Області застосування різних схем з’єднання обмоток, ТОВ - НОМЕК

ОБЛАСТИ ЗАСТОСУВАННЯ РІЗНИХ СХЕМ СПОЛУКИ ОБМОТОК

Відсутність у виробників та замовників чіткого уявлення про принципові відмінності властивостей силових трансформаторів малої потужності з різними схемами з'єднання обмоток призводить до помилок у їх застосуванні. Причому неправильний вибір схеми з'єднання трансформаторних обмоток не лише погіршує технічні показники електроустановок та знижує якість електроенергії, а й призводить до серйозних аварій. Про це нагадують нижегородські проектувальники Алевтина Іванівна Федоровська та Володимир Семенович Фішман, які у своєму матеріалі акцентують увагу на різниці у реакції трансформаторів на несиметричні струми, що містять складову нульової послідовності.

СХЕМИ З'ЄДНАННЯ ОБМОТОК І ВЛАСТИВОСТІ ТРАНСФОРМАТОРІВ

Відповідно до ГОСТ 11677-85 [1] силові трансформатори 10(6)/0,4 кВ потужністю від 25 до 250 кВА можуть виготовлятися з наступними схемами з'єднання обмоток:

Принципова відмінність технічних характеристик трансформаторів з різними схемами з'єднань обмоток полягає в різній реакції на несиметричні струми, що містять нульову послідовність. Це насамперед однофазні наскрізні короткі замикання, а також робочі режими з нерівномірним завантаженням фаз. Як відомо, силові трансформатори 6(10)/0,4 кВ мають тристрижневий сталевий сердечник, на кожному стрижні якого розташовуються первинна та вторинна обмотки відповідної фази – А, В та С. Магнітні потоки трьох фаз у симетричних режимах роботи циркулюють у сталевому сердечнику трансформатора та за його межі не виходять. Що відбувається за порушення симетрії з переважанням навантаження однієї з фаз за 0,4 кВ? Такі режимироботи досліджуються з допомогою теорії симетричних складових [2]. Відповідно до цієї теорії будь-який несиметричний режим роботи трифазної мережі представляється у вигляді геометричної суми трьох симетричних складових струму та напруги: це складові прямої, зворотної та нульової послідовностей. Розглянемо режим максимальної однофазної несиметрії - режим однофазного короткого замикання (ОКЗ) на стороні 0,4 кВ трансформатора зі схемою з'єднання обмоток Д/Yн. Картина струмів симетричних складових в обмотках у цьому режимі представлена ​​на рис. 1. У неушкоджених фазах на стороні 0,4 кВ геометрична сума трьох симетричних складових струму дорівнює нулю (робочим навантаженням фаз нехтуємо), а у пошкодженій фазі ця сума максимальна і дорівнює струму ОКЗ. Його величина визначається відомою формулою:

де Uл – лінійна напруга; R1, R0, X1, Х0 – відповідно активні та реактивні опори прямої та нульової послідовності.

ПРОТИ ПРЯМОГО НАСЛІДНОСТІ

Опір прямої послідовності R1 і X1 трансформаторів з різними схемами з'єднання обмоток визначаються тими самими формулами і відрізняються незначно:

Заглянувши в каталоги, неважко переконатися, що відомі величини Ркз і Uк, що входять до цих формул, від схем з'єднання обмоток трансформатора практично не залежать, а отже, від них не залежать і опору прямої послідовності. На відміну від цих опорів, опори нульової послідовності трансформаторів з різними схемами з'єднання обмоток відрізняються принципово.

ОПОРУ НУЛЬОВОЇ НАСЛІДНОСТІ

Розглянемо картину векторів струмів та магнітних потоків у трансформаторі зі схемою з'єднання обмоток Д/Yн (рис. 2). У таких трансформаторах струмипрямий, зворотної та нульової послідовностей протікають як у первинній, так і у вторинній обмотках. При цьому струми нульової послідовності в первинній обмотці замикаються всередині неї і не виходять в мережу. Створювані струмами нульової послідовності первинних та вторинних обмоток намагнічуючі сили (ампер-витки) спрямовані зустрічно і майже повністю компенсують один одного, що зумовлює невелику величину реактивних опорів трансформатора. При цьому опори прямої та нульової послідовностей приблизно рівні: R1 = R0; Х1 = Х0. У трансформаторах зі схемою з'єднання обмоток Y/Zн в аналогічному режимі ОКЗ струми нульової послідовності протікають лише по вторинній обмотці трансформатора, проте магнітного потоку нульової послідовності вони не створюють, що пояснюється особливістю схеми Zн - "зігзаг". Ця особливість полягає в тому, що на кожному стрижні трансформатора розташовано по одній вторинній напівобмотці двох різних фаз (рис. 3). У режимі ОКЗ сили, що намагнічують, створювані струмами нульової послідовності в цих напівобмотках, спрямовані зустрічно і один одного взаємно компенсують. При цьому струми нульової послідовності у первинній обмотці відсутні. У таких трансформаторах опору нульової послідовності виявляються менше опорів прямої послідовності: R0 & gt; R1; X0 >> X1.

Мал. 4. Напрями струмів та магнітних потоків нульової послідовності у трансформаторі зі схемою з'єднання обмоток Y/Yн

схем

Слід зазначити, що на відміну від опорів прямої послідовності трансформаторів, які можна розрахувати, опори нульової послідовності трансформаторів зі схемами з'єднання обмоток Y/Yн розрахунку не піддаються. Їх можна визначити лише експериментально.Величина цих опорів багато в чому залежить від конструкції кожуха трансформатора, від величини проміжків між сердечником і кожухом і т.п. Схема виміру опорів нульової послідовності наведена у ГОСТ 3484.1-88 [3]. На жаль, у цьому документі зазначено, що такі виміри підприємства-виробники проводять на прохання замовників. Ймовірно, останніми роками таких прохань від замовників не надходить, а виробники ці виміри самостійно не роблять, вважаючи, що вони не потребують. У результаті проектувальники під час виконання розрахунків користуються старими довідковими даними. Однак використовувати застарілу інформацію треба надзвичайно обережно, адже конструкції сучасних трансформаторів, зокрема кожухів, а також матеріали, з яких вони виготовлені, суттєво змінилися. Крім того, наявні на сьогодні дані щодо опорів нульової послідовності трансформаторів вкрай убогі і суперечливі. Так, згідно з вимірами Мінського трансформаторного заводу, виконаними багато років тому, реактивні опори нульової послідовності трансформаторів зі схемами з'єднання обмоток Y/Yн перевищують опір прямої послідовності в середньому в 10 разів. У той же час у ГОСТ 3484.1-88 є фраза про те, що ці опори можуть відрізнятися на два порядки. І цим сьогодні протиріччя не вичерпуються[4].

ЧОМУ НЕОБХІДНО ЗНАТИ РЕАЛЬНІ ЗНАЧЕННЯ ОПОРІВ

Реальні значення опорів нульової послідовності знати необхідно, оскільки визначають величину струму ОКЗ. Чим більше ці опори, тим менше струм ОКЗ, відповідно важче здійснити захист трансформатора. У нормальних режимах роботи великі опори нульової послідовності при нерівномірному завантаженні фаз трансформатора на стороні 0,4 кВпризводять до погіршення якості електроенергії у споживача. Так, якщо прийняти R1 = R0, X1 = X0, що характерно для трансформаторів зі схемами з'єднання обмоток Д/Yн, то отримаємо: