Výkonové transformátory 10(6)/0,4 kV – oblasti použití různých schémat zapojení vinutí | Články Enetra

Transformátory jsou rozděleny do skupin v závislosti na fázovém posunu mezi síťovými napětími měřenými na stejnojmenných svorkách. V jednofázovém transformátoru mohou být napětí primárního a sekundárního vinutí ve fázi nebo posunutá o 180°. To závisí na směru vinutí vinutí a označení svorek, tedy na značkách. Pokud jsou vinutí transformátoru vinutá v jednom směru a mají symetrické značení svorek (obr. 2.46,a), pak v nich indukované EMF mají stejný směr. V důsledku toho jsou napětí naprázdno* také ve fázi. Při změně označení svorek jedné z fází nebo směru vinutí jedné fáze (obr. 2.46, b) se získá fázový posun mezi primárními a sekundárními vektory napětí rovný 180 °.

Skupiny spojení jsou označeny celými čísly od 0 do 11. Číslo skupiny je určeno úhlem, o který lineární vektor napětí vinutí nn zaostává za vektorem lineárního napětí vinutí vn. Pro určení čísla skupiny by měl být tento úhel vydělen 30°.

* Pro externí zátěž (spotřebitel) mají EMF a napětí stejnou fázi.

Rýže. 2.46. Skupiny zapojení vinutí jednofázového transformátoru

U jednofázových transformátorů jsou možné pouze dvě skupiny připojení: nula (obr. 2.46, a) a šestá (obr. 2.46, b). Domácí průmysl však vyrábí jednofázové transformátory pouze nulové skupiny, ve kterých jsou napětí primárního a sekundárního vinutí ve fázi (viz tabulka 2.4).

U třífázových transformátorů se mohou fázové EMF dvou vinutí umístěných na stejné tyči, stejně jako u jednofázových transformátorů, shodovat nebo být ve fázi opačné. V závislosti na schématu zapojení vinutí (U nebo D) a pořadí, ve kterém jsou jejich začátky a konce spojeny, se však získají různé úhly fázového posunu mezi lineárními napětími. Například na Obr. Obrázek 2.47 ukazuje schémata zapojení pro V/U vinutí a odpovídající vektorová schémata pro nulovou (a) a šestou (b) skupinu; na Obr. Obrázek 2.48 ukazuje schémata zapojení U/D vinutí a odpovídající vektorová schémata pro jedenáctou (a) a pátou (b) skupinu.

Změnou označení svorek vinutí můžete získat další skupiny připojení: s obvodem V/U – dokonce: druhý, čtvrtý atd.; ve schématu U/D – liché: první, třetí atd. Podle GOST vyrábí domácí průmysl třífázové výkonové transformátory pouze dvou skupin: nula a jedenáct (viz tabulka 2.3). To usnadňuje praktické přepínání transformátorů pro paralelní provoz.

Rýže. 2.47. Skupiny zapojení vinutí trojfázového transformátoru v obvodu U/U

Rýže. 2.48. Skupiny zapojení vinutí trojfázového transformátoru v U/D obvodu

Při zapojení vinutí NN podle obvodu ZH, a vinutí VN podle obvodu U (obr. 2.49) jsou fázová napětí vinutí NN posunuta vůči odpovídajícím fázovým napětím vinutí VN (např. Úa10 vzhledem k ÚA0) o úhel 330°, tedy tímto spojením máme jedenáctou skupinu. To se vysvětluje tím, že mezi lineárními vektory napětí je stejný úhel (na obr. 2.49 není znázorněn).

Rýže. 2.49. Skupina zapojení vinutí třífázového transformátoru s obvodem Y/Zн

Abychom vám zajistili co nejlepší uživatelský zážitek na našich webových stránkách, používáme soubory cookie. Pokračováním v používání těchto stránek souhlasíte s našimi zásadami ochrany osobních údajů.

Nedostatek jasného porozumění mezi výrobci a zákazníky zásadních rozdílů ve vlastnostech výkonových transformátorů s nízkým výkonem a různými schématy zapojení vinutí vede k jejich nesprávnému použití. Nesprávná volba schématu zapojení vinutí zároveň zhoršuje technický výkon elektroinstalace a snižuje kvalitu elektrické energie a také vede k vážným nehodám.

To slavit designéři z Nižního Novgorodu Alevtina Ivanovna Fedorovská и Vladimir Semenovič Rybář . Oni jsou в jeho materiál zdůraznit na rozdíl в reakcí transformátory na asymetrické proudy , že obsahují komponent nula sekvence .

Schémata zapojení vinutí a vlastnosti transformátoru

• „hvězda/hvězda“ – Y/Yн;
• „trojúhelník-hvězda“ – D/Yн;
• „hvězda-cik-cak“ – Y/Zн.

Je známo, že výkonové transformátory 6 (10) / 0 kV mají tříramenné ocelové jádro, kde je umístěno primární a sekundární vinutí fází A, B a C. Magnetické toky tří fází v symetrických režimech cirkulují v jádru transformátoru a nepřekračují jeho meze.

Co se stane při porušení symetrie s výhodou jednofázové zátěže na straně 0 kV? Tyto provozní režimy jsou studovány pomocí teorie symetrických složek [4]. Podle ní je každý asymetrický režim činnosti třífázové sítě prezentován jako geometrický součet 2 symetrických složek proudu a napětí: stejnosměrné, nulové a záporné složky.

Maximální jednofázové asymetrie je dosaženo v režimu jednofázového zkratu na straně 0 kV transformátoru se schématem zapojení vinutí D / Yn.

Obrázek proudů symetrických složek ve vinutí v tomto režimu je na Obr. 1. V nepoškozených fázích na straně 0 kV je geometrický součet tří symetrických složek proudu roven nule (neuvažujeme pracovní zatížení fází). V poškozené fázi dosahuje maxima a rovná se zkratovému proudu. Je určeno vzorcem:

kde ty_л – lineární napětí;

R₁, R, X₁, X – aktivní a jalový odpor kladného a nulového sledu.

Kladné sekvenční rezistory

Kladné sekvenční odpory R ₁ a X ₁ transformátory s různými schématy připojení vinutí jsou určeny stejnými vzorci a mají drobné rozdíly:

Katalogy ukazují, že známá množství v těchto vzorcích P_zkrat a U_к téměř nezávisí na schématech zapojení vinutí transformátoru, a proto neovlivňují kladný sekvenční odpor. Odpory nulové složky transformátorů s různými schématy připojení vinutí mají zásadní rozdíly.

Odpory nulové sekvencevektory proudů a magnetických toků v transformátoru se schématem zapojení vinutí D/Yn (obr. 2).

V takových transformátorech tečou v primárním i sekundárním vinutí přímý, reverzní a nulový sled proudů. Zatímco proudy s nulovou složkou v primárním vinutí jsou uzavřeny uvnitř, aniž by šly do sítě. Magnetizační síly neboli ampérzávity, které vytvářejí nulovou složku proudu primárního a sekundárního vinutí, jsou opačného směru a téměř úplně se vzájemně kompenzují, čímž způsobují malou hodnotu reaktance transformátoru. A kladný a nulový odpor jsou přibližně stejné: R₁ = R; X₁ = X.
V transformátorech s obvodem připojení vinutí Y/Zn v podobném režimu OKZ protékají proudy nulové složky pouze sekundárním vinutím transformátoru, ale nevytvářejí magnetický tok nulové složky, což je vysvětleno zvláštností Zn – „cik-cak“ obvod.
Tato vlastnost spočívá v tom, že na každé tyči transformátoru je jedno sekundární poloviční vinutí dvou různých fází (obr. 3). V režimu OKZ jsou magnetizační síly vytvářené nulovou složkou proudů v těchto polovičních vinutích směrovány v opačném směru a vzájemně se ruší. V tomto případě nejsou v primárním vinutí žádné proudy s nulovou složkou. V takových transformátorech je odpor nulové složky menší než odpor kladné složky: R < R₁; X < X₁.

Rýže. 1. Proudy symetrických součástek ve vinutí transformátoru v režimu jednofázového zkratu

I_A21, I_A22, I_A20, I_B21, I_B22, I_B20, I_C21, I_C22, I_C20 – proudy fází A, B, C stejnosměrného, ​​zpětného a nulového sledu sekundárního vinutí;
I_A11, I_A12, I_A10, I_B11, I_B12, I_B10, I_C11, I_C12, I_C10 – proudy fází A, B, C stejnosměrného, ​​zpětného a nulového sledu primárního vinutí.

Rýže. 2. Směry proudů a netočivé magnetické toky v transformátoru se schématem zapojení vinutí D/Yn

Rýže. 3. Směry proudů a netočivé magnetické toky v transformátoru se schématem zapojení vinutí Y/Zn

Ze vzorce (1) vyplývá, že to poskytuje větší hodnotu zkratového proudu pro transformátory s obvody Y/Zn ve srovnání s transformátory s obvody D/Yn.

Alternativou k transformátorům s obvodem Y/Z jsou transformátory TMGsu s obvodem Y/Yn-0 se speciálním vestavěným balunovým vinutím (SU). Zařízení bylo vyvinuto odborem zásobování elektrickou energií v zemědělství BATU, UE METZ pojmenované po. V.I. Kozlov a Minskenergo a je nyní nedílnou součástí transformátoru s obvodem U/Un.

Vyvažovací zařízení je samostatné vinutí položené ve formě bandáže na vinutí vysokého napětí transformátoru se schématem zapojení pro vinutí U/U. Vinutí balunu je dimenzováno na dlouhodobý průtok jmenovitého proudu transformátoru, tzn. pro plné jmenovité jednofázové zatížení.

Vinutí balunu je zahrnuto do průřezu nulového vodiče transformátoru na základě toho, že v případě asymetrického zatížení a výskytu proudu v nulovém vodiči transformátoru, jakož i související nuly -sekvenční tok, tok vytvořený balunem, stejně velký a nasměrovaný v opačném směru, kompenzuje akční tok nulové sekvence, čímž zabraňuje nevyváženosti fázových napětí.

Schéma připojení balunového vinutí (SU) k vinutí NN:

Transformátory s řídicím systémem zlepšují výkon ochrany a zvyšují bezpečnost elektrické sítě. Prudce snižují destruktivní účinek na vinutí proudů při jednofázových zkratech.

Řídicí systém výrazně zlepšuje sinusové napětí v přítomnosti nelineárních zátěží v síti, což je mimořádně důležité při napájení mnoha citlivých zařízení, například počítačů, automatizace a televizorů.

Transformátory TMG s vyvažovacím zařízením TMGsu.

Nyní přejdeme k transformátorům se schématem zapojení vinutí Y/Yn. Jak je známo, ve vinutích zapojených do hvězdy bez výstupního nulového bodu nemohou protékat proudy s nulovou složkou. Proto v režimu OKZ tečou proudy této sekvence pouze v sekundárním vinutí transformátoru.

Soufázové magnetické toky nulové složky vytvářené proudy sekundárního vinutí přesahují magnetické jádro a jsou uzavřeny kovovým pláštěm transformátoru (obr. 4). To určuje podstatně větší hodnotu odporu nulové složky těchto transformátorů: R >> R₁; X >>X₁.

Rýže. 4. Směry proudů a netočivé magnetické toky v transformátoru se schématem zapojení vinutí Y/Yn

Je třeba poznamenat, že na rozdíl od kladných sousledných odporů transformátorů, které lze vypočítat, nelze nulové sousledné odpory transformátorů s připojovacími obvody vinutí Y/Yn vypočítat. Lze je určit pouze experimentálně. Hodnota těchto odporů do značné míry závisí na konstrukci skříně transformátoru, na velikosti mezer mezi jádrem a pláštěm atd.

Obvod pro měření odporu nulové složky je uveden v GOST 3484.1-88 [3]. Bohužel tento dokument uvádí, že výrobci provádějí taková měření na žádost zákazníků. Pravděpodobně v posledních letech nebyly žádné takové požadavky ze strany zákazníků a výrobci tato měření neprovádějí sami, protože se domnívají, že nejsou nutná. Výsledkem je, že návrháři při provádění výpočtů používají stará referenční data. Zastaralé informace je však nutné používat velmi opatrně, protože konstrukce moderních výkonových transformátorů, zejména pouzdra, a také materiály, ze kterých jsou vyrobeny, se výrazně změnily.

Kromě toho jsou dnes dostupná data o odporu nulové složky transformátorů extrémně vzácná a protichůdná. Tedy podle měření UE METZ pojmenované po. V.I. Kozlov, provedené před mnoha lety, reaktance nulové složky transformátorů se spojovacími obvody vinutí Y/Yn překračuje odpor kladné složky v průměru 10krát. Zároveň GOST 3484.1-88 obsahuje frázi, že tyto odpory se mohou lišit o dva řády. A tím dnes rozpory nekončí[4].

Proč je nutné znát skutečné hodnoty odporu?

Je nutné znát skutečné hodnoty odporů nulové složky, protože určují velikost zkratového proudu. Čím vyšší jsou tyto odpory, tím nižší je zkratový proud, a proto je obtížnější chránit transformátor.
V normálních provozních režimech vedou velké odpory nulové složky při nerovnoměrném zatížení fází transformátoru na straně 0,4 kV ke zhoršení kvality elektřiny pro spotřebitele.
Takže když vezmeme R₁ = R, X₁ = X, což je typické pro transformátory s obvody připojení vinutí D/Yn, dostaneme:

Za těchto podmínek bude tedy zkratový proud na svorkách transformátoru 0,4 kV roven třífázovému zkratovému proudu.
Pokud však R>>R₁ a X>>X₁, který je typický pro transformátory s obvody připojení vinutí Y/Yn, pak hodnota zkratového proudu vyjde podstatně menší než třífázový zkratový proud, tedy I._okz 3fkz. Jaké potíže mohou nastat s jištěním, zejména pokud se provádí na straně vinutí vn s pojistkami 6(10) kV, lze ukázat na konkrétním příkladu.
Na Obr. Obrázek 5 ukazuje schéma zapojení pro transformátor 100 kVA, pomocný zdroj 6/0,4 kV (TSN) rozvodny 110/35/6 kV. V rozvodně se střídavým provozním proudem jsou takové transformátory instalovány na venkovním rozvaděči a připojeny ke vstupu vzduchu z výkonového transformátoru do vstupní buňky ZRU-6(10) kV. Jištění transformátoru včetně kabelu 0,4 kV k rozvaděči 0,4 kV je provedeno pojistkami 6 kV. Zkratové proudy na konci zóny chráněné pojistkami – při vstupu do rozvaděče 0,4 kV – jsou uvedeny v tabulce. 1. Jak je z něj patrné, minimální hodnota zkratového proudu pojistkami 6 kV nastává při jednofázové poruše na straně 0,4 kV.

Tabulka 1. Zkratové proudy na konci pojistkové zóny za transformátorem 100 kVA, 6/0,4 kV, D/Yn při vstupu do rozvaděče 0,4 kV

Rýže. 5. Schéma zapojení pro transformátor 100 kVA, 6/0,4 kV pro napájení pomocných potřeb rozvodny 110/35/6 kV

Podle stávajících doporučení o podmínkách pro odladění od magnetizačního nárazového proudu transformátoru 100 kVA se předpokládá jmenovitý proud pojistek rovný I._n.pr = (2 ÷ 3) I_n.tr. V tomto případě I_n.pr 2 ·10 A 20. Přijímáme I_n.pr = 20 A.

Minimální vypínací proud pojistky PKT-6 kV, 20 A dle katalogových údajů je I_min.off.pr = 240 A, což je podstatně více než zkratové proudy uvedené v tabulce. 1.
Ochrana 6 kV pojistkami PKT se tedy ukazuje jako necitlivá. Navíc, když zkratový proud teče pod minimální přepínatelnou hodnotu, pojistka nejen nechrání zařízení, ale také se sama zničí a způsobí nehodu.
Jako ochranné zařízení můžete zvážit použití pojistek zahraničních firem, například značky Merlin Gerin. Odborníci společnosti doporučují zvolit jmenovitý proud pojistky z podmínky I_{cca 0,1 s} 12 I_nom.tr.Pomocí závislosti času a proudu uvedené v [5] určíme, že tuto podmínku splňuje pojistka Fusarc se jmenovitým proudem 20 A, jejíž minimální vypínací proud je 55 A. Zdálo by se, že tato pojistka spolehlivě chrání el. vybavení, protože minimální proud, který vypíná, je menší než minimální zkratový proud: 62 A 55 A. Doba, za kterou však tato pojistka vypne zkratový proud rovný 62 A, je 7 s. Při takto dlouhé době je nutné počítat s vlivem proudového úbytku způsobeného zvýšením aktivního odporu kabelu jeho zahřátím [6]. V důsledku poklesu proudu se jeho hodnota blíží minimálnímu vypínacímu proudu pojistky –55 ​​A, což činí ochranu nespolehlivou.
Spolehlivost ochrany lze zlepšit použitím výkonového transformátoru 6/0,4 kV se schématem zapojení vinutí Y/Zn. V tomto případě se minimální zkratový proud přes pojistky zvýší na 80 A a doba vypnutí pojistky se zkrátí na 0,6 s a ochrana se stává docela spolehlivou.
Pokud je v uvažovaném příkladu použit transformátor s obvodem připojení vinutí Y/Yn, pak bude minimální zkratový proud přes pojistky pouze 22 A. Je zřejmé, že není možné chránit elektrická zařízení pojistkami 6 kV při takové proud. Nevýhody transformátorů se zapojením vinutí Y/Yn se projevují i ​​v běžných provozních režimech s nerovnoměrným fázovým zatížením. Ztráty napětí ve více zatížené fázi se mohou prudce zvýšit ve srovnání s méně zatíženými fázemi, zvláště když je transformátor silně zatížen a zatížení cos j je nízké.
Znamená však vše výše uvedené, že by se transformátory se schématem zapojení vinutí Y/Yn neměly vůbec vyrábět? Zdá se, že tomu tak není. Velký odpor nulové složky transformátoru není vždy nevýhodou. Například při použití transformátorů nad 1000 kVA může nastat problém stability jednofázového spínacího zařízení 0,4 kV až zkratový proud. V tomto případě pomůže vyřešit tento problém velká hodnota odporu nulové složky transformátoru s obvodem Y/Yn.
Pokud jde o ochranu takových transformátorů, je řešena pomocí reléové ochrany a spínače 6 (10) kV a na spodní straně – pomocí vstupního jističe.

U transformátorů malého výkonu (od 25 do 250 kVA), chráněných pojistkami na straně VN, má schéma zapojení vinutí Y/Zn naprostou výhodu. Schéma D/Yn poskytuje poněkud menší účinek. Pro takové transformátory by neměl být použit obvod Y/Yn.
Schéma zapojení vinutí transformátorů Y/Yn lze v poměrně vzácných případech použít u výkonnějších transformátorů, kdy je nutné omezit jednofázový zkratový proud pro zvýšení stability spínacího zařízení.
Výrobci výkonových transformátorů by měli nutně měřit jejich odpor nulové složky.

1. GOST 11677-85. Výkonové transformátory. Všeobecné technické podmínky.
2. Uljanov S.A. Zkraty v elektrických systémech. – M.: Gosenergoizdat, 1952. – 280 s.
3. GOST 3484.1-88 (ST SEV 1070-78). Výkonové transformátory. Elektromagnetické zkušební metody
4. Příručka pro projektování napájení, elektrických vedení a sítí / Ed. Bolshama Y.M., Krupovicha V.I., Samovera M.L. a další – M.: Energie, 1975. – 696 s.
5. Katalog pojistek Fusarc Merlin Gerin (norma DIN).
6. GOST 28249-93. Zkraty v elektrických instalacích. Výpočtové metody ve střídavých elektrických instalacích s napětím do 1 kV.

Společnost Enetra Technologies LLC je prodejcem OJSC METZ pojmenované po. V.I. Kozlova prodává transformátory středního výkonu. V našem katalogu naleznete suché transformátory TS, TSZ a TSGL, olejové transformátory TM a TMG a také specializované transformátory pro různé účely. Rádi vám dodáme transformátory, které jste si vybrali, po celé Sibiři a sibiřském federálním okruhu. Transformátory dodáváme nejen po celém Sibiřském federálním okruhu, ale i po celém Dálném východě.