6. Физические условие работы трансформатора при несимметричной нагрузке, роль схем обмоток и роль конструкции магнитопровода.

Несимметричные режимы имеют место при авариях — одно- и двухфазном коротких замыканиях. При несимметричных режимах может наступить режим перевозбуждения трансформатора или автотрансформатора, когда индукция в магнитопроводе превышает номинальную индук-цию холостого хода. Действующие стандарты допускают 10%-ное превышение номинального напряжения. Для исследования несимметричных режимов применяется метод симметричных составляющих.

(122)

где

1+а+а² = 0.

Токи нулевой последовательности имеют ту же частоту, что и токи прямой и обратной последовательностей, и совпадают по фазе во всех трех обмотках. Токи нулевой последовательности могут замыкаться в обмотках,соединенных в треугольник и в звезду с нулевым проводом. В нулевом проводе протекает ток

. (125)

Токи нулевой последовательности создают потоки нулевой последовательности, которые совпадают по фазе. Потоки и токи нулевой последовательности аналогичны потокам и токам 3-й гармоники и отличаются частотой и «происхождением». Потоки и токи 3-й гармоники появляются в трансформаторе из-за насыщения, а потоки и токи нулевой последовательности возникают из-за несимметрии нагрузки в трансформаторах, выполненных в конструктивном отношении симметричными. В общем случае напряжения и токи нулевой последовательности (как и обратной) возникают в несимметричных трансформаторах при симметричной нагрузке и в симметричных трансформаторах при несимметричной нагрузке. ,

Как и в схемах замещения для прямой и обратной последовательностей, активные и индуктивные сопротивления относятся к одной фазе. Активные сопротивления схемы замещения определяются по показанию ваттметра:

. (127)

Полное сопротивление определяется по показаниям амперметра и вольтметра. Для рис. 83, а .

В трехстержневом трансформаторе x₀соизмеримо сr₀, а в трехфазной группе однофазных трансформаторовx₀ ≈ x ₁₂. При соединении обмотокY/Y₀(рис. 84) токи нулевой последовательности протекают только во вторичной обмотке и не уравновешиваются токами в первичной обмотке. В трансформаторе возникает поле, созданное МДС токов нулевой последовательности. Из (2.125)

. (128)

Токи нулевой последовательности в схемеY/Y₀смещают геометрическую нейтраль из центра тяжести треугольника линейныхнапряжений, где была нейтраль при симметричной нагрузке (рис. 85). Смещение нейтрали приводит к искажению звезды фазных напряжений, что неблагоприятно сказывается на потерях в трансфор маторе и искажает напряжение у потребителя.

При соединении обмоток трансформатора Δ/Y₀токи нулевой последовательности протекают как в первичной, так и во вторичной обмотке. Как токи нагрузки в обычной схеме, так и токи нулевой последовательности в схеме Δ/Y₀компенсируют друг друга и не создают потока в трансформаторе. Поэтому в схеме Δ/Y₀отсутствует смещение нейтрали. Схема соединения Δ/Y₀применяется там, где ожидается несимметричная нагрузка.

В высоковольтных трансформаторах желательно применять соединение обмоток в звезду, так как при этом фазные напряжения, на которые рассчитывается изоляция обмоток трансформатора, в меньше, чем при соединении в треугольник. В трехобмоточных трансформаторах широко применяется соединениеY/Y₀/Δ. Обмотка, соединенная в треугольник, обычно рассчитывается на часть мощности обмоток, соединенных в звезду. В этом случае ее называют компенсационнообмоткой.Прине

симметрии нагрузки токи нулевой последовательности протекают в компенсационной обмотке и в обмотке, соединенной по схемеY₀, и поток нулевой последовательности в трансформаторе отсутствует.

Если в трансформаторе имеются два или несколько контуров, в которых могут протекать либо токи нагрузки, либо токи высших гармоник, либо токи нулевой последовательности, вызванные несимметрией нагрузки, то при этом токи компенсируют друг друга и поток от этих токов в трансформаторе отсутствует.