Лабораторная работа № 4 Определение и разметка зажимов обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора и проверка группы соединения обмоток, используя поляромер

4.1 Цель работы

Научиться определять и размечать зажимы обмоток трёхфазного двухобмоточного трансформатора с последующей проверкой группы соединения обмоток трансформатора.

4.2 Краткие теоретические сведения

В трехфазных цепях преобразование электрической энергии переменного тока с одним соотношением линейных напряжений и токов в электрическую энергию с другим соотношением этих же величин можно осуществить тремя однофазными трансформаторами, соединенными в группу (рисунок 4.1), или одним трёхфазным трансформатором (рисунок 4.2).

Рисунок 4.1 - Групповой трехфазный трансформатор с соединением обмоток по схеме звезда / звезда

Рисунок 4.2 - Трехстержневой трехфазный трансформатор с соединением обмоток по схеме звезда / звезда

Трёхфазный трёхстержневой трансформатор имеет три обмотки высшего напряжения А-С, В-Y, C-Z и три обмотки низшего напряжения а - х, b - у, с- z. Обмотки высшего напряжения могут быть соединены между собой звездой или треугольником. Аналогично соединяются между собой обмотки низшего напряжения. При соединении обмоток звездой нейтральные точки обозначаются соответственно О и о.

Рисунок 4.3 - Соединение обмоток трехфазного трансформатора по схеме звезда/ зигзаг -11

Большое распространение получили соединения обмоток по схемам звезда/звезда - 0 и звезда / треугольник - 11, где числители относятся к обмоткам высшего напряжения, знаменатели — к обмоткам низшего напряжения, а числа 0 и 11 согласно ГОСТ 11677=65 условно обозначают угол отставания векторов низших линейных напряжений от векторов соответствующих высших линейных напряжений при холостом ходе трансформаторов. Этот угол, соответственно равный 0 и 330 (рисунок 4.4, а, б) определяет принадлежность соединения обмоток трансформатора к нулевой или одиннадцатой группе.

Коэффициент трансформации трёхфазного трансформатора определяется отношением фазных напряжений при холостом ходе:

Отношение линейных напряжений при соединении обмоток по схеме звезда / звезда будет:

Соединяя соответствующие обмотки высшего и низшего напряжений звездой или треугольником, можно получить различные группы их соединений

а-Группа 0 б-Группа 11

Рисунок 4.4 - Определение углового смещения векторов соответствующих линейных напряжений обмоток трехфазных трансформаторов при соединении их по схеме: а) - звезда / звезда - 0; б) - звезда / треугольник – 11

При несимметричных режимах целесообразно использовать трёхфазные трансформаторы с обмотками высшего напряжения, соединённые звездой, и обмотками низшего напряжения - зигзагом с выведенной нейтральной точкой (рисунок 2.3). Соединение зигзагом требует выполнения каждой фазы обмотки низшего напряжения в виде двух встречно включенных половин, расположенных на различных стержнях магнитопровода. Такая конструкция устраняет магнитную асимметрию и искажение фазных напряжений при несимметричном режиме, но требует увеличенного расхода металла. Это объясняется тем, что при соединении зигзагом результирующая фазная э.д.с. получается только в раз больше э.д.с, наведенной в каждой половине обмотки низшего напряжения, в то время как при расположении обеих половин на одном стержне она в 2 раза больше указанной э.д.с. Следовательно, при

соединении -11 для получения заданного фазного напряжения необходимо число витков обмоток низшего напряжения звеличить в раз по сравнению с их числом при соединении этих же обмоток звездой.

В промышленных электроустановках широко используются понижающие трёхфазные двухобмоточные силовые трансформаторы с масляным охлаждением для внутренней и наружной установок, которые предназначены на первичное напряжение до 35 кВ и вторичное 0,4/0,23 кВ. Они изготовляются на номинальные мощности 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400 и 630 кВА преимущественно с такими схемами и группами соединения обмоток: звезда / звезда с нулем - 0, (звезда / зигзаг -11) и (звезда / треугольник - 11). Трансформаторы больших номинальных мощностей- 1000, 1600, 2500. 4000, 6300, 10000, 16000, 25000, 40000, 63000 и 80000 кВА, выпускаются с такими данными: звезда / звезда с нулем - 0, (звезда / треугольник - 11) и треугольник / звезда с нулем - 11.

Рисунок 4.5 - Схема переключения ответвлений обмоток высшего напряжения трехфазного трансформатора для регулирования напряжения

Перечисленные силовые трансформаторы допускают регулирование вторичного напряжения переключением ответвлений обмоток высшего напряжения, т.е. изменением коэффициента трансформации (рисунок 4.5). Такое регулирование осуществимо при отключении трансформатора от питающей сети, когда переключение происходит без возбуждения магнитного поля (ПБВ), а также при присоединённой нагрузке (РПН). В трансформаторах с ПБВ коэффициент трансформации можно изменять относительно номинального на ±5% ступенями по 2,5%, в трансформаторах с РПН при номинальной мощности не выше 630 кВ А предусмотрена возможность регулирования напряжения относительно номинального на ±10% ступенями по 1,67%. а в более мощных - до ±12% ступенями по 1,25 или по 1,5%,

Трансформаторы с ПБВ имеют переключатель ответвлений обмоток высшего напряжения с выведенной рукояткой переключения, а трансформаторы с РПН - высоковольтный переключатель с электроприводом, счётчик числа переключений и блок автоматического управления электроприводом, устанавливаемый отдельно от трансформатора.

В случаях, когда обеспечение пожарной безопасности электроустановки является решающим обстоятельством, применяют менее экономичные трёхфазные силовые трансформаторы с естественным воздушным охлаждением (сухие), которые устанавливают только в сухих закрытых помещениях с относительной влажностью воздуха не выше 65% и температурой до +40 C при отсутствии в атмосфере паров кислот и других агрессивных веществ.

Группы соединения трёхфазных трансформаторов

1. В том случае, когда обмотка высшего напряжения (ВН) соединена в звезду, потенциальная диаграмма её имеет вид, представленный на рис. 4.4,а. Так как обмотка низшего напряжения (НН) тоже соединена в звезду, то, представив себе, что зажимы А и а электрически соединены вместе, можно звезду э.д.с. этой обмотки расположить так, как показано на рисунке 4.4,а.

Рисунок 4.6 - Векторная диаграмма для группы соединения Y/Y-0

Как известно, группой соединения определяется тот угол, на который смещена по часовой стрелке линейная э.д.с. низшего напряжения относительно линейной э.д.с. высшего напряжения.

Из рассмотрения рисунка 2.6,а видно, что э.д.с. обмотки НН совпадает с э.д.с. обмотки ВН. Если принять вектор линейной э.д.с. за минутную стрелку часов, расположенную в часах на цифре 12, то в это время часовая стрелка, представляющая условно вектор линейной э.д.с. , может быть расположена только на цифрах 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. В нашем случае сдвига между векторами нет и часовая стрелка указывает на цифру 12, т.е. сдвиг часовой стрелки по ходу стрелок относительно минутной равен 0 или 360°. Этот сдвиг обозначается цифрой 0, т.е. группа 0. Напряжения и вполне определяют взаимное расположение обмоток ВН и НН. Эти напряжения находятся геометрическими вычислениями. Для случая, показанного на рисунке 4.6,б

Если коэффициент трансформации равен то

Когда обмотки соединены по схеме Y/Y-6, т.е. сдвинуто по стрелке часов относительно на 180 , то диаграмма имеет вид, показанный на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 - Векторная диаграмма для группы соединения Y/Y-6

Тогда Чтобы получить соединение Y/Y-0, зажимы обмотки соединяют по схеме рисунок 4.8,а. Соединив проводом зажимы А и а, включают рубильник, измеряют напряжения и и определяют коэффициент трансформации k= / , затем вычисляют напряжения и .

а) б)

Рисунок 4.8 - Схема соединения трансформатора для определения

группы соединения

Измерив непосредственно напряжения между зажимами В и b, С и с, сравнивают их с подсчитанными. Совпадение результатов будет указывать, что получена группа соединения Y/Y-0.

2. Соединив в нулевую точку зажимы а, b, с, а зажимы х, у, z сделав выводными, получают схему, представленную на рисунке 4.8, б. Коэффициент трансформации при этом, очевидно, не изменится. Подсчитывают напряжения U = U (k+1) и U_cz = U (k+1) и сравнивают с напряжениями, измеряемыми между зажимами В и у, С и z. При совпадении результатов измерений и подсчётов группа соединения будет 6.

3.  Потенциальные диаграммы для соединений Y/ -11 и Y/ -5 представлены на рисунке 4.9,а, б. Напряжения между точками диаграмм,

а) б)

Рисунок 4.9, а, б.

Диаграммы для групп соединения 11 и 5 определяющие группы, будут равны:

для Y/ -11 ;

для Y/ -5 .

Соединение зажимов обмоток для Y/ -11 должно производиться согласно диаграмме рисунке 4.9,а так, как показано на рисунке 4.10,а. Зажимы А и а соединяют проводом и, включив рубильник, измеряют напряжения U_AB и U_ab.

а) б)

Рисунок 4.10 - Схемы включения для определения группы соединения трансформаторов

Подсчитав коэффициент трансформации k= / , находят вычислением и , производят измерения этих напряжений на трансформаторе и сравнивают с вычисленными.

5. Для схемы Y/ -5 соединяют зажимы так, как показано на рисунке 4.10, б. Дальнейшее определение группы производится подобно указанному в п.4.

6. Определение группы соединения по таблицам, предложенным профессором Г.Н.Петровым. Предположим, что надо определить группу соединения трёхфазного трансформатора, у которого обозначены А, В, С и а, b, с и даны номинальные напряжения обмоток высшего и низшего напряжения. К обмотке высшего напряжения подают любое напряжение, удобное по условиям техники безопасности, при котором и проводится весь опыт.

Для начала проверяют симметрию напряжений , , , а также , и при помощи вольтметра. Затем, как это было указано выше, определяют коэффициент трансформации линейных напряжений

k = /

Далее подсчитывают так называемое контрольное напряжение, с которым в дальнейшем сравнивают измеряемые напряжения. Это

контрольное напряжение определяется по формуле U_K = U_ab , где U_ab –

напряжение на вторичных зажимах при определении коэффициента трансформации. Формула выведена на основе графических построений, подобных показанным на рисунке 4.9.

После этого, поставив временную перемычку между зажимами А и а, показанную на рисунках 4.8, 4.10, и подав напряжение на обмотку высшего напряжения, производят измерение напряжений , и , .

Сравнивая эти напряжения с контрольным напряжением U_K, замечают, что измерительные напряжения оказываются порознь меньше, больше или равны U_K (в таблице это обозначено буквами «м», «б», «р» соответственно).

Тогда по таблице, приведенной ниже, находят принадлежность данного трансформатора к определённой группе соединений.

Таблица 4.1 - Принадлёжность данного трансформатора к определенной группе соединения