Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Теория >> Группы соединений обмоток трансформаторов

Группы соединений обмоток трансформаторов

Группы соединений трансформаторов характеризуются угловым смещением векторов э. д. с. в обмотках ВН, СН и НН. Смещение этих векторов определяется схемой соединения обмоток и направлением намотки обмоток. Обмотки ВН, СН и НН трансформатора могут быть соединены в различные схемы.
Соединяя обмотки ВН, СН и НН одним из этих способов и изменяя направление их намотки, можно получать различные группы соединения обмоток. Ранее было
указано, что для силовых трехфазных трансформаторов применяются соединения обмоток в звезду и треугольник. При различных соединениях обмоток в звезду и треугольник можно получить 12 различных углов сдвига фаз линейных э. д. с. от 0 до 330° через каждые 30°, т. е. получить 12 различных групп.
Удобно для определения угла сдвига фаз пользоваться часовым обозначением, которое принято ГОСТ. Часовое обозначение векторов э. д. с. заключается в следующем: вектор линейной э. д. с. обмотки ВН изображается па часовом циферблате минутной стрелкой и всегда устанавливается на 12   а вектор линейной э. д. с. обмотки СН (трехобмоточного трансформатора) или НН изображается часовой стрелкой и укажет группу в часовом обозначении. Так, сдвиг фаз 0 или 360° соответствует

Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов условно обозначаются в виде дроби, где в числителе пишется буква, указывающая на соединение обмотки ВН, а в знаменателе — буква, определяющая соединение обмотки НН для двухобмоточного, а для трехобмоточного трансформатора — буквы, указывающие на соединение обмоток СН и НН (например, Y0/Y0/A).
Рядом с дробью через тире пишется одно или два числа, характеризующих угол сдвига фаз линейных э. д. с. Для двухобмоточного трансформатора пишется одно число, а для трехобмоточного — два. Для трехобмоточных трансформаторов первое число указывает на группу между обмотками ВН и СН, а второе — между обмотками ВН и НН.
Обозначение Y/Yo-12 указывает, что обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН — в звезду с выведенной нулевой точкой и что группа соединений 12 или 0; Y/Д-И—обмотка ВН соединена в звезду, а обмотка НН в треугольник и группа соединений И; Y0/Y0/A-12-l 1 указывает на следующее соединение обмоток: ВН и СН соединены каждая в звезду с выведенной нулевой точкой, НН — в треугольник. Группы соединений: ВН — СН-12, СН —НН-11, ВН —НН-П.
Однофазные двухобмоточные трансформаторы могут иметь только две группы соединения обмоток— 12 и 6, т. е. сдвиг фаз между э. д. с. может быть только 360 или 180°, и группу соединений условно обозначают 1/1-12 и 1/1-6.
Рассмотрим двухобмоточный трехфазный трансформатор, обмотки ВН и НН которого соединены в звезду (рис. 1,а). Обмотки намотаны в одном направлении, обе нулевые точки расположены внизу.
Соединение обмоток трансформатора
Рис 1. Соединение обмоток трансформатора по схеме Y/Y-12.
а — схема соединений обмоток ВН и НН; б—векторная диаграмма линейных э. д. с обмотки ВН; в — векторная диаграмма линейных э д. с. обмотки НН; г — векторная диаграмма линейных э. д. с. обмотки НН для случая, если обмотки ВН и НН имеют разные направления намотки; д — совмещенные векторные диаграммы; е — угол сдвига фаз линейных э д с. обмоток ВН и НН в часовом обозначении.
Требуется определить группу соединений трансформатора. Для этого надо построить векторные диаграммы линейных э. д. с. обмоток. Начнем построение векторной диаграммы с обмотки ВН. Векторная диаграмма для соединения в звезду обмотки ВН дана на рис. 1,6. Звезда при таком изображении имеет вектор BY, направленный по вертикали, а два других расположены под углом 30° к горизонтали или под углом 120° к вертикали.
Так же строится векторная диаграмма обмотки НН. Так как обмотки ВН и НН каждой фазы расположены на одном стержне, то их векторы должны быть параллельны.
Проводим вектор э. д. с. обмотки НН ах (рис. 1,в) параллельно вектору АХ (рис. 1,6).
Из схемы рис. 1,а видно, что концы х, у и z электрически соединены и образуют нулевую точку, а потому
проводим из этой точки л: вектор by параллельно вектору BY и вектор cz параллельно вектору CZ (рис. 1,в).
Таким образом мы получаем векторные диаграммы обмоток ВН и НН. Разобранный пример относится к трансформаторам, у которых обмотки ВН и НН имеют одинаковые направления намотки, т. е. все левые или все правые.
Если обмотки ВН выполнены левыми, а обмотки НН — правыми, векторные диаграммы будут иметь другой вид. Мы условились построение диаграммы начинать с обмотки ВН, а диаграмму обмотки НН строить по отношению к ней. Таким образом, диаграмму соединения обмотки ВН всегда можно располагать произвольно. Сохраним ее прежнее расположение согласно рис. 1,6. Вектор обмоток НН расположится следующим образом: вектор ах (рис. 1,г) —параллельно вектору АХ, но повернут относительно него на 180°, т. е. пойдет в противоположную сторону.
Из схемы соединения обмотки видно, что конец х фазы а соединен с концом у фазы 6, а поэтому из точки х проводим вектор by в направлении, обратном вектору BY. В результате получаем векторную диаграмму (рис. 1,г).
Подобная же векторная диаграмма может быть получена пересоединением прежней (левой) обмотки НН. Для этого надо соединять вместе не концы обмоток, как это было сделано прежде, а начала, т. е. соединить в звезду a, b и с.
Далее необходимо определить угол между соответствующими векторами (рис. 1,а, когда обе обмотки левые). Для этого наложим векторную диаграмму обмотки НН точкой а на точку А диаграммы ВН. Совмещение диаграмм показано на рис. 1,д. При таком наложении векторы линейных э. д. с. АВ и ab совпадают и угол между ними будет 0 или 360°.
В нашем примере часовая и минутная стрелки находятся на 12 (рис. 1,е), а следовательно, группа соединения обмоток будет 12, т. е. Y/Y-12.
Разберем другой пример соединения обмоток трансформатора и определим, какой группе он соответствует. Дай трансформатор, обмотка ВН которого соединена в треугольник, а НН — в звезду согласно рис. 2,а. Обе обмотки выполнены левыми. Соединение обмотки обозначится Д/Y. Для определения группы необходимо построить векторные диаграммы обеих обмоток, совместить их и по часам определить смещение векторов линейных э. д. с. Векторную диаграмму начинаем строить с обмотки ВН, соединенной в треугольник. Согласно принятому обозначению левая его вершина обозначается буквой А (рис. 2,6), а следующие вершины — в порядке алфавита по направлению движения часовой стрелки.
На схеме конец обмотки X фазы А соединен с началом В средней фазы, У соединен с С, a Z — с А; соответственно этому на диаграмме проставим буквы X, Y и Z, которые определяют расположение векторов и их направление. Векторная диаграмма обмотки НН строится так же, как и в предыдущем примере.
Необходимо напомнить, что векторы э. д. с. обмоток одной и той же фазы будут параллельны и направлены в одну сторону. Векторная диаграмма обмотки НН представлена на рис. 2,е.
Совместим обе векторные диаграммы в точках А и а (рис. 2,г) и определим угловое смещение между линейными э. д. с. соответствующих фаз. В часовом обозначении (рис. 2,(3) угловое смещение будет 11 ч, а так как 1 ч соответствует 30°, то угловое смещение в градусах будет 11-30 = 330°. Определяемая группа будет A/Y-11.
Соединение обмоток трансформатора по схеме D/Y-11
Рис. 2. Соединение обмоток трансформатора по схеме D/Y-11.
а — схема соединений обмоток ВН и НН; б — векторная диаграмма линейных э. д. с. обмотки ВН; в — векторная диаграмма линейных э. д. с. обмотки НН; г — совмещенные векторные диаграммы; д — угол сдвига фаз линейных э. д. с. обмоток ВН и НН в часовом обозначении.
Согласно ГОСТ 401-41 на силовые трансформаторы, действовавшего в течение почти 25 лет, соединение в зигзаг— звезду предусмотрено не было и трансформаторы по этой схеме отечественными заводами не производились.
Построение векторной диаграммы зигзаг начнем с нижней его части, соединенной в звезду (рис. 3,в). Так как в нулевую точку звезды соединены верхние концы нижних полукатушек, то звезда будет повернута к обмотке ВН на 180°. Из схемы соединения обмотки НН (рис. И,а) видно, что точка а' электрически соединена с точкой z', следовательно, на векторной диаграмме совместим точки а! и z' (рис. 3,г) и проведем вектор z'c параллельный вектору ZC. Далее поступаем аналогичным образом и с двумя другими фазами (b и а).
Полученная диаграмма (рис. 3,г) представляет векторную диаграмму НН. Совмещая обе диаграммы в точках А и а (рис. 3,(9) и пользуясь правилом часов, мы видим, что вектор аb (часовая стрелка) указывает 11 (рис. 3,е); следовательно, группа соединений будет Y/Z-11. Проверив построение геометрически, мы увидим, что угол равен 330°.
В Чехии и в ряде других стран получила широкое распространение группа соединений Y/Z. Это относится главным образом к трансформаторам малой мощности 5—50 кВА, в тех случаях, когда это бывает экономически и технически выгодно. При одинаковых весах и размерах трансформаторы со схемой соединений обмоток Y/Z по сравнению с трансформаторами соединенными по схеме Y/Y имеют одинаковые потери холостого хода, а нагрузочные потери приблизительно на 10% и напряжение короткого замыкания на 5% больше. В Чешских  нормах для распределительных трансформаторов мощностью до 315 кВА и с напряжением короткого замыкания 4,2% принято соединение Y/Z, а для трансформаторов мощностью выше 400 кВА только Y/Y при напряжении короткого замыкания 6%. Различные значения напряжений короткого замыкания у трансформаторов до 315 кВА и выше 400 кВА даже при одинаковых группах соединений затрудняли параллельную работу трансформаторов между собою.
Определим группу трансформатора, соединенного по схеме рис. 4,а. Обмотка ВН выполнена левой, а НН— правой.
Векторная диаграмма обмоток ВН (рис. 4,6) строится как и прежде.
В результате построения диаграммы обмоток НН получим диаграмму рис. 4,е. Совместим обе векторные диаграммы (рис. 4,г), как это делали ранее. Расположение векторов АВ и ab на часовом циферблате показано на рис. 4,(3. Часовая стрелка указывает 6 ч, следовательно, группа соединений будет Y/Y-6.

Рис. 4. Соединение обмоток трансформатора по схеме Y/Y-6.
а — схема соединений обмоток ВН и НН; б — векторная диаграмма линейных э. д. с. обмотки ВН; в — векторная диаграмма линейных э д. с. обмотки 1111; г — совмещенные векторные диаграммы группы Y/Y-6; д — угол сдвига фаз линейных э. д. с группы Y/Y-6 в часовом обозначении.
Определим группу трансформатора, соединенного по схеме рис. 5,а. Обмотка ВН — левая, а НН — правая.
Векторная диаграмма обмотки ВН представлена на рис. 5,6. Строим векторную диаграмму обмотки НН, для чего проводим вектор ах в направлении, обратном вектору АХ. Из схемы соединения обмоток НН (рис. 5,а) видно, что конец х соединен с концом г/, а потому из точки ху проводим вектор yb в направлении, обратном вектору YB. Из точки ху проводим вектор zc в направлении, обратном ZC; в результате получим диаграмму рис. 5,е. Совмещая обе векторные диаграммы (рис. 5,г), получим расположение векторов в часовом обозначении, показанное на рис. 5. Часовая стрелка указывает 5 ч. Следовательно, группа соединений обмоток трансформатора A/Y-5.
Эту группу соединений мы могли бы получить в трансформаторе с обмотками ВН и НН одного направления, производя соединения обратно принятому обозначению, т. е. вместо начала соединять конец, а вместо конца — начало и т. д.
ГОСТ 401-41 на силовые масляные трансформаторы устанавливает следующие схемы и группы соединения обмоток ВН, СН и НН.
Приводимые ниже табл. 5-1—5-4 дают схемы и группы соединения, принятые ГОСТ 401-41 для силовых масляных трансформаторов.

Рис. 5. Соединение обмоток трансформатора по схеме A/Y-5.
а — схема соединений обмоток ВН и НН, б —векторная диаграмма линейных э. д. с. обмотки ВН; в — векторная диаграмма линейных э. д с. обмотки НН; г — совмещенные векторные диаграммы группы A/Y-5; д — угол сдвига фаз линейных э. д. с. с группы A/Y-5 в часовом обозначении.
Выведенная нулевая точка при соединении обмоток в звезду обозначается на векторной диаграмме кружком в месте соединения фаз. Все схемы соединения обмоток показаны со стороны вводов обмотки ВН.
Взамен ГОСТ 401-41 в части общих требований новым ГОСТ «трансформаторы (и автотрансформаторы) силовые. В общие технические требования» вносятся некоторые изменения в схемы соединения обмоток трансформаторов и в обозначения их групп. Согласно ГОСТ 11677-65 силовые трансформаторы должны выполняться со схемами и группами соединения обмоток высшего напряжения (ВН), среднего напряжения (СН) и низшего напряжения (НН) в строгом соответствии с данными табл. 5—7.   Рассмотрим данные табл. 5—7. Как и ранее все схемы соединений обмоток показаны со стороны вводов обмотки ВН.
Таблица 1 Трехфазные двухобмоточные трансформаторы

Т а б л и ц а 2
Однофазные двухобмоточные трансформаторы, предназначенные для включения в трехфазную группу

В табл. 5 даны схемы и группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов. Как видно из табл. 5, угловое смещение векторов э. д. с. соответствующих обмоток, равное нулю, обозначается
не цифрой 12, как это было принято ранее согласно ГОСТ 401-41, а через 0. Другие угловые смещения векторов обозначаются так же, как и ранее. Если сравнить между собою данные табл. 1 (ГОСТ 401-41) и 5
Таблица 3 Трехфазные трехобмоточные трансформаторы

(ГОСТ 11677-65), то видно, что новый стандарт допускает дополнительно к старому стандарту применение новых двух схем, а именно:
Y/Zo-11 и D/Yo-ll.
Схема Y/Zo-11, как было указано ранее, применяется для трехфазных, двухобмоточных распределительных трансформаторов мощностью от 25 до 250 кВА, когда напряжение НН равно 400 в, а напряжение ВН — различное в зависимости от мощности трансформатора и способа регулирования этого напряжения [ПБВ (переключение без возбуждения) или РПН (регулирование под нагрузкой)]. Так, для мощностей 160 и 250 кВА с РПН напряжение обмотки ВН может быть 6, 10, 20 и 35 кВ.

 

Та блица 4
Однофазные трехобмоточные трансформаторы, предназначенные для включения в трехфазную группу

Схемы и Группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов

Таблица 6
Схемы и группы соединения обмоток однофазных двухобмоточных трансформаторов

Такие же напряжения ВН могут быть и у трансформаторов мощностью 100 кВА с ПБВ. Трансформаторы меньших мощностей, например 63 кВА с ПБВ, могут иметь одно из трех напряжений ВН: 6, 10 или 20 кВ, 40 кВА— 10 кВ и 25 кВА только одно напряжение ВН, равное 6 кВ.
Схема Д/Y-ll будет применяться согласно новому стандарту для трехфазных, двухобмоточных трансформаторов мощностью 400 и 630 кВА как с ПБВ, так и с РПН для сочетания напряжений 6/0,69 и 10/0,69 кВ.
Схема A/Yo-11 будет введена в будущем для трехфазных, двухобмоточных трансформаторов типа ТМ с ПБВ мощностью 1 000 и 1 600 кВА при сочетании напряжений 6/0,4; 6/0,69 и 20/0,4 кВ и для мощности 2 500 кВА на 20/0,69 кВ.
Для трансформаторов типа ТМН с РПН схема Л/Yo-ll будет применяться для мощностей 1 000, 1 600 и 2 500 кВА при сочетании напряжений 6/0,4; 6/0,69; 10/0,4; 10/0,69; 20/0,69 и для мощностей 1 000 и 1 600 кВА также при напряжениях 20/0,4 кВ.
Таблица 10
Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трехобмоточных трансформаторов

Таблицы 6 и 7 соответствуют табл. 2 и 3 ГОСТ 401-41 с той разницей, что угловое смещение векторов э. д. с. в 360 или 0° предлагается обозначать через 0, а не 12, как это было принято ранее. Кроме этого, новый стандарт не рекомендует применение однофазных трехобмоточных трансформаторов, предназначенных для образования трехфазных групп. Учитывая, что трехфазные группы предназначаются для больших мощностей порядка несколько сотен мегавольт-ампер, для этих целей в соответствии с новым ГОСТ возможно применение однофазных трехобмоточных автотрансформаторов, которые в определенных условиях экономически более выгодны, чем трансформаторы.

 
« Группы соединений обмоток трансформатора   Диэлектрические потери и электропроводность трансформаторных масел »
электрические сети