ад и хд.

На рис. 2,6 приведена схема включения трех таких трансформаторов напряжения в трехфазной сети. Первичные и основные вторичные обмотки соединены в звезду. Нейтраль первичной обмотки заземлена. На измерительные приборы и реле от основных вторичных обмоток могут быть поданы три фазы и нуль. Дополнительные вторичные обмотки соединены по схеме разомкнутого треугольника. От них на устройства сигнализации или защиты подается сумма фазных напряжений всех трех фаз.

При нормальной работе сети, в которой включен трансформатор напряжения, эта векторная сумма равна нулю. Это видно из векторных диаграмм рис. 2,в, где Uа, Vв и Uc — векторы фазных напряжений, приложенных к первичным обмоткам, a Uaд, У b д и Ucд — векторы напряжений первичной н вторичной дополнительной обмотки. напряжений на вторичных дополнительных обмотках, совпадающие по направлению с векторами на соответствующих первичных обмотках (так же, как на рис. 1,в).

Смотрите так же:  Неправильное подключение выключателя

Рис. 2. Трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками. а — схема; б — включение в трехфазную цепь; в — векторная диаграмма

Сумма векторов Uaд, U b д и Ucд получена путем их совмещения соответственно схеме соединения дополнительных обмоток, при этом принималось, что стрелки векторов как первичных, так и вторичных напряжений соответствуют началам обмоток трансформатора.

Результирующее напряжение 3U0 между концом обмотки фазы С и началом обмотки фазы А па диаграмме равно нулю.

В действительных условиях обычно на выходе разомкнутого треугольника имеется ничтожно малое напряжение небаланса, не превышающее 2 — 3% номинального напряжения. Этот небаланс создается всегда имеющимися незначительной несимметрией вторичных фазных напряжений и небольшим отклонением формы их кривой от синусоиды.

Напряжение, обеспечивающее надежную работу реле, приключаемых к цепи разомкнутого треугольника, возникает только при замыканиях на землю со стороны первичной обмотки трансформатора напряжения. Так как замыкания на землю связаны с прохождением тока через нейтраль, появляющееся при этом напряжение на выходе разомкнутого треугольника согласно методу симметричных составляющих называют напряжением нулевой последовательности и обозначают 3U0. В этом обозначении цифра 3 указывает, что напряжение в данной цепи является суммарным для трех фаз. Обозначение 3U0 применяется также и для выходной цепи разомкнутого треугольника, подаваемой на реле сигнализации или защиты (рис. 2,6).

Рис. 3. Векторные диаграммы напряжений первичной и вторичной дополнительной обмоток при однофазном замыкании на землю: а — в сети с заземленной нейтралью, б — в сети с изолированной нейтралью.

Наибольшее значение напряжение 3U0 имеет при однофазном замыкании на землю. При этом следует иметь в виду, что максимальная величина напряжения 3U0 в сети с изолированной нейтралью значительно, больше, чем в сети с заземленной нейтралью.

Распространенные схемы включения измерительных трансформаторов напряжения

Простейшая схема с использованием одного однофазного трансформатора напряжения, показанная на рис. 1,а, применяется в пусковых шкафах двигателей и на переключательных пунктах 6 — 10 кВ для включения вольтметра и реле напряжения устройства АВР.

На рис.4 приведены схемы включения однофазных трансформаторов напряжения с одной обмоткой для питания трехфазных вторичных цепей. Группа из трех соединенных по схеме звезда — звезда однофазных трансформаторов, показанная на рис. 4,а, применяется для питания измерительных приборов, счетчиков и вольтметров контроля изоляции в электроустановках 0,5 — 10 кВ с изолированной нейтралью и неразветвленной сетью, где не требуется сигнализация возникновения однофазных замыканий на землю.

Для обнаружения «земли» по этим вольтметрам они должны показывать величины первичных напряжений между фазами и землей (см. векторную диаграмму на рис. 3,6). Для этого нуль обмоток ВН заземляется и вольтметры включаются на вторичные фазные напряжения.

Так как при однофазных замыканиях на землю трансформаторы напряжения могут длительно находиться под линейным напряжением, их номинальное напряжение должно соответствовать первичному междуфазному напряжению. Вследствие этого в нормальном режиме при работе под фазным напряжением мощность каждого трансформатора, а следовательно, и всей группы понижается в √ 3 раз . Поскольку в схеме заземлен нуль вторичных обмоток, предохранители во вторичной цепи установлены во всех трех фазах.

Рис. 4. Схемы включения однофазных измерительных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой: а — схема звезда — звезда для электроустановок 0,5 — 10 кВ с изолированной нейтралью, б — схема открытого треугольника для электроустановок 0,38 — 10 кВ, в — то же для электроустановок 6 — 35 кВ, г — включение трансформаторов напряжения 6 -18 кВ по схеме треугольник — звезда для питания устройств АРВ синхронных машин.

На рис. 4, 6 и в трансформаторы напряжения, предназначенные для питания измерительных приборов, счетчиков и реле, включаемых на междуфазные напряжения, включены по схеме открытого треугольника. Эта схема обеспечивает симметричные междуфазные напряжения Uab , Ubc, U c a при работе трансформаторов напряжения в любом классе точности.

Особенность схемы открытого треугольника это недоиспользование мощности трансформаторов, так как мощность такой группы из двух трансформаторов меньше мощности группы из трех соединенных в полный треугольник трансформаторов не в 1,5 раза, а в √ 3 раз.

Схема рис.4,б применяется для питания неразветвленных цепей напряжения электроустановок 0,38 -10 к В , что позволяет устанавливать заземление вторичных цепей непосредственно у трансформатора напряжения.

Во вторичных цепях схемы, показанной на рис. 4,в, вместо предохранителей установлен двухполюсный автомат, при срабатывании которого блок-контакт замыкает цепь сигнала » обрыв напряжения » . Заземление вторичных обмоток выполнено на щите в фазе B, которая дополнительно заземлена непосредственно у трансформатора напряжения через пробивной предохранитель. Рубильник обеспечивает отключение вторичных цепей от трансформатора напряжения с видимым разрывом. Эта схема применяется в электроустановках 6 — 35 кв при питании разветвленных вторичных цепей от двух и более трансформаторов напряжения.

На рис. 4 ,г трансформаторы напряжения включены по схеме треугольник — звезда, обеспечивающей вторичное линейное напряжение U = 173 В , что необходимо для питания устройств автоматического регулирования возбуждения (АРВ) синхронных генераторов и компенсаторов. С целью повышения надежности работы АРВ предохранители во вторичных цепях не устанавливаются, что допускается ПУЭ для неразветвленных цепей напряжения.

Однофазный и трехфазный трансформаторы

Однофазный трансформатор. Он представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор может быть однофазным или трехфазным.

Простейший однофазный трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника 1 (рис. 162) и двух магнитосвязанных обмоток 2 и 3.

Обмотку 2, соединенную с источником электроэнергии, называют первичной. Все величины, относящиеся к этой обмотке, называют первичными и обозначают соответствующими буквами с индексом 1. Обмотка 3, соединенная с потребителем энергии Z, является вторичной. Все величины, относящиеся к этой обмотке, обозначают с индексом 2. Под действием переменного напряжения Их в первичной обмотке с числом витков возникает ток /[. Намагничивающая сила первичного тока возбуждает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф = Фт sin со/. Этим потоком в первичной обмотке наводится э. д. с. самоиндукции Е1 = 4,44/ау,Фт, а во вторичной обмотке — э. д. с. взаимоиндукции /:2 = 4,44 /ш2Фт. Поэтому на зажимах вторичной обмотки возникает переменное напряжение U2, а приемник энергии получает ток /2 = t/2/Z2. Таким образом, со стороны вторичной обмотки трансформатор является источником электрической энергии, а со стороны первичной обмотки- потребителем этой энергии. Отношение действующих значений э. д. с., равное отношению чисел витков обмоток, называют коэффициентом трансформации: К = Нг/:2 — 4,44(4,44/ш2Фт) =- w1/w2

В трансформаторах, понижающих напряжение, w2 1.

Обмотку трансформатора, рассчитанную на большее напряжение, называют обмоткой высшего напряжения (ВН). Обмотку, на зажимах которой действует меньшее напряжение, называют обмоткой низшего напряжения (НН).

Электрическая энергия в трансформаторе преобразуется с незначительными потерями, и подводимая к трансформатору полная мощ- Рис. 162. Принципиальная схема однофазного трансформатора

де случаев обмотки трансформатора имеют несколько ответвлений (рис. 163). Это позволяет включать ^ трансформатор в сеть с различным напряжением ии а на приемнике получать различные напряжения Н2 в зависимости от числа витков, включенных в работу. Такие трансформаторы используют, например, в электрической централизации для питания ламп светофоров, маршрутных указателей, пульта-табло в различных режимах (дневном и ночном).

Трансформатор состоит из сердечника, по которому замыкается магнитный поток, обмоток высшего и низшего напряжения, бака с маслом (если трансформатор имеет масляное охлаждение), выводных изоляторов.

Для уменьшения нагрева от вихревых токов сердечник трансформатора набирают из штампованных пластин электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, покрытых пленкой лака или окиси. Применение электротехнической стали с большой магнитной проводимостью способствует увеличению магнитного потока и усилению электромагнитной связи между обмотками.

По конструкции сердечника трансформаторы делят на стержневые, броневые, тороидальные и ленточные разрезные.

Сердечник однофазного стержневого трансформатора (рис. 164, а) имеет два стержня 5, на которых размещаются обмотки, и два ярма 1, замыкающих магнитную цепь. Такие сердечники собирают из Г-об-разных пластин. Обмотки стержневого трансформатора размещают на двух стержнях магнитопровода. Обе половины одной и той же обмотки соединяют так, чтобы их намагничивающие силы складывались.

На стержни сердечника надевают изоляционные гильзы. Ближе к стальному стержню размещают обмотку низшего напряжения 2, так как ее легче изолировать от стержня 5. Обмотку высшего напряжения 4 отделяют от обмотки низшего напряжения изоляцией 3. В качестве изоляции применяют электротехнический картон, специальную бумагу или ткань, пропитанную лаком.

Рис. 163. Расположение ответвлений на обмотках трансформатора Рис. 164. Сердечники и обмотки стержневого (а) и броневого (б) трансформаторов Рис. 165. Тороидальный трансформатор (а) и трансформатор с ленточным разрезным сердечником (б)

Сердечники броневых трансформаторов (рис. 164, б) собирают из штампованных пластин Ш-образной формы, и они имеют три стержня. Обмотки низшего 2 и высшего 4 напряжения размещают на стержне 5. Между обмотками находится изоляция 3. Обмотки трансформатора размещают на среднем стержне 5. Магнитный поток из среднего стержня разветвляется на крайние стержни через ярмо 1. По сравнению со стержневыми в броневых трансформаторах больше коэффициент электромагнитной связи между обмотками, меньше рассеивание магнитного потока в окружающую среду. Благодаря этому броневые трансформаторы имеют лучшие электрические характеристики, оказывают меньшее индуктивное влияние на электрические цени, расположенные вблизи. Тороидальные сердечники применяют в маломощных трансформаторах (рис. 165, а), чаще всего рассчитанных для работы на повышенных частотах. Их выполняют из стали специальных марок в виде пластин или лент толщиной от 0,2 до 0,08 мм. На рис. 165, б показана конструкция Ш-образного ленточного сердечника и расположение на нем обмоток.

Смотрите так же:  Как 12 вольт перевести в 220

Обмотки трансформатора обычно имеют цилиндрическую форму и выполняются из медного провода соответствующего сечения, что уменьшает активное сопротивление.

Для уменьшения потерь на рассеивание и лучшего отвода теплоты обмотки мощных трансформаторов выполняют в виде дисковых катушек, между которыми, оставляют вентиляционные каналы. При этом катушки высшего напряжения и катушки низшего напряжения чередуются между собой. Трансформаторы небольшой мощности называемые сухими, имеют естественное воздушное охлаждение.

Трансформаторы значительной мощности, как правило, имеют масляное охлаждение. У этих трансформаторов сердечник с обмотками помещается в стальной бак с трансформаторным маслом, которое имеет высокие изоляционные свойства и хорошую теплопроводность. Слои масла от сердечника и обмоток перемещаются к стенкам бака и передают им тепло, которое рассеивается в воздух. Для увеличения поверхности охлаждения в мощных трансформаторах применяют трубчатые баки.

Трехфазный трансформатор. Трехфазный силовой трансформатор с масляным охлаждением (рис. 166) имеет сердечник 10 с обмотками 9, которые помещены в трубчатый бак 8, заполненный минеральным маслом. На верхней крышке бака расположены выводы обмоток высшего 2 и низшего 3 напряжений, изолированные от крышки бака посредством проходных изоляторов. Бак заполняют минеральным маслом через кран 1. При необходимости масло сливают через кран 7. Во время работы трансформатора объем масла в баке меняется. При увеличении нагрузки повышается температура обмоток и сердечника трансформатора, а значит, и трансформаторного масла. Масло расширяется и объем его увеличивается. При уменьшении нагрузки температура и объем масла уменьшаются. Вследствие этого в некоторых трансформаторах бак заливают маслом не полностью, т. е. оставляют достаточное воздушное пространство для расширения масла.

Однако в таких трансформаторах масло плохо защищено от окружающей среды. Слои гигроскопичного масла окисляются кислородом воздуха и насыщаются влагой, в результате чего резко уменьшается электрическая прочность масла и сокращается срок его службы.

Для защиты масла от соприкосновения с воздухом мощные трансформаторы снабжают расширителем 5, который представляет собой цилиндрический резервуар. Его соединяют с баком трансформатора трубопроводом. Масло заполняет весь бак и часть расширителя. В расширителе масло имеет более низкую температуру, чем в баке, и соприкасается с воздухом меньшей поверхностью. Поэтому оно меньше окисляется и дольше сохраняет изоляционные свойства. Расширитель снабжен указателем уровня масла, грязеотстой

Рис 167. Схема обмоток трех-флзного трансформатора

ником с краном для удаления влаги и осадков и трубкой для всасывания и вытеснения воздуха.

При работе трансформатора внутри бака могут образоваться газы. Для предупреждения деформации бака от выделяющихся газов трансформаторы большой мощности имеют выхлопную трубу 4 с мембраной и газовое реле 6. При большом скоплении газы выдавливают мембрану и выходят наружу. В случае большого выделения газов газовое реле автоматически отключает трансформатор от источника электроэнергии.

На трехстержневом сердечнике трансформатора (рис. 167) находятся обмотки высшего ВН и низшего НИ напряжений. Начало обмоток высшего напряжения обозначают буквами А, В, С, а концы — X. ?. X. Начало обмоток низшего напряжения обозначают буквами а, Ь, с, а концы — х, у, г.

На каждом стержне сердечника имеются обмотки высшего и низшего напряжений, принадлежащие одной фазе. Обмотки фазы одного напряжения соединяют звездой или треугольником. В соответствии с этим приняты следующие стандартные группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов: звезда/звезда с выведенной нулевой точкой У У„ — 0; звезда/треугольник У/А — 11; звезда с выведенной нулевой точкой/треугольник У, А- 11; треугольник/звезда с выведенной нулевой точкой А/Уи— 11.

В первой стандартной группе (рис. 168) обмотки первой фазы А — X и а — х наматывают в одном направлении. Поэтому напряжения этих обмоток ид и На совпадают по фазе. По этой же причине совпадают по фазе напряжения Нв и Нв, а также напряжения Нс и ис. При указанном соединении обмоток совпадут по фазе и соответствующие линейные напряжения: IIАВ и Иав, II вс. и НвС, Пса и Нса.

Рис. 168. Схема соединения обмоток по схеме У /У-0 (а) и векторные диаграммы фазных и линейных напряжений (б) Рис. 169. Соединение обмоток по схеме У/Д-11 (о) и векторная диаграмма напряжений (б)

Так как отсутствует угловое смещение между одноименными линейными напряжениями обмоток высшего и низшего напряжения, эту группу называют нулевой.

Название группы зависит от угла сдвига фаз между указанными линейными напряжениями и определяется при помощи циферблата часов. Для этого минутную стрелку часов условно принимают за вектор высшего линейного напряжения и устанавливают на число 12. Часовую стрелку совмещают с вектором линейного низшего напряжения. На циферблате часов эта стрелка установится против числа, которое и определит группу трансформатора. В рассматриваемом способе соединения линейное высшее напряжение совпадает по фазе с линейным низшим напряжением, поэтому часовая стрелка, как и минутная, установится против числа 12. Такая группа соединения обмоток называется нулевой (нуль часов).

Во второй стандартной схеме V’, Д — 11 первичные обмотки соединяют звездой, а вторичные — треугольником (рис. 169, а). Фазные напряжения обмоток высшего напряжения совпадают по фазе с соответствующими фазными напряжениями обмоток низшего напряжения (рис. 169, б). Однако линейные напряжения этих обмоток окажутся сдвинутыми по фазе.

Вектор низшего линейного напряжения (Уав образует с вектором высшего линейного напряжения ?/АВ угол 330 е . Если минутную стрелку часов совместить с вектором напряжения (УАВ и установить на число 12, то часовая стрелка, совмещенная с вектором напряжения ?/ав, установится на числе 11. Следовательно, трансформатор с таким соединением обмоток относится к 11-й группе.

Из изложенного следует, что группа трансформатора выражает угловое смещение между линейными высшим и низшим напряжениями в условных единицах, равных 30 е . В нулевой группе это смещение равно 0 , в 11-й — 330 е . Отношение линейных напряжений и,а е . При параллельном включении между такими трансформаторами возникнут уравнительные токи, которые разрушат их обмотки.

Трехфазные трансформаторы применяют на трансформаторных подстанциях, в мощных выпрямительных устройствах, питающих различную аппаратуру автоматики и телемеханики.

Потери в трансформаторе. Мощность Р2, отдаваемая трансформатором, меньше подводимой Рх, так как часть ее теряется в трансформаторе при его работе. Потери в трансформаторе складываются из потерь в стали Рст и потерь в меди Рм. Коэффициент полезного действия (рис. 170) трансформатора

Ч г К2і (РУ РСтфЕм)] 100 %.

Для уменьшения потерь в стали на вихревые токи и гистерезис сердечники трансформаторов изготавливают из листовой трансформаторной стали, содержащей до 5% кремния.

Мощность потерь в меди обмоток зависит от нагрузки трансформатора: Рм = /|Гд -г 1\г2. Для снижения этих потерь уменьшают активное сопротивление обмоток т 1 и г2 до определенного значения, увеличивая площадь поперечного сечения медного обмоточного провода.

Потери в стали можно определить из опыта холостого хода трансформатора при номинальном первичном напряжении 11 х (рис. 171, а). При этом полезная мощность Рг— 0, а потери в меди первичной обмотки из-за малого тока можно не учитывать. Следовательно, мощность Рх ж Рст.

Потери в меди определяют из опыта короткого замыкания (рис. 171, б), когда зажимы вторичной обмотки замкнуты нако

Рис. 170. Зависимость к. п. д. трансформатора от нагрузки Рис. 171. Схемы для определения потерь в стали (а) и меди (б)

ротко, а к первичной обмотке подводится такое пониженное напряжение (5-8% номинального значения), при котором в обмотках устанавливаются номинальные токи. Из-за малого напряжения магнитная индукция и потери в стали будут незначительны и мощность

Коэффициент полезного действия трансформатора зависит от его нагрузки и достигает 98-99%.

Похожие статьи:

  • Проводка в частном доме форум Схема электропроводки, схема щитка в частном доме. Нужна критика. В планах появилась замена всей электропроводки в частном доме. Текущая выполнена алюминием 2.5,скрытая, по слою "дранки", под штукатуркой. Заземление отсутствует, придется […]
  • Свечные провода на 405 двигатель змз 405: Перепутаны провода зажигания? Авто: Баргузин 2217 Откуда: Москва, СВАО. Всем привет! Кто-нить может скинуть схему подключения цилиндров к катушкам? А то мне кажется, что после посещения автосервиса у меня всё перепутано - […]
  • 220 вольт на толмачевской Колорлон 220 V На нашем портале вы найдете адрес, телефон и время работы организации Колорлон 220 V (Компания Колорлон ООО), а также e-mail и ссылку на официальный сайт компании. Предлагаемые товары/услуги размещены в рубриках: […]
  • Каптива 24 высоковольтные провода высоковольтные провода (комплект) chevrolet captiva 2.4 литра донс (шевроле каптива) не оригинал (96460220) высоковольтные провода (комплект) chevrolet captiva 2.4 литра донс (шевроле каптива) не оригинал каталожный номер: […]
  • Фильмы марвел 3 фазы Подробности обо всех «Фазах» фильмов Marvel О том, как не запутаться в огромном многообразии фильмов о супергероях. Не так давно Marvel анонсировали так называемую «третью фазу» своих фильмов. Чтобы разобраться в этом уникальном для мира […]
  • Электрические схемы citroen berlingo Электрические схемы citroen berlingo Ниже пнедставленны полные схемы электрооборудования на Ситроен Берлинго 1996-2005 г.в. Данная модель производится с 1996 года, второе поколение увидело свет в 2008. Кузов, по-прежнему сочетающий в себе […]