8.2 Группы соединения обмоток и условия параллельной работы трехфазных трансформаторов.

Как первичные, так и вторичные обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены звездой и треугольником (рис.2.11 а,б). Схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов в звезду и треугольник соответственно обозначают Y, . Начала фаз обмоток высшего напряжения обозначаются буквами А, В, С, а начала фаз обмоток низшего напряжения – а, в, с; концы фаз обмоок ВН – Х, Y, Z, а концы фаз обмоток НН – x, y, z. Если обмотка имеет выведенную нулевую точку, то в соответствующем обозначении указывается вывод нулевой точки, например: Y₀.

Для включения на параллельную работу трансформаторы объединяются в группы, которые обозначают, например, следующим образом: Y/Y₀– 12, Y/ - 11 и т.д., где знак над чертой показывает схему соединения обмоток высшего напряжения, знак над чертой – схему соединения обмоток низшего напряжения, цифра – угол между векторами линейных ЭДС обмоток высшего и низшего напряжений, выраженных числом угловых единиц по 30^о.

Так первое обозначение группы показывает, что обмотки ВН и НН соединены в звезду, причем обмотки НН имеют выведенную нулевую точку и угол между векторами линейных ЭДС обмоток высшего и низшего напряжения равен или 0⁰.

Группы трехфазных трансформаторов зависят от схемы соединения обмоток, обозначения зажимов фаз обмоток высшего и низшего напряжений и от направления намотки.

Если направление намотки обмоток высшего и низшего напряжений одинаково, то индуктируемые в них ЭДС совпадают по фазе, если направление намотки встречное, то ЭДС находится в противофазе.

При соединении обмоток ВН и НН по схеме звезда с одинаковым направлением намотки (рис.2.12 а), а ЭДС, индуктируемые в фазах этих обмоток, совпадают по фазе (вектора Еа и Е_А, Ев и Е_В, Ес и Е_С параллельны). Вектора линейных ЭДС соответствующих зажимов обмоток (Е_АВ и Еав) также параллельны, т.е. угол между ними 0 или 360⁰ и трансформатор принадлежит к группе 12.

Если изменить обозначение зажимов обмоток НН (рис. 2.2б), то параллельными будут фазные векторы Ес и Еа, Еа и Ев, Ев и Ес, так как катушки фаз "с" и "А", "а" и "В", "в" и "С" находятся на одних и тех же стержнях и сцеплены одним потоком. Угол между векторами линейных ЭДС Е_АВ и Еав в этом случае равен 120°, т.е. группа 4.

Если обмотки НН намотать встречно обмоткам ВН или, что то же самое, изменить обозначения начал и концов фаз НН, то фазные ЭДС имеют встречное направление, а угол между векторами линейных ЭДС Е_АВ и Еав равен 180°, т.е. будет группа 6. В общем случае при соединении обмоток звезда-звезда Y/Y получается любая четная группа - 2,4,6,8,10,12.

При соединении звезда-треугольник (рис.2.13) вектора фазных ЭДС обмоток, находящихся на одних стержнях сердечника, при согласном направлении намоток (рис.2.13 а) имеют одинаковое направление (вектора Е_А и Еса, E_В и Еав, E_С и Евс). Как известно, при соединении обмоток треугольником линейные ЭДС совпадают с фазными (UΔл = UΔФ ), а при соединении звездой линейные ЭДС сдвинуты на 30° по фазе относительно фазных (UYл =UYФ). Поэтому для схемы рис.2.13 а треугольники линейных ЭДС обмоток ВН и НН будут смещены на (-30°) или (+ 330°) (например, между векторами Е_АВ и Еав), т.е. имеет место группа 11.

Рис. 2.13 Соединение обмоток по схеме

«звезда - треугольник»

При встречном направлении намотки обмоток НН (рис.2.13 б) треугольники линейных ЭДС обмоток ВН и НН будут смещены на 150° (например, между векторами Е_АВ и Е_XY ), т.е. имеет место группа 5.

В общем случае при соединении обмоток звезда-треугольник Y/Δ получается любая нечетная группа 1,3,5,7,9,11.

При определении номера группы соединений трехфазных трансформаторов можно также пользоваться следующим условным правилом "часов". Если вектор первичного линейного напряжения совместить с минутной стрелкой часового циферблата, установленной на цифре 12, а вектор вторичного линейного напряжения - с часовой стрелкой, то номер группы выражается цифрами часового циферблата (один час на часовом циферблате соответствует углу в 30°).

В России стандартными группами являются группы Y/Y₀ -12, Y/Y₀ -6, Y/Δ - 11, Yo/Δ - 11. В этих группах обмотки ВН соединены по схеме "звезда" и фазная ЭДС в раз меньше, чем при соединений по схеме "треугольник", так как линейные напряжения для обоих схем одинаковы. Поэтому при соединении обмоток по схеме "звезда" проще, изоляция обмотки ВН и обмотки имеют меньшее число витков. Обмотки НН в стандартных группах преимущественно соединяются в треугольник, так как чувствительность к несимметрии нагрузок значительно меньше, чем при соединении по схеме "звезда". По схеме "звезда с нулем" (Y₀) можно получить два различных напряжения при четырехпроводной сети, например, 380/220 В или 220/127 В.

.

Параллельная работа трансформаторов целесообразна при переменном графике нагрузки трансформаторной подстанции. В этих случаях при наименьшей токовой нагрузке работает один трансформатор, с увеличением нагрузки число подключаемых трансформаторов увеличивается. При параллельной работе двух трансформаторов Tpl и Тр2 к общим шинам раздельно подключаются первичные и вторичные обмотки как показано на рис. 2.14 применительно к одной фазе. Параллельная работа позволяет повысить коэффициент полезного действия и упрощает обеспечение резерва.

Дня нормальной параллельной работы трансформаторов необходимо:

1. Равенство номинальных первичных и вторичных напряжений трансформаторов, т.е. коэффициентов трансформации.

2. Принадлежность трансформаторов к одинаковым группам.

3. Равенство напряжений короткого замыкания.

При невыполнении первых двух условий возникают уравнительная ЭДС ΔЕу и уравнительный ток Iу, показанный на рис. 2.14 стрелками.

При невыполнении первого условияΔЕу определяется из векторной диаграммы рис.2.15 а, а при невыполнении второго условия ( для случая соединения обмоток двух трансформаторов по схемам Y/Y - 12 и Y/Δ – 11, т.е. угла сдвига между вторичными напряжениями на 30°) из векторной диаграммы рис. 2.15 б.

Так как уравнительный ток замыкается по пути наименьшего сопротивления по вторичным обмоткам параллельно соединенных обмоток трансформаторов, минуя значительное сопротивление нагрузки Zн, то его величина может быть в несколько раз больше номинального, что выводит трансформаторы из строя.

Третье условие должно выполняться для того, чтобы токовая нагрузка распределялась между трансформаторами пропорционально их номинальной мощности. При его несоблюдении один из трансформаторов будет недогружен, а другой - перегружен.