Выбор соединений обмоток трансформатора - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Эта ошибка не имеет серьезных последствий, так как не все трансформаторы изготавливаются с соединением звезда-треугольник, и производитель может сам заменить трансформатор на нужную версию.

Содержание

Выбор схемы подключения обмоток трансформатора

21 мая 2016 года. k-igor

При проектировании трансформаторных подстанций трансформатор следует выбирать не только по мощности, но и по схеме соединения обмоток. При выборе схемы подключения обмотки трудно ошибиться, но все же следует знать требования TNPA.

Я не так часто проектирую трансформаторные подстанции (ТП), потому что у нас не так много крупных проектов, как хотелось бы.

Раньше я не обращал особого внимания на схему соединения обмоток трансформатора: рисовал “дельта-звезда”, и никто даже не замечал ошибки, а если и замечал, то только на этапе покупки трансформатора. Не в каждом проекте, но в некоторых это может произойти.

Эта ошибка не имеет серьезных последствий, поскольку не все трансформаторы изготавливаются в компоновке “треугольник-звезда”, и производитель может заменить трансформатор на трансформатор нужной конструкции.

В нормативных документах я нашел следующие требования к выбору схемы соединения обмоток трансформатора:

ТКП 45-4.04-296-2014 (Электросиловое и осветительное оборудование промышленных предприятий):

6.2.1 … Для обеспечения надежности защиты от однофазных коротких замыканий в сетях до 1000 В с заземленной нейтралью рекомендуются трансформаторы со схемой соединения обмоток “звезда-зигзак” для мощностей до 250 кВА и со схемой соединения обмоток “треугольник-звезда” для мощностей 400 кВА и выше.

ТКП 385-2012 (02230) (Нормы проектирования наружных электрических сетей 0,4-10 кВ для сельского хозяйства):

9.6 Должны использоваться электрические сети 0,4-10 кВ:

– допускается применение закрытых трансформаторов (ТМГ), масляное™ и сухих трансформаторов (в КТПБ);

– трансформаторы со схемами соединения обмоток звезда-звезда с симметрирующим устройством – для мощности до 250 кВА, звезда-треугольник – для мощности 400 кВА и более, и звезда-ноль (без симметрирующего устройства) – для мощности трансформатора до 160 кВА и неравномерной нагрузки фаз.

НТП ЭПП-94 (Проектирование электроснабжения промышленных предприятий):

6.4.9 Трансформаторы цеха ТП мощностью 400 – 2500 кВА должны изготавливаться с соединением обмоток по схеме “звезда – звезда”, при этом ток нейтрального вывода должен быть равен 0,25 от номинального тока трансформатора или “треугольник – треугольник”, при этом ток нейтрального вывода должен быть равен 0,75 от номинального тока трансформатора. Ввиду надежности защиты от однофазных коротких замыканий в сетях до 1 кВ и возможности подключения несимметричных нагрузок предпочтение отдается трансформаторам со схемой соединения звезда-треугольник.

Как видно, соединение обмоток зависит от мощности трансформатора, и выбрать правильное соединение обмоток очень просто.

Коэффициент трансформации фаз трехфазного трансформатора определяется как отношение фазных напряжений при отсутствии нагрузки:

Схемы подключения и группы обмоток трансформаторов

Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки, высоковольтную (ВН) и низковольтную (НН), каждая из которых содержит три фазные обмотки, или фазы. Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими клеммами, причем начальные фазные проводники обмотки высокого напряжения обозначены A, B, C, клеммные проводники X, Y, Z, а соответствующие фазные проводники обмотки низкого напряжения обозначены следующим образом: a,b,c,x,y,z

В большинстве случаев обмотки трехфазного трансформатора соединены в звезду Y или треугольник Δ (рис. 1).

Выбор схемы подключения зависит от условий эксплуатации трансформатора. Например, в сетях с напряжением 35 кВ и выше выгодно соединять обмотки в звезду и заземлять нейтральную точку, так как это позволит снизить напряжение проводов линии электропередачи в √3 раза по сравнению с напряжением линии, следовательно, снизить затраты на изоляцию.

Выгодно строить высоковольтные сети освещения, но лампы накаливания с высоким напряжением имеют низкую светоотдачу. Поэтому рекомендуется подавать на них более низкое напряжение. В этих случаях также выгодно соединить обмотки трансформатора в звезду (Y), включая лампы фазного напряжения.

С другой стороны, с точки зрения условий эксплуатации самого трансформатора, более подходящим является соединение одной из обмоток в треугольник (Δ ).

Фазовый коэффициент трехфазного трансформатора – это отношение фазных напряжений без нагрузки:

pf = Ufvnx / Ufnx,

и коэффициент линейного преобразования, который зависит от соотношения фаз и типа соединения между фазными обмотками высокого и низкого напряжения трансформатора, по формуле:

pl = Ulvnx / Ulnx.

Если фазные обмотки соединены звездой (Y/Y) или треугольником (Y/Y) или треугольником/треугольником (Δ/Δ), оба коэффициента трансформации одинаковы, т.е. nf = nl.

Если обмотки трансформатора соединены в треугольник (Y/Δ), то pfl = pf√3, а обмотки в звезду (Δ/Y) – nl = pf/√3.

Группировка обмоток трансформатора

Группа соединений обмоток трансформатора характеризует взаимную ориентацию напряжений первичной и вторичной обмоток. Изменение взаимной ориентации этих напряжений осуществляется соответствующим изменением маркировки начала и конца обмотки.

Стандартная маркировка начала и конца обмоток высокого и низкого напряжения показана на рисунке 1.

Сначала рассмотрим влияние обозначения на фазу вторичного напряжения относительно первичного на примере однофазного трансформатора (рис. 2 a).

Обе обмотки находятся на одном сердечнике и имеют одинаковое направление намотки. Считайте верхние клеммы началом, а нижние – концом обмотки. Тогда ЭДС E1 и E2 будут согласованы по фазе, и напряжение сети U1 и напряжение нагрузки U2 будут согласованы соответственно (рис. 2b). Если теперь перевернуть вторичную обмотку (рис. 2 c), то ЭДС E2 изменит фазу относительно нагрузки на 180°. Следовательно, фаза напряжения U2 также изменяется на 180°.

Поэтому в однофазных трансформаторах возможны две группы подключения, соответствующие углам сдвига 0 и 180°. На практике, для простоты, для обозначения групп используется циферблат часов. Напряжение первичной обмотки U1 представлено минутной стрелкой, зафиксированной на цифре 12, в то время как часовая стрелка занимает различные положения в зависимости от угла смещения между U1 и U2. Сдвиг на 0° соответствует группе 0, а сдвиг на 180° – группе 6 (рис. 3).

В трехфазных трансформаторах возможны 12 различных групп соединений обмоток. Давайте рассмотрим несколько примеров.

Пусть обмотки трансформатора соединены по схеме Y/Y (рис. 4). Обмотки на одном сердечнике будут располагаться одна под другой.

Соедините клеммы A и a так, чтобы они соответствовали диаграммам потенциалов. Задайте положение векторов напряжения первичной обмотки в виде треугольника ABC. Положение векторов напряжения вторичной обмотки зависит от обозначения клемм. Для обозначения на рис. 4а ЭДС соответствующих фаз первичной и вторичной обмоток совпадают, поэтому линейные и фазные напряжения первичной и вторичной обмоток будут совпадать (рис. 4, б). Контур имеет группу Y/Y – O.

Изменим обозначение выводов вторичной обмотки на противоположное (рис. 5. а). Изменяя маркировку концов и начал вторичной обмотки, фаза ЭДС изменяется на 180°. Следовательно, номер группы меняется на 6. Эта цепь имеет группу Y/Y – b.

Рис. 6 показана схема, в которой выводы вторичной обмотки (a→b, b→c, c→a) снова обозначены кругом по сравнению с рис. 4. В этом случае фазы соответствующих вторичных ЭДС сдвинуты на 120° и, следовательно, номер группы меняется на 4.

Схемы соединений Y/Y дают четные номера групп, соединения обмоток Y/Δ дают нечетные номера групп. В качестве примера рассмотрим схему, показанную на рис. 7. На этой диаграмме ЭДС фазные ЭДС вторичной обмотки совпадают с линейными напряжениями, поэтому треугольник abc повернут на 30° против часовой стрелки относительно треугольника ABC. Но поскольку угол между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток отсчитывается по часовой стрелке, эта группа будет иметь номер 11.

Из двенадцати возможных групп соединения обмоток трехфазных трансформаторов стандартизированы две: Y/Y – 0 и Y/Δ-11. Они широко используются на практике.

Рисунок 8 – Схема соединения обмоток, векторная диаграмма и назначение выводов на крышке трансформатора для схем группы 5

Схемы намоточных групп для 3f. 2 вольтовых трансформатора

Существует огромное разнообразие схем соединения обмоток, некоторые из которых образуют группы соединений трансформаторов. Давайте рассмотрим некоторые из них, а именно схемы “звезда” и “треугольник” с группами от 1 до 12.

Мы также схематично покажем маркировку втулок на крышке трансформатора и векторные диаграммы.

Группа 12 (Y/Y-12, D/D-12)

Рисунок 1 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов крышки трансформатора для схем группы 12

группа 11 (Y/D-11, Y/Y-11)

Рисунок 2 – Схема подключения обмоток, векторная диаграмма и расположение клемм на крышке трансформатора для схем группы 11

группа 10 (Y/D-10, Y/Y-10)

Рисунок 3 – Схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 10

Группа 9 (Y/D-9, Y/Y-9)

Рисунок 4 – Схема подключения обмоток, векторная диаграмма и расположение клемм на крышке трансформатора для схем группы 9

Группа 8 (Y/Y-8, Y/D-8)

Рисунок 5 – Схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 8

Группа 7 (Y/D-7, Y/Y-7)

Рисунок 6 – Схема соединения обмоток, векторная диаграмма и назначение выводов на крышке трансформатора для схем группы 7

Группа 6 (Y/Y-6, Y/D-6)

Рисунок 7 – Схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 6

Группа 5 (Y/D-5, Y/Y-5)

Рисунок 8 – Схема подключения обмоток, векторная диаграмма и расположение клемм на крышке трансформатора для схем группы 5

Группа 4 (Y/Y-4, Y/D-4)

Рисунок 9 – Схема подключения обмоток, векторная диаграмма и расположение клемм на крышке трансформатора для схем группы 4

Группа 3 (Y/D-3, Y/Y-3)

Рисунок 10 – Схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение клемм на крышке трансформатора для схем группы 3

Группа 2 (Y/Y-2, Y/D-2)

Рисунок 11 – Схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение клемм на крышке трансформатора для схем группы 2

Группа 1 (Y/D-1, Y/Y-1)

Рисунок 12 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 1

Отметим некоторые особенности отдельных схем:

Схема Y0/Y-12 получается из схемы Y/Y-12 путем подключения нейтрального входа трансформатора к точке звезды;

Схема D/Y-12 – обе обмотки левосторонние, но если одна из обмоток правосторонняя, то получается схема D/Y-6.

Цепь D/D-10 – обе обмотки левосторонние, но если одна из обмоток правосторонняя, то это будет цепь D/D-4;

Схему Y/D-8 можно получить, сделав одну из обмоток по часовой стрелке в схеме Y/D-2.

Схему Y/D-5 можно получить, сделав одну из обмоток по часовой стрелке, а другую – против часовой стрелки в схеме Y/D-11.

Не все из этих схем широко используются, но их стоит знать.

2020 Давайте посмотрим! – электричество и энергия

Основным преимуществом этих устройств является то, что их можно вводить в эксплуатацию без предварительной проверки. Они не требуют обслуживания или ремонта в процессе дальнейшей эксплуатации.

Параметры, которые важно учитывать при выборе схемы

Обычно очень трудно самостоятельно решить, какую схему намотки выбрать для конкретной трансформаторной установки. И даже если вы привлекаете для этого профессионала, важно знать основные параметры, которые следует учитывать в процессе выбора. К ним относятся:

Таблица значений для трехфазных трансформаторов.

Емкость трансформатора. Важно учитывать не только общую мощность, но и ее переменные значения в отдельных секциях. В конце концов, современные трансформаторные установки изменяют значения мощности в отдельных фазах.
Цепь питания. Питание устройства может осуществляться как от сети, так и от преобразователя. Даже сеть может иметь три или четыре провода.
Учитывая экономию. При выборе схем одну из важнейших ролей обычно играет экономичное использование материалов обмотки. Чем меньше материала требуется для создания цепи, тем выгоднее будет обмотка.
Уровень напряжения, как и уровень мощности, рассматривается как в целом, так и по отношению к значениям на отдельных участках.
Симметрия или асимметрия нагрузки. Это зависит исключительно от того, является ли напряжение симметричным или несимметричным. Таким образом, достигается определенное значение симметрии.

По этой причине при выборе схемы соединения обмоток трансформатора принято считать вышеперечисленные параметры основными. Только после этих расчетов следует переходить к более детальному выбору схем, что очень важно для эффективной работы установки.

Группа соединения обмоток D/Y (треугольник/звезда) в основном используется в понижающих трансформаторах большой мощности. Трансформаторы с таким подключением в основном используются в распределительных системах низкого напряжения. Как правило, нейтральная точка звезды заземляется, чтобы можно было использовать как линейное, так и фазное напряжение.

Схемы соединения обмоток в треугольник и звезду для начинающих.

Самый распространенный вопрос от людей, начинающих изучать трансформаторы или другое электрооборудование, – “Что такое соединение звездой и треугольником?”. В чем различия и как они устроены, мы постараемся объяснить в нашей статье.

Давайте проанализируем схемы соединения обмоток на примере трехфазного трансформатора. В своей структуре он имеет магнитный сердечник, состоящий из трех стержней. Каждый сердечник имеет две обмотки – первичную и вторичную. Первичная обмотка проводит высокое напряжение, а вторичная обмотка проводит низкое напряжение и направляется к нагрузке. В символе схема подключения обозначается дробью (например, Y⁄∆ или Y/D или Y/D), причем числитель обозначает соединение обмоток высокого напряжения (HV), а знаменатель – соединение обмоток низкого напряжения (LV).

Каждый сердечник имеет первичную обмотку и вторичную обмотку (три первичных и три вторичных обмотки). Каждый виток имеет начало и конец. Обмотки могут быть соединены звездой или треугольником. Для наглядности обозначим вышесказанное схематично (рис. 1)

В случае соединения звездой концы обмоток соединены вместе, и три фазы проходят от начала до потребителя. Нейтральный проводник N (также называемый нейтральным проводом) берется из нейтрального провода концов обмотки. В результате получается четырехпроводная трехфазная система, которая часто встречается вдоль воздушных линий электропередач.

Преимущество этой схемы подключения в том, что мы можем получить 2 напряжения: фазное (фаза + нейтраль) и линейное. При таком подключении линейное напряжение в √3 раза больше фазного. Зная, что фазное напряжение дает 220 В, умножив его на √3 = 1,73, мы получим примерно 380 В, что является напряжением сети. Но что касается электрического тока, то в этом случае фазный ток равен линейному, потому что и фазный, и линейный токи выходят из обмотки одинаково и не имеют другой возможности. Следует также отметить, что только в соединении звездой имеется нейтральный проводник, который действует как “выравниватель” нагрузки, чтобы напряжение не колебалось.

Теперь рассмотрим треугольное соединение обмоток. Если мы соединим конец фазы А с началом фазы В, конец фазы В с началом фазы С, а конец фазы С с началом фазы А, мы получим соединение обмотки треугольником. В этой схеме обмотки соединены последовательно. (Рисунок 3)

Такая схема подключения используется в основном для симметричных нагрузок, когда нагрузка не меняет фазу. При таком подключении фазное напряжение равно линейному, но электрический ток при таком расположении, наоборот, отличается. Ток линии в √3 раза больше фазного тока. Соединение обмоток в треугольник обеспечивает баланс ампер-напряжения для нейтрального проводника.

непрерывный ток. Проще говоря, соединение треугольником обеспечивает сбалансированное напряжение.

Подведем итоги. Для базового определения соединений обмоток силового трансформатора предположим, что разница между этими соединениями заключается в том, что в звезде все три обмотки соединены вместе одним концом каждой обмотки в одной точке (нейтраль), тогда как в треугольнике обмотки соединены последовательно. Соединение звездой позволяет получать два напряжения: линейное (380 В) и фазное (220 В), в то время как при соединении треугольником получается только 380 В.

Выбор соединения обмоток зависит от многих факторов:

Схемы питания трансформаторов
Мощность трансформатора
Уровень напряжения
Асимметрия нагрузки
Экономические соображения

Например, для сетей 35 кВ и выше выгодно соединять обмотки трансформатора в звезду, заземляя нейтральную точку. В этом случае напряжение на зажимах трансформатора и проводах ЛЭП относительно земли всегда будет в √3 раза ниже, чем напряжение линии, что приводит к снижению затрат на изоляцию.

На практике наиболее распространенными группами соединений являются Y/Y, D/Y, Y/D.

Группа соединений Y/Y (звезда/звезда) чаще всего используется в небольших трансформаторах, питающих симметричное трехфазное электрооборудование/приемники. Он также иногда используется в мощных цепях, где требуется заземление нейтральной точки.

Группа соединения обмоток D/Y (треугольник/звезда) в основном используется в понижающих трансформаторах большой мощности. Трансформаторы с таким подключением чаще всего используются в распределительных системах низкого напряжения. Как правило, нейтральная точка звезды заземляется, чтобы можно было использовать как линейное, так и фазное напряжение.

Группа соединения обмоток Y/D (звезда/треугольник) в основном используется в главных трансформаторах крупных электростанций и подстанций, которые не используются для целей распределения.

Схемы намотки и группы соединений для трансформаторов

Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки – высоковольтную (ВН) и низковольтную (НН), каждая из которых состоит из трех фазных витков, или фаз. Так, трехфазный трансформатор имеет 6 независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими клеммами, причем начальные фазные выводы обмотки высокого напряжения обозначены A, B, C, клеммные выводы X, Y, Z, а соответствующие фазные выводы обмотки низкого напряжения обозначены a, b, c, x, y, z.

Обмотки трехфазных трансформаторов почти всегда соединены либо в звезду -Y, либо в треугольник – Δ (рис. 1).

Выбор схемы подключения зависит от критериев эксплуатации трансформатора. Например, в сетях с напряжением 35 кВ и выше целесообразно соединять обмотки в звезду и заземлять нейтральную точку, так как в каждом случае напряжение проводов ленты электропередачи будет в √ 3 раза ниже напряжения линии, что приводит к снижению цены изоляции.

Осветительные сети оплачивают строительство для самых высоких напряжений, но лампочки с высокими номиналами напряжения имеют низкий световой поток. По этой причине рекомендуется питать их от низкого напряжения. В таких случаях также выгодно соединять обмотки трансформатора в звезду (Y), переключая лампы на фазное напряжение.

С другой стороны, в силу эксплуатационных критериев самого трансформатора, одна из обмоток должна быть соединена в треугольник (Δ ).

Фазовый коэффициент трехфазного трансформатора – это отношение фазных напряжений при отсутствии нагрузки:

n f = U fnxx / U fnxx,

n l = U lnx / U lnx.

Если соединения фаз – звезда-треугольник (Y/Y) или треугольник/треугольник (Δ/Δ), коэффициенты трансформации двух трансформаторов аналогичны, т.е. n f = n l.

Если обмотки трансформатора соединены в конфигурации звезда-треугольник (Y/Δ), то n l = n f√ 3, а в конфигурации треугольник/звезда (Δ / Y) n l = n f / √ 3.

Группы обмоток трансформатора

Группа обмоток трансформатора характеризуется двунаправленной ориентацией первичных и вторичных напряжений. Изменение взаимной ориентации этих напряжений происходит путем соответствующего изменения маркировки начала и конца обмотки.

Стандартная маркировка начала и конца обмоток высокого и низкого напряжения показана на рисунке 1.

Сначала рассмотрим влияние маркировки на фазу вторичного напряжения по отношению к первичному напряжению на примере однофазного трансформатора (рис. 2а).

Обе обмотки располагаются на одном стержне и имеют одинаковое направление намотки. Считайте верхние клеммы началом, а нижние – концом обмотки. Тогда ЭДС E1 и E2 будут согласованы по фазе, и напряжение сети U1 и напряжение нагрузки U2 будут совпадать соответственно (рис. 2b). Если теперь инвертировать вторичную обмотку (рис. 2 c), то ЭДС E2 изменит фазу на 180° по отношению к нагрузке. В результате фаза напряжения U2 также изменяется на 180°.

Поэтому в однофазных трансформаторах возможны две группы соединений, соответствующие углам 0 и 180°. На практике, для простоты, для обозначения групп используется циферблат часов. Напряжение первичной обмотки U1 отображается минутной стрелкой, ежедневно устанавливаемой на 12, а часовая стрелка принимает различные положения в зависимости от угла смещения между U1 и U2. Сдвиг на 0° соответствует группе 0, а сдвиг на 180° – группе 6 (рис. 3).

Пусть обмотки трансформатора соединены по схеме Y/Y (рис. 4). Обмотки на одном стержне будут располагаться одна под другой.

Соедините клеммы A и a для согласования возможных схем. Установите положение векторов напряжения первичной обмотки в треугольник ABC. Положение векторов напряжения вторичной обмотки зависит от обозначения клемм. Для обозначения на рис. 4а ЭДС соответствующих первичной и вторичной фаз совпадают, следовательно, линейные и фазные напряжения первичной и вторичной обмоток будут совпадать (рис. 4, б). Контур имеет группу Y/Y – O.

Изменим обозначение выводов вторичной обмотки на обратное (рис. 5. а). Изменяя маркировку концов и начал вторичной обмотки, фаза ЭДС изменяется на 180°. Поэтому номер группы изменяется на 6. Эта цепь имеет группу Y/Y – b.

Рис. 6 показана схема, в которой выводы вторичной обмотки (a→b, b→c, c→a) изменены по радиусу относительно рис. 4. При всем этом фазы соответствующих электродвижущих сил вторичной обмотки сдвигаются на 120°, и, таким образом, номер группы изменяется на 4.

Электрические схемы Y/Y дают четные номера групп, а электрические схемы Y/Δ – нечетные номера групп. В качестве примера рассмотрим схему, показанную на рис. 7. В этой цепи ЭДС фазы вторичной обмотки равна ЭДС линии, поэтому ABc повернута на 30° против часовой стрелки относительно ABC. Однако, поскольку угол между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток отсчитывается по часовой стрелке, эта группа будет иметь номер 11.

Из 12 возможных групп соединения обмоток трехфазных трансформаторов стандартизированы две: Y/Y – 0 и Y/Δ-11. Именно они обычно используются на практике.

Читайте далее: