pdf.php@id=6159.pdf

никать только в результате индуктирования их другой обмоткой трансформатора.

Токи нулевой последовательности создают во всех фазах потоки нулевой последовательности Ф0п, которые во времени совпадают по фазе. В этом отношении они аналогичны третьим гармоникам потока трехфазных трансформаторов, возникающим вследствие насыщения магнитной цепи (см. § 13-1), и проходят в сердечниках таким же образом (см. рис. 13-6). В трансформаторах броневой и бронестержневой конструкции, а также в трехфазиой группе однофазных трансформаторов Ф0п замыкаются по замкнутым сталь­ ным сердечникам (см. рис. 13-6, а и б). Поэтому в данном случае магнитное сопротивление для потоков Ф0п мало и уже небольшие токи /во = / м = /со способны создавать большие потоки Ф ^ . Действительно, если ток /«, равен току холостого хода трансформа­ тора, то поток Фо„ равен нормальному рабочему потоку трансформа­ тора. В трехстержневом трансформаторе потоки нулевой последо­ вательности направлены в каждый момент времени во всех стержнях одинаково и поэтому замыкаются от одного ярма к другому через масло и бак трансформатора (см. рис. 13-6, $). В этом случае магнит­ ное сопротивление для Фвя относительно велико, а в стенках бака индуктируются вихревые токи и возникают потери.

Из сказанного следует, что таки н потоки нулевой последова­ тельности в трансформаторах различной конструкции и с различ­ ными соединениями обмоток Проявляются и действуют аналогично третьим гармоникам намагничивающего тока и Потока. Разница заключается лишь в том, что первые изменяются с основной, а вторые-—с трехкратной частотой.

Схемы замещения и сопротивления трансформатора для токов нулевой последовательности. Потоки, создаваемые токами нулевой последовательности, индуктируют в первичной и вторичной обмот­ ках э. д. с. само- и взаимной индукции, которым соответствуют собственные и взаимные индуктивные сопротивления обмоток. Если привести обмотки к одинаковому числу витков, то для токов нулевой последовательности можно составить подобную же Т-образ­ ную схему замещения (рис. 16-3), как и для токов прямой последо­ вательности. Параметры отдельных элементов схемы замещения при этом зависят от устройства магнитной цепи и обмоток трансфор­ матора, но не зависят от схемы соединения обмоток. От нее зависит лишь вид схем замещения относительно выходных зажимов и сопро­ тивление нулевой последовательности в целом.

В трансформаторе с соединением обмоток У0/У0 токи нулевой последовательности могут существовать как в самих первичной и вторичной обмотках, так и во внешних первичной и вторичной цепях трансформатора. Поэтому в данном случае схема замещения

нулевой последовательности (рис. 16-3, а) по своему виду ничем не отличается от схемы замещения прямой последовательности. В случае соединения обмоток по схеме У/У0 токи нулевой последова­ тельности в обмотке без нулевого провода существовать не могут, и поэтому схема замещения нулевой последовательности со стороны этой обмотки разомкнута (рис. 16-3, б). Однако на зажимах обмотки без нулевого провода существует фазное напряжение нулевой по­ следовательности Оао>индуктируемое током нулевой последователь-

Рис. 16-3. Схемы замещения трансформатора для токов нулевой последо­ вательности

ности обмотки У0. У трансформатора с соединением обмоток Д/У0 токи нулевой последовательности также могут существовать в обеих обмотках, но обмотка, соединенная треугольником, замкнута относительно этих токов накоротко и токи нулевой последователь­ ности в ее внешней цепи существовать не могут. Поэтому в данном случае зажимы схемы замещения нулевой последовательности (рис. 16-3, в) со стороны обмотки Д замкнуты накоротко.

Сопротивления

чески не отличаются от значений этих сопротивлений для токов прямой и обратной последовательности.

Сопротивление намагничивающей цепи 2ы0 в броневых, броне­ стержневых и групповых трансформаторах также практически не отличаются от сопротивления намагничивающей цепи 2„ддя токов прямой последовательности, так как в этих случаях потоки нулевой последовательности также замыкаются по замкнутым стальным сердечникам. Если токи нулевой последовательности протекают в обеих обмотках, то в этом случае намагничивающий ток составляет небольшую долю полного тока нулевой последова* тельности. Поэтому им можно пренебречь, и тогда получим упро­ щенные схемы замещения, изображенные в нижней части рис. 16-3, а

ваться упрощенными схемами замещения рис. 16-3, а а в.

Сопротивление нулевой последовательности 2оа трехфазного трансформатора в целом представляет собой сопротивление транс­ форматора токам нулевой последовательности, замеренное со сто­ роны одной обмотки, когда все выходные зажимы второй обмотки замкнуты накоротко. Д ля схемы рис. 16-3, а при этом получаются два значения сопротивления нулевой последовательности, которые практически равны (имеется в виду, что обмотки приведены к одина­ ковому числу витков). Д ля броневых и бронестержневых и группо­ вых трансформаторов 2М ^ 21^ 22, и поэтому

Однако и для стержневых трансформаторов соотношение (16-9) справедливо с достаточной для практических расчетов точностью.

При этом для броневых, броиестержневых и групповых трансформа­ торов 2Ыо = 2Л, поэтому ^0п велико и равно сопротивлению холостого хода для токов прямой последовательности (см. § 14-5):

Для трехстержневого трансформатора в случае соединения обмо­ ток по схеме рис. 16-3, б 2Я< 20а< 20.

звезду. Схема соединений вторичной обмотки может иметь также два варианта. Последовательное соединение фаз (рис. 16-4, а) более предпочтительно, так как соблюдение равенства (16-14) при этом обеспечено при всех условиях. Рубильник Р на схемах рис. 16-4 должен быть замкнут в случае, когда во вторичной обмотке возможно существование токов нулевой последовательности (соеди­ нение А или Уо с незначительным сопротивлением нулевого провода), и разомкнут при соединении У.

§ 16-2. Физические условия работы трансформаторов при несимметричной нагрузке

Несимметричная нагрузка при отсутствии токов нулевой после­ довательности. Токи нулевой последовательности отсутствуют в слу­ чае, когда сеть не имеет нулевого провода или когда этот провод не нагружен током. Так как токи прямой и обратной последова­ тельности во всех случаях одинаковым образом трансформируются из одной обмотки в другую и сопротивления трансформатора для этих токов одинаковы, то их действие можно учитывать совместно. Поэтому при отсутствии токов нулевой последовательности необхо­ димость разложения токов и напряжений на симметричные состав­ ляющие отпадает.

Если и»1 = щ и намагничивающий ток принять равным нулю, то первичные и вторичные токи прямой последовательности в каж ­ дой фазе равны по величине и обратны по знаку. Это же справедливо и для токов обратной последовательности, а значит, и для суммы токов прямой и обратной последовательности. Поэтому при принятых предположениях в рассматриваемом случае полные токи фаз

Если учитывать также намагничивающие токи, то равенства (16-17) действительны для нагрузочных составляющих токов.

Из сказанного следует, что н. с. и токи первичных и вторичных обмоток уравновешиваются в каждой фазе и на каждом сердечнике по отдельности. Поэтому влияние одних фаз на другие отсутствует и каждую фазу можно рассматривать по отдельности, причем для каждой фазы действительны схемы замещения вида рис. 14-5 и 14-6 с одинаковыми параметрами, которые можно использовать для рас­ чета соотношений между напряжениями, токами и другими величи­ нами каждой фазы. Связи же между отдельными фазами трансформа­ тора необходимо рассматривать только для установления" соотно­ шений между линейными и фазными величинами в зависимости от вида схем соединений обмоток.

При несимметричной нагрузке падения напряжения Д [/ в отдель­ ных фазах трансформатора различны. Но если токи отдельных фаз не превышают номинальных значений, то при / 0п, = 0 величины А(7 относительно малы, так как сопротивление 2Ктрансформатора относительно мало. Отсюда можно сделать вывод, что несимметрич­ ная нагрузка трансформатора при / 0п = 0 не вызывает значитель­ ного искажения симметрии фазных и линейных напряжений. Поэтому при 1ов = 0 больших осложнений в работе трансформатора не воз­ никает. Отметим, что, согласно ГОСТ 3484—65, трехфазная сис­ тема напряжений или токов считается Практически симметричной,

Поэтому н. с. токов нулевой последовательности взаимно уравно­ вешиваются в каждой фазе трансформатора, сопротивление нуле­

вследствие этого токи всех последовательностей трансформируются одинаковым образом из одной обмотки в другую и для них суще­ ствуют одинаковые схемы замещения с одинаковыми параметрами, то в данном случае также, вообще говоря, нет надобности раскла­ дывать полные токи и напряжения фаз на симметричные составля­ ющие. Нулевые составляющие вторичного напряжения (Уо0 в данном случае возникают только за счет относительно небольших падений напряжения 2к/Ао. Поэтому в трансформаторах с соединением обмо­

поэтому могут достичь больших значений. Например, для группового трансформатора, у которого 2 ы0 = 2 М, уже при / о0 = / 0 « « (0,02 -*■ 0,05) / н э. д. с. Е0п & Оя. В результате система фазных э. д. с. и напряжений сильно искажается, в чем можно убедиться из нижеследующего.

Пусть первичная обмотка (У) трансформатора с соединением обмоток У/У0 приключена К сети, линейные напряжения которой 1!а в , С/в с , У с а симметричны и являются поэтому напряжениями прямой последовательности. Векторная диаграмма первичных линей­ ных и фазных напряжений на холостом ходу при этом имеет вид,

систему прямой последовательности. Векторная диаграмма системы вторичных напряжений на холостом ходу будет иметь совершенно такой же вид.

Пусть теперь вторичная обмотка (У0) нагружена несимметрично, с содержанием токов всех последовательностей. Вторичные токи прямой и обратной последовательности трансформируются на пер­ вичную обмотку, магнитно уравновешены и вызывают только относи­ тельно малые падения напряжения. Однако не уравновешенные со стороны первичной обмотки вторичные токи нулевой последо­ вательности индуктируют в обеих обмотках э. д. с Е0а, которые складываются с э. д. с. прямой последовательности, в результате чего полные фазы э. д. с. будут

ЁА = ЁА1+ Ё 0п; Дв = ^ а + ^оп> Ёс = Ёс\-\-Ё0а.

Система первичных фазных напряжений при пренебрежении падениями напряжений определяется векторами:

0 А(=&— ЁА; Ов ^ — Ёв\ О с ^ — Ёс

и будет при этом сильно искажена, а нулевая точка на диаграмме сместится на величину Л?оп и не будет совпадать с центром тяжести треугольника линейных напряжений (рис. 16-6, б). Диаграмма вторичных напряжений будет иметь аналогичный вид. Направление векторов Ё0п зависит от фазы токов 1а0 и определяется условиями нагрузки. На величину линейных напряжений напряжения нулевой последовательности не влияют, так как в разностях 0 аь = 0а —

— 0 Ь и т. д. нулевые составляющие исчезают.

Таким образом, в трансформаторе с соединением обмоток У /У ф токи нулевой последовательности могут вызвать сильные искаже­ ния величин фазных напряжений, что неприемлемо и опасно для однофазных потребителей.

В групповых, броневых и бронестержневых трансформаторах с соединением обмоток У/У0 сильное искажение системы фазных напряжений возникает уже при незначительных по величине токах нулевой последовательности. Поэтому соединение У/У„ в этих транс­ форматорах обычно не применяется, а если все же в отдельных случаях по каким-либо причинам обе обмотки желательно соединить в звезду, то на каждой фазе выполняется еще третья, или так назы­ ваемая третичная, обмотка, которая соединяется в треугольник. Если эта обмотка предназначена только для уравновешивания токов нулевой последовательности, то концы ее наружу на выводятся. Если же она рассчитана также для нагрузки и ее концы выводятся наружу, то получается трехобмоточный трансформатор (см. § 18-1). Отметим, что наличие нулевого провода или заземления с обеих сто­ рон трансформатора с соединением обмоток У0/У0 не дает гарантииуравновешивания токов нулевой последовательности, так как сопротивление первичного контура для этих токов может оказаться большим.

У трехстержневых трансформаторов с соединением обмоток У /У 0 искажение системы фазных напряжений при наличии токов нулевой последовательности меньше, так как 2ш0•< 2„. В СССР такие транс­ форматоры строятся мощностью до 6000 к»-а. При этом, согласно ГОСТ 11677—67, требуется, чтобы ток в нулевом проводе не превы­ шал 25% номинального тока. Тогда ток нулевой последовательности не будет превосходить 25:3 = 8,3% номинального тока.

Отметим, что трансформаторы с соединением обмоток «звезда — зигзаг с нулевым выводом» хорошо переносят нагрузки с содер­ жанием токов нулевой последовательности, так как эти токи уравно­ вешиваются во вторичных обмотках на каждом сердечнике, посколь­ ку на каждом сердечнике имеются две половинки фаз вторичной обмотки, которые обтекаются токами нулевой последовательности в противоположных направлениях (см. рис. 12-22).

Распределение токов по фазам первичной и вторичной обмоток трансформаторов с соединением У/У 0и Д/У0при однофазных корот­

Глава семнадцатая

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТРАНСФОРМАТОРАХ

§ 17-1. Включение трансформатора под напряжение

Переходные процессы в трансформаторах и электрических машинах возникают при резком изменении режима их работы