Этот тип трансформатора, представленный на рис. 33,а, будучи подвергнут действию составляющей нулевой последовательности, как отмечено стрелками, приобретает особые характеристики. Три пары концентрических катушек образуют три системы н. с. противоположных направлений. Поэтому не может существовать силовых линий, охватывающих обе катушки одного стержня. Поток должен протекать по узкому зазору между концентрическими катушками обмотки, соединенной в зигзаг, в отличие от зазора между первичной и вторичной обмотками, как это имеет место для обычного потока рассеяния при трехфазном коротком замыкании. Реактивное сопротивление нулевой последовательности меньше, чем сопротивление короткого замыкания (прямой последовательности), главным образом из-за различия эффективной ширины пути рассеяния.
Рис. 33. Токи нулевой последовательности в обмотках соединенных в зигзаг.
а — схема соединений; б — схема замещения в случае расположения добавочной обмотки, соединенной в треугольник, у стержня; в —схема замещения в случае, когда добавочная обмотка расположена снаружи.
Сначала рассмотрим случай, когда другая обмотка трансформатора соединена в звезду и не может создать противодействия потоку нулевой последовательности. Простые выражения могут быть получены, если представить три катушки как части трехобмоточного трансформатора. Если звездообразная схема замещения (на рисунке не показана) состоит соответственно из ветвей zа и zb для двух катушек зигзага и z, для третьей обмотки, то очевидно, что za+zb является сопротивлением нулевой последовательности обмотки, соединенной в зигзаг. Реактивное сопротивление трехфазного короткого замыкания такого трансформатора равно za+zb+3z3. (Соответствующего анализа здесь не приводится.) В этом выражении z3—существенно положительно (za и zb не всегда); таким образом, реактивное сопротивление прямой последовательности значительно больше, чем сопротивление нулевой последовательности.
Теперь осталось рассмотреть, какие изменения могут быть внесены наличием обмотки, соединенной в треугольник. Очень важно установить, что поток нулевой последовательности, возбужденный в пространстве между концентрическими катушками соединенной в зигзаг обмотки стержневого трансформатора, возвращается почти целиком по стальному сердечнику. Единственным другим путем возврата для составляющих нулевой последовательности может служить немагнитное пространство, окружающее обмотки, но его магнитное сопротивление во много раз выше. Следовательно, соединенная в треугольник обмотка, расположенная снаружи обмотки, соединенной в зигзаг, не будет обтекаться составляющей нулевой последовательности потока, создаваемого и замыкающегося внутри ограниченного внешней обмоткой пространства.
Однако если соединенная в треугольник обмотка расположена непосредственно у сердечника, то путь возврата по нему прегражден и поток вынужден замыкаться по другому пути между обмотками и баком с большим магнитным сопротивлением. Отсюда следует, что полное сопротивление нулевой последовательности обмотки, соединенной в зигзаг, снижается заметно, хотя и незначительно в процентном отношении, если имеется внутренняя обмотка, соединенная в треугольник. Это часто переоценивают, когда исследуют вопрос с точки зрения баланса н. с., ошибочно предполагая, что в соединенной в треугольник обмотке отсутствует какой-либо ток. Неправильность этого предположения лучше всего показать, рассматривая наведенное в треугольнике напряжение, созданное различием взаимных сопротивлений. При воздействии составляющей тока коэффициент взаимоиндукции равен коэффициенту самоиндукции внешней обмотки. Для двух катушек, окруженных третьей, разность во взаимоиндукциях равна нулю, в то время как для двух катушек, внешних по отношению к возбуждающей, эта разность не равна нулю, а составляет величину, равную их индуктивности рассеяния. Поэтому внутренняя обмотка, соединенная в треугольник, взаимодействует с окружающей ее обмоткой, соединенной в зигзаг, в то время как внешняя обмотка, соединенная в треугольник, не оказывает противодействия токам нулевой последовательности, протекающим по зигзагу. Схемы замещения для этих случаев приведены на на рис. 33,б и в без вывода количественных соотношений. Реактивные сопротивления нулевой последовательности х01, х02 и х03 трех обмоток определены по формуле (49), а их разность, возникающая вследствие упомянутого выше равенства взаимоиндукции с одной из самоиндукций, равна просто реактивному сопротивлению короткого замыкания (прямой последовательности) х12=х01—х02; х23= х02—х03. Можно видеть, что напряжение нулевой последовательности Е на обмотке, соединенной в зигзаг, приложено к меньшему реактивному сопротивлению, если соединенная в треугольник обмотка расположена непосредственно около сердечника.
Соединение трансформаторов и реакторов в зигзаг весьма пригодно для питания однофазной нагрузки, так как в этом случае мало падение напряжения (см. рис. 35). Другим важным случаем использования очень малого полного сопротивления нулевой последовательности этой схемы является ее применение на станциях, где нельзя осуществить заземления нейтрали (см. рис. 139).
