9.10. Особенности трехфазных трансформаторов

Все полученное выше для однофазных трансформаторов можно распространить на каждую фазу трехфазного трансформатора в случае симметричной нагрузки. Рассмотрим особенности устройства и работы трехфазных трансформаторов.

Для трехфазной цепи (гл. 3) можно воспользоваться трансформаторной группой — тремя однофазными трансформаторами (рис. 9.20, а). Но можно объединить три однофазных трансформатора в один трехфазный аппарат и при этом получить экономию материалов. Покажем наглядно, что обусловливает экономию материала при построении трехфазного трансформатора.

Составим магнитопровод трехфазного трансформатора, оставив без изменения те части магнитопроводов трех однофазных трансформаторов, на которых расположены обмотки, и соединив свободные части вместе (рис. 9.20, б). Такое построение магнитной системы можно сопоставить с соединением трех участков электрических цепей звездой (см. рис. 3.4). Но для трехфазной системы при симметричной нагрузке нейтральный провод не нужен, так как тока в нейтральном проводе нет; отказавшись от нейтрального провода, получим экономию меди. Нейтральному проводу в магнитной системе трехфазного трансформатора соответствует средний общий стержень (рис. 9.20, б). При симметричной трехфазной системе этот стержень не нужен и может быть удален (рис. 9.20, в), так как сумма мгновенных значений трех магнитных потоков в любой момент времени равна нулю.

Симметричный магнитопровод (рис. 9.20, в) неудобен для изготовления и обычно заменяется несимметричным магнитопроводом (рис. 9.20, г). У такого трансформатора вследствие неравенства магнитных сопротивлений различных стержней магнитопровода значения намагничивающих токов отдельных фаз не одинаковые. Однако эта несимметрия намагничивающих токов существенного значения не имеет.

Трансформаторная группа из трех однофазных трансформаторов дороже, чем трехфазный трансформатор той же мощности; она занимает больше места, и ее КПД несколько ниже. Но при такой группе в качестве резерва на случай аварии или при ремонте достаточно иметь один однофазный трансформатор, так как маловероятно одновременное повреждение всех трех однофазных трансформаторов, а профилактически ремонтировать их можно поочередно. Для трехфазного трансформатора в качестве резерва необходим тоже трехфазный трансформатор. Таким образом, трехфазная группа при прочих равных условиях обеспечивает большую надежность во время эксплуатации. Наконец, перевозка и установка трех однофазных трансформаторов большой мощности значительно проще перевозки и установки трехфазного трансформатора значительно большей мощности.

Практически большинство трансформаторов малой и средней мощности выполняются трехфазными, а в случае больших мощностей вопрос решается с учетом всех конкретных условий. Согласно ГОСТ трехфазные трансформаторы изготовляются мощностью до 1 млн. кВ • А, но, начиная с мощности 1800 кВ • А, допускается применение трехфазных групп.

Выводы обмоток трехфазного трансформатора размечаются в порядке чередования фаз: на стороне высшего напряжения выводы А, В, С — начала обмоток, X, Y, Z — их концы; на стороне низшего напряжения начала — а, b, с, концы — х, y, z (рис. 9.20, г).

Обмотки трехфазного трансформатора соединяются звездой или треугольником. Эти два соединения условно обозначаются символами Y и D. Соединение обеих обмоток трехфазного трансформатора звездой наиболее простое и дешевое. В этом случае каждая из обмоток И ее изоляция при глухом заземлении нейтральной точки должны быть рассчитаны на фазное напряжение и линейный ток. Так как число витков обмотки трансформатора прямо пропорционально напряжению [см. (8.4в)], то при соединении звездой для каждой из обмоток необходимо меньшее число витков, но большее сечение проводов с изоляцией, рассчитанной лишь на фазное напряжение. Соединение обеих обмоток звездой широко применяется для трансформаторов небольшой и средней мощности (примерно до 1800 кВ·А). Это соединение наиболее желательно при высоких напряжениях, так как при такой схеме изоляция обмоток рассчитывается лишь на фазное напряжение. Чем выше напряжение и меньше ток, тем относительно дороже соединение треугольником.

Соединение обмоток треугольником конструктивно оправдано при больших токах. По этой причине соединение Y/D можно считать наиболее распространенным для трансформаторов большой мощности, если на стороне низшего напряжения не нужен нейтральный провод.

Из соотношений в трехфазной системе (см. § 3.2 и 3.3) следует, что у трехфазных трансформаторов только отношение фазных напряжений U_1ф/U_2ф приближенно равно отношению числа витков первичной и вторичной обмоток w1/w2, а отношение линейных напряжений зависит от вида соединения обмоток. При одинаковом соединении (Y/Y или D/D) отношение линейных напряжений равно фазному коэффициенту трансформации. Но при различных соединениях (Y/D и D/Y) отношение линейных напряжений меньше или больше этого коэффициента в ?????????? раз. Поэтому можно изменить вторичное линейное напряжение трансформатора соответствующим изменением схемы соединения его обмоток.