13. Схемы соединений силовых трансформаторов. Режимы нейтралей трансформаторов.

Схемы соединенй обмоток: звезда - Y, звезда c выведенной нейтралью - Y-0, треугольник - . Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток условно обозначает группу соединений.

В трехфазном трансформаторе может быть 12 групп соединений обмоток, причем при соединении в звезду можно получить любую четную группу - 2,4,6,8,10,0. При соединении звезда - треугольник или треугольник - звезда можно получить любую нечетную группу - 1,3,5,,9,11.

При напряжениях трансформаторов U=6,10,35кВ соединеня могут быть и звезда и треугольник, при U110кВ - звезда с нулем Y-0. От режима нейтрали трансформатора зависят режимы нейтралей сетей.

На рисунке 2. Показаны схемы и группы соединений обмоток: Y/D - 11 группа, Y-0/D/Y-0 - 0-11 группы, Y/D/D - 11-11.

В таблице 2.1 приведены распространенные группы соединений трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов

а) б) в)

Рисунок 2.7 - Схемы соединения обмоток

а) двухобмоточного с группой соединений 11, б) трехобмоточного 0-11, в) двухобмоточного с расщепленной обмоткой 11-11

Режимы работы нейтралей в электроустановках

Нейтралью электроустановки называют общую точку обмотки генератора или трансформатора соединенной в звезду. Нейтральная точка может быть изолированной или заземленной. Это в значительной степени определяет условия работы электроустановки, уровень изоляции, токи короткого замыкания, значения напряжения перенапряжения.

По режиму нейтрали электрические сети и электроустановки делят на четыре группы:

- сети с изолированными нейтралями;

- сети с резонансно-заземленными нейтралями;

- сети с эффективно-заземленными нейтралями;

- сети с глухозаземленными нейтралями.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициент замыканияна землю в трехфазной электрической сети определяется отношением разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление.

Заземлением называется преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

К сетям с изолированными нейтралями и сетям с резонансно-заземленными нейтралями относятся сети напряжением 3, 6, 10, 35кВ.

Соединение обмоток оборудования треугольником и звездой с изолированной нейтралью в сетях создают сети изолированной нейтралью.

Соответственно в сетях с изолированными нейтралями в нормальном режиме напряжение фаз относительно земли симметричны. Емкостная составляющая линий сетей обычно не превышает 5А. В случае замыкания на землю напряжение фаз возрастают до линейного значения . С учетом емкостной составляющей тока напряжение поврежденной фазы выше нуля, практически несколько меньше фазного, если замыкание проходит через некоторое переходное сопротивление.

Поэтому при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью треугольник напряжений не искажается и потребители, включенные на междуфазное напряжение продолжают работу. При этом необходимо учесть, что изоляция фаз должна быть рассчитана на междуфазное напряжение. В электроустановках до 35 кВ стоимость изоляции позволяет некоторое удорожание по отношении к стоимости основного оборудования подстанций, поскольку не является определяющей. В то же время работа с замкнутой на землю фазой в одной точке, опасна замыканием в другой точке сети. Поэтому в сетях с изолированной нейтралью необходим постоянный контроль изоляции и сигнализация о ее повреждениях.

Работа сети с изолированной нейтралью применяется и при напряжении до 1кВ. Эти сети обеспечивают высокий уровень электробезопасности и их применяют для передвижных установок, торфяных разработок и шахт. Для защиты от пробоя изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений в нейтрали или в каждой фазе трансформатора устанавливается пробивной предохранитель.

Если в указанных сетях ток замыкания на землю выше допустимых норм, то для снижения тока в сетях применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы это сеть с резонансно-заземленными нейтралями. Дугогасящие реакторы L1 и L2 должны устанавливаться на узловых подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не менее чем тремя линиями, на рисунке 2.13 показано их расположение. При компенсации сетей генераторного напряжения реакторы располагают вблизи генераторов.

Рисунок 2.13 - Подключение дугогасящих реакторов в сетях с резонансно-заземленными нейтралями

При подключении дугогасящих реакторов через специальные трансформаторы или трансформаторы собственных нужд по мощности соизмеримые с мощностью реакторов, необходимо учитывать их взаимное влияние. Это влияние сказывается в уменьшении действительного тока компенсации по сравнению с номинальным током из-за наличия последовательно включенного с реактором сопротивления обмоток трансформатора.

где - номинальный ток дугогасящего реактора,

- напряжение КЗ трансформатора,

- номинальная мощность трансформатора.

Особенно резко ограничивающее действие обмоток трансформатора проявляется при использовании схемы соединений Y/Y, заземление нейтрали показано на рисунке 2.14а. Так при однофазных КЗ на землю индуктивное сопротивление примерно в 10 раз больше, чем при междуфазных КЗ.

Поэтому реактор лучше подключать к трансформатору со схемой Y/. Но следует иметь ввиду, что он создает при однофазном КЗ дополнительную нагрузку и приводит к повышению нагрева.

Допустимая мощность реактора при условии, соs1

.

где - максимальная мощность нагрузки.

При допустимой перегрузке трансформатора мощность реактора

.

Сети 110кВ и выше относятся к сетям с эффективно заземленной нейтралью. В выборе способа заземления нейтрали определяющим фактором является стоимость изоляции, схема заземления нейтрали на рисунке 2.14б.

а) б)

Рисунок 2.14 - Заземление нейтралей в сетях

а) с резонансно - заземленной, б) с эффективно – заземленной

Применение эффективного заземления нейтрали при однофазных КЗ создает напряжение в исправных фазах примерно 0,8 междуфазного в нормальном режиме. Это основное преимущество таких сетей. Недостатки эффективного заземления нейтрали

1) При однофазном КЗ образуется короткозамкнутый контур через землю и нейтраль источника с малым сопротивлением, что создает большие токи. Для предотвращения последствий необходима быстродействующая релейная защита. Поскольку большая часть однофазных КЗ в таких сетях является самоустраняющейся, то эффективно применение устройств автоматического повторного включения (АПВ).

2) Для отвода больших значений тока КЗ необходимо сооружение сложных контуров заземления распределительных устройств.

3) При большом количестве заземленных нейтралей трансформаторов ток однофазного КЗ может превысить ток трехфазного. В таком случае для его снижения применяется разземление нейтралей на 110-220кВ.

Сети с глухо заземлённой нейтралью выполняются на напряжение до 1000В. Это сети, приближенные к технологическому оборудованию, требования, к безопасности которых высокие. Питание трехфазных и однофазных приемников в этих сетях выполняется одновременно. Чтобы обеспечить питание однофазных приемников от нулевой глухо заземлённой точки применяется нулевой рабочий проводник.