Несимметричные режимы работы трехфазных трансформаторов.

При работе трехфазных трансформаторов возможны два случая несимметрии:

• несимметрия питающей сети;

• несимметрия нагрузки.

Когда трансформаторы имеют одинаковую схему соединения обмоток, вся несимметрия передается с одной стороны на другую без помех. При различных схемах соединения несимметрия на поврежденной стороне будет меньше. Несимметрия питания—аварийный режим. Если первичная обмотка трансформатора соединена Y₀, то соединение вторичной обмотки не принципиально. Допустим обрыв одного из фазных проводов. Намагничивающие токи сохранят свое положение (получится двухфазная система), т.к. есть нулевой провод  они будут расположены под 120. Длины векторов изменятся, т.к. на поврежденной фазе тока нет  изменится баланс  на «здоровых» фазах изменится магнитное сопротивление.

В «здоровых» фазах намагничивающие токи создадут магнитные потоки одинаковой величины, сдвинутые под 120. Должен соблюдаться первый закон Кирхгофа: сумма потоков по трем стержням равен нулю  и в «больном» стержне возникнет магнитный поток. Его напряжение будет таким же как и при симметричной работе трансформатора  тогда же этот магнитный поток создаст ЭДС в первичной обмотке и на ней будет напряжение не слишком сильно отличающееся от номинального. То же произойдет и на вторичной обмотке  трансформатор будет нормально работать. Но небаланс токов первичной обмотки вызовет ток по нулевому проводу  большие потери. Закон сохранения энергии никто не отменял  потери сохраняться (магнитные), а электрические потери увеличатся за счет увеличения токов в «здоровых» фазах. Такая работа ненормальна, т.к. образуется несимметрия эквивалентных сопротивлений относительно нагрузки  даже симметричная нагрузка будет вызывать нарушения симметрии питающих напряжений за счет неодинаковых потерь напряжения по фазам. Такая работа длительно допустима, если нагрузка трансформатора не превышает 6065% от номинального значения.

Для трансформаторов, первичная обмотка которых соединена в треугольник, картина изменится, т.к. из-за отсутствия нейтрали развалится трехфазная система на входе (она станет однофазной). «Здоровая» фаза будет находиться на номинальном линейном напряжении, а две «больные» фазы будут находиться в противофазе друг к другу (не зависимо от соединения обмоток). На нагрузке будет тоже однофазное напряжение. То же произойдет при обрыве двух линейных проводников в схеме Y₀. При обрыве двух линейных проводов в схеме Δ или трех любых в схеме Y₀ не будет пути для токов  все напряжения и ЭДС равны нулю. При обрыве одного линейного провода в схеме Y в «больной» фазе тока не будет, а «здоровая» фаза оказывается включенной последней на линейном напряжении в противофазе  однофазная ЭДС трансформатора и ни одно линейное напряжения не будут номинальными.

Режимы короткого замыкания.

Однофазное или к.з. на землю в схеме Y₀:

Короткое замыкание эквивалентно обрыву линейного провода, т.к. в обоих случаях «больная» фаза теряет связь с питающей системой. Потоки должны в сумме давать ноль. Эта ЭДС «больной» фазы должна гаситься на собственном сопротивлении в «больной» фазе  ток в «больной» фазе равен току к.з. в двух других фазах токи возрастут и будут в раз меньше тока в «больной» фазе  на нагрузке будет существенное искажение системы входных напряжений. Такой режим недопустим. Но в системах, когда обмотки соединены Δ или Y однофазное к.з. практически не сказывается на работе такой системы. Токи к.з. в этом случае обусловлены только емкостными токами утечки и составляют 110 А  эти токи трудно распознать. Любое второе к.з. приведет к трехфазному к.з.  терпеть такой режим крайне нежелательно.

Витковое к.з.:

Распространенным видом повреждения трансформаторов является витковое к.з. Такое к.з. очень слабо проявляется во входных/выходных токах, напряжениях, т.к. в трансформаторе, например, 110/10 кВ его первичная обмотка имеет 500 витков  к.з. одного витка изменит эквивалентное сопротивление на доли процента. Это мало заметно. При количестве 500 витков на один виток приходится ЭДС=200 В  на данный виток приходятся очень большие токи и нагрев. это точечное к.з. практически не заметно, но оно постепенно переходит на следующие витки и может произойти обычное к.з. Существует масляная защита (масляный трансформатор).

Несимметричная нагрузка:

Первичная обмотка соединена Δ , а вторичная—Y. Допустим, что на вторичной обмотке на нагрузке происходит однофазное к.з.  по одной фазе потечет ток к.з. (примем, что в остальных фазах ток холостого хода). Этот ток к.з. вызовет в соответствующей фазе первичной обмотки такой же приведенный ток, но для первичной обмотки этот ток будет фазным. В двух остальных фазах первичной обмотки будут только намагничивающие токи, которыми можно пренебречь. Линейные токи будут вычитаться  в первичной обмотке токи к.з. протекают в двух линейных проводах. Разноименные схемы соединения обмоток трансформатора уменьшают степень несимметрии какого-либо возмущения на «здоровой» стороне

Многообмоточные силовые трансформаторы и трансформаторы с расщепленной обмоткой.

Наиболее распространены трехобмоточные трансформаторы. Все обмотки этого трансформатора рассчитаны на его номинальную мощность, что не бывает в трансформаторах с расщепленной обмоткой.

Y₀/Y₀/Д – 0/11 (рис. 121)

Напряжения и потери указываются по парам, т.е. все обмотки связано друг с другом. В схеме замещения не учитывается намагничивающая ветвь (Рис. 122).

Реактивное сопротивление одной из обмоток может быть равно нулю (из-за развязки собственного сопротивления и наведенной взаимной индукции. Все обмотки связаны магнитной связью. Первичная обмотка рассчитывается на полную мощность.

Трансформатор с расщепленной обмоткой.

Буква «Р» в его маркировке. Уменьшается магнитная связь обмотки низшего напряжения  уменьшается передача возмущения с одной обмотки низшего напряжения на другую. Рис.123.

В отличие от трехобмоточного такие трансформаторы имеют обмотки низшего напряжения одного класса: 110/6/6, 110/10/10, 110/10/6. Схема замещения такая же, как и для трехобмоточного трансформатора. Иногда стороны низшего напряжения объединяются, так что он ничем не отличается от обычного двухобмоточного. Для трансформатора с расщепленной обмоткой, обмотка высшего напряжения рассчитывается на номинальное значение, обмотка низших—на половину номинального. Рис.124

Возникает необходимость в изменении коэффициента трансформации (это связано с колебаниями напряжения питающей сети, с существующей нагрузкой трансформатора). Нормальное напряжение питающей сети отличается от номинального. Для трансформаторов с низшим напряжением до 1 кВ используют коэффициент трансформации ПБВ (сокращенно—переключение без возбуждения). Изменить коэффициент трансформации можно при отключении трансформатора от питающей сети. Это организуется рядом отпаек на обмотках низшего напряжения. Для трансформаторов большой мощности и с классом напряжения выше 1 кВ обычно используется РПН (регулирование под нагрузкой). Оно организуется на обмотках высшего напряжения и заключается в том, что можно прицепиться к отпайке трансформатора и уменьшить число витков  увеличивается ЭДС одного витка  напряжение на вторичной обмотке возрастает. Нет необходимости отключать нагрузку, могут кратковременно возникнуть витковые замыкания  повышает требования к работе системы.

Часто входные трансформаторы снабжают системами автоматического поддержания напряжения (она сама переключает отпайки так, чтобы поддерживать нужное напряжение). Можно регулировать напряжение 15% к номиналу. РПН организуется на стороне высшего напряжения, т.к. токи там меньше. С помощью РПН можно увеличивать напряжение  эквивалентное ЭДС питающей сети станет возрастать. Но изменение уставки РПН приводит не только к изменению ЭДС, но и изменению эквивалентного сопротивления (возрастает при увеличении эквивалентного ЭДС).