Зміст лекції

1 Будова трифазних трансформаторів

У трифазних колах перетворення електричної енергії змінного струму з одним співвідношенням лінійних напруг і струмів в електричну енергію з іншим співвідношенням цих же величин при незмінній частоті здійснюють трьома однофазними трансформаторами, з’єднаними в групу (рис. 1, а), або одним трифазним трансформатором (рис. 1, б, рис. 2, б).

Рисунок 1 - Будова трифазних трансформаторів із з'єднанням фаз обмоток за схемою У/Ун: а) групового; б) тристержневого.

У трифазних трансформаторах магнітопровід, як правило, виконують у вигляді трьох стержнів, розташованих в одній площині, що замкнені вгорі й внизу ярмами. Для трансформаторів номінальною потужністю до 630 кВ·А застосовують також симетричний просторовий магнітопровід із трьома стержнями, розташованими у вершинах рівностороннього трикутника, які замкнені двома ярмами трикутної форми з покриттям поверхонь, які стикаються, особливим клеєм із високою магнітною проникністю. Така конструкція сприяє зменшенню маси ярем і зниженню втрат і струму холостого ходу.

Трифазний трансформатор має дві трифазні обмотки - вищої напруги (ВН) і нижчої напруги (НН), у кожну з яких входять по три фазні обмотки, або фази (рис. 1, б). Таким чином, трифазний трансформатор має шість незалежних фазних обмоток і 12 виводів із відповідними затискачами. Затискачі початкових виводів фаз обмотки вищої напруги позначають буквами А, В, С, а затискачі кінцевих виводів - X, У, Z. Аналогічно позначають затискачі виводів обмотки нижчої напруги - а,b,с і х, у, z. Фазні обмотки вищої й нижчої напруг з’єднують зіркою або трикутником. З’єднання зіркою позначають буквою У, її нейтральні точки - літерами О і о, а з’єднання трикутником - буквою Д.

Фазний коефіцієнт трансформації трифазного трансформатора знаходять як відношення фазних напруг при холостому ході:

,

а лінійний коефіцієнт трансформації, що залежить від фазного коефіцієнта трансформації і типу з’єднання фазних обмоток вищої й нижчої напруг, за формулою:

,

Якщо з’єднання фазних обмоток виконано по схемах У/У або Д/Д, обидва коефіцієнти трансформації однакові, тобто:

.

При з’єднанні фаз обмоток за схемок У/Д , а за схемою Д/У .

2 Схеми та групи з’єднання обмоток трифазного генератора

Якщо маркування затискачів трифазного трансформатора є відсутнім, то розмітку їх виконують за допомогою вольтметра. Для цього вольтметр підключають до одного з проводів мережі перемінної напруги, наприклад, до проводу А, і до будь-якого затиску виводів обмоток трансформатора, а інший провід В по черзі приєднують до інших затискачів до установлення відхилення стрілки приладу (рис. 2, а). Так установлюють приналежність усіх шести пар затискачів до певних фаз обмоток трансформатора. Ті пари, яких відповідають менші відхилення стрілки вольтметра, будуть затискачами фаз обмотки вищої напруги, а інші – затискачами фаз обмотки нижчої напруги.

Рисунок 2 - Схеми визначення затискачів фазних обмоток трифазного трансформатора:

а) вищої і нижчої напруг; б) однієї з фаз вищої і нижчої напруги; в) вищої напруги.

Фази вищої й нижчої напруг, що знаходяться на одному стержні магнітопроводу, визначають почерговим підключенням кожної фази обмотки вищої напруги до тієї ж мережі, напруга якої не повинна бути вище номінальної напруги фази, що підключається, і вимірюванням трьох ЕРС фаз обмотки нижчої напруги. Фаза обмотки нижчої напруги з найбільшою ЕРС знаходиться на одному стрижні з підключеною фазою обмотки вищої напруги.

Для маркування окремих затискачів фази приймають один із них, що належить обмотці вищої напруги, за початок а, інший – за кінець Х. Потім збирають установку, де позитивний полюс акумуляторної батареї з’єднують із затискачем А, а до затискачів відповідний фази обмотки нижчої напруги приєднують магнітоелектричний вольтметр із нулем посередині шкали і зазначеною полярністю його затискачів (рис. 2, б). Якщо замикання кнопки SB викликає відхилення стрілки вольтметра вправо від нульової оцінки, а при розмиканні її – вліво, то затискач вольтметра, відзначений знаком «+», буде з’єднаний з початком фази а обмотки нижчої напруги. При зворотному відхиленні стрілки вольтметра затискач його, відзначений плюсом, виявиться з’єднаним із кінцем цієї ж фази х. Далі затискач фаз обмотки вищої напруги розмічають на змінному струмі. Для цього фазу АХ з’єднують послідовно з іншою фазою обмотки вищої напруги, а до затискачів третьої фази приєднують електромагнітний вольтметр (рис. 2, в). Регулюючий реостат необхідний, якщо напруга мережі значно перевищує номінальну напругу фаз трансформатора. Якщо приєднання зібраного електричного кола до мережі живлення викликає значне відхилення стрілки вольтметра, то затискач Х виявиться приєднаним до затискача В, а якщо показник вольтметра є близьким до нуля, то затискач Х виявиться приєднаним до затискача Y. Після визначення початку В і кінця Y фази обмотки вищої напруги на її місце включають останню фазу цієї ж обмотки, вольтметр приєднують до затискачів В і Y, а потім знаходять затискачі C і Z. Так само розмічають затискачі b, y і c, z фаз обмотки нижчої напруги.

З’єднуючи відповідні фази обмоток вищої й нижчої напруг зіркою чи трикутником, можна одержати різні групи їхніх з’єднань. Ці групи характеризують кутом зсуву векторів лінійних нижчих напруг стосовно відповідних їм векторів лінійних вищих напруг. Цей кут залежить не тільки від прийнятого маркування виводів окремих фаз і прийнятого типу з’єднань, але також від напрямку їхньої навивки. При однаковому напрямку навивки, одному і тому ж самому маркуванню однойменних виводів і з’єднанні фаз обмоток трансформатора за схемою У/У кут зсуву векторів відповідних лінійних напруг і дорівнює нулю. Тому такий трансформатор відносять до групи 0 (рис. 3, а). При перез’єднанні фаз за схемою У/Д цей же кут дорівнює 330° = 30°х11 і трансформатор відносять до групи 11 (рис. 3, б). При різному напрямку навивки фаз обмоток вищої й нижчої напруг трансформатори відносять відповідно до груп 6 і 5, оскільки кут зсуву зазначених векторів дорівнює 180° = 30°х6 і 150° = 30°х5.

Рисунок 3 - Визначення зміщення векторів, які відповідають лінійним напругам (нижчій по відношенню до вищої) при з’єднання фаз обмоток трифазного трансформатора за схемами: а) У/У-0; б) У/Д-11; в) У/Z-11.

При несиметричних режимах доцільно використовувати трифазні трансформатори з фазами обмотки вищої напруги, з’єднаними зіркою, і фазами обмотки нижчої напруги - зиґзаґом із виведеною нейтральною точкою (рис. 3, в). З’єднання зигзагом вимагає виконання кожної фази обмотки нижчої напруги у вигляді двох зустрічно включених половин, розташованих на різних стержнях магнітопроводу. Така конструкція усуває магнітну асиметрію й викривлення фазних напруг при несиметричному режимі, але вимагає збільшеної витрати металу. Це пояснюється тим, що при з’єднанні заґзагом результуюча фазна ЕРС виходить тільки в разів більше ЕРС, наведеної у кожній половині фази обмотки нижчої напруги, тоді я к при розташуванні обох половин на одному стрижні вона в 2 рази більше зазначеної ЕРС. Отже, при з’єднанні У/ для одержання заданої фазної напруги необхідно число витків кожної фази обмотки нижчої напруги збільшити в разів в порівнянні з їхнім числом при з’єднанні цих же фаз зіркою.

Стандартними схемами і групами з’єднань обмоток трифазних трансформаторів є наступні: У/ , У/Д-11, /Д-11, У -11? Д/У-11, Д/Д-0, де знаками і позначені відповідно з’єднання зіркою й зиґзагом із виведеною нейтральною точкою.

У трифазних трансформаторах передбачають регулювання вторинної напруги переключенням відгалужень фаз обмотки вищої напруги переключенням відгалужень фаз обмотки вищої напруги, тобто зміною коефіцієнта трансформації (рис. 4), яку можна здійснити при відключенні трансформатора від живильної мережі, коли переключення відбувається без збудження магнітного поля (ПБВ), а також при приєднаному навантаження (РПН). У перших коефіцієнт трансформації змінюють щодо номінального на ступінями по 2,5%, а в других – до ступінями по 1,25…1,50%. Трансформатори з переключенням без збудження магнітного поля мають перемикач відгалужень фаз обмотки вищої напруги з виведеною рукояткою перемикача, а більш дорогі трансформатори з

Рисунок 4 - Схема переключення переключенням при приєднаному навантаженні – відгалужень фаз обмотки високовольтний перемикач з електроприводом, вищої напруги трифазного лічильник числа переключень і блок автоматичного трансформатора для керування електроприводом, що встановлюють окремо регулювання вторинної напруги. від трансформатора.

У промислових установках найбільше поширення одержали понижуючі трифазні трансформатори з масляним охолодженням на первинну напругу 6, 10 і 35 кВ, що забезпечують зниження напруги до 0,4 кВ, а деякі з них до 0,69 кВ, що виготовляють на номінальні потужності 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000 і 6300 кВ·А. У випадку, коли забезпечення пожежної безпеки установки є вирішальною обставиною, застосовують менш економічні трифазні трансформатори з природним повітрям охолодження або сухі захищені трансформатори загального призначення номінальною потужністю 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000 і 1600 кВ·А, що встановлюють тільки в сухих закритих приміщенням з відносною вологістю повітря не вище 65% і температурою до 40˚С при відсутності в атмосфері парів кислот і інших агресивних речовин.