Определение группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов

 

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться со схемами и группами соединения обмоток трехфазного трансформатора; научиться определять группы в прак-тических условиях и изменять группы соединения [1, c. 369–400; 2, c. 254–258; 3, c. 188–195].

 

Основные положения теории

Обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены «звездой» или «треугольником». В трансформаторах средней мощности иногда обмотка низшего напряжения соединяется «зигзагом». На схемах эти соединения принято обозначать: «звезда» – Y или У; «треугольник» – D или D; «зигзаг» – Z. Если «звезда» (или «зигзаг») имеет выведенную нулевую точку, то в обозначениях добавляют индекс «0», например, Y₀, У₀, Z₀.

В общем обозначении схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов первым всегда указывается соединение обмоток высшего напряжения, например, Y/Y₀, Y/D и т.п.

Начала фаз обмотки высшего напряжения принято обозначать прописными начальными буквами латинского алфавита (А, В, С), а концы – последними (X,Y,Z). Для обмоток низшего напряжения берутся соответственно строчные буквы – a, b, c и x, y, z.

Большое значение в практике эксплуатации трансформаторов (при включе-нии их на параллельную работу) имеет направление векторов первичного и вто-ричного линейных напряжений. Их взаимное расположение определяет группу соединения трансформатора.

Векторы первичного и вторичного линейных напряжений могут быть сдвинуты относительно друг друга на угол, кратный 300. Показатель кратности вводится в обозначение группы соединения. Например, на рис. 6, а показана 11-я группа соединения, на рис. 6, б – 6-я; на рис. 6, в – 4-я. Исключение представляет 0-я группа, показанная на рис. 6, г (ранее она называлась 12-й).

а б в г

Рис. 6

Таким образом, группа соединения обмоток трансформатора показывает взаимное расположение векторов первичного и вторичного линейных нап-ряжений.

Номер группы соединения можно определить и другим способом. Если вектор первичного линейного напряжения представить минутной стрелкой на циферблате часов и совместить его с цифрой 12, то вектор вторичного линейного напряжения (считая его часовой стрелкой) покажет номер группы соединения данного трансформатора.

Группа соединения зависит от направления намотки обмоток, маркировки выводов и схемы соединения. При одинаковом направлении намотки и одинако-вой маркировке начал и концов обмотки одного стержня трансформатора их фазовые напряжения будут совпадать по направлению. При изменении того или другого у одной из обмоток векторы фазных напряжений окажутся сдвинутыми на 1800. Таким образом, для изменения группы соединения на противоположную достаточно изменить маркировку выводов обмотки – поменять начала и концы одной из обмоток. Меняя маркировку выводов и схему соединения фаз обмотки, можно получить любую группу от 0 – й до 11 – й. Схема соединения Y/Y дает только четные группы, тогда как схема Y/D или D/Y – только нечетные.

По ГОСТ 11677-85 основными группами соединения силовых транс-форматоров общепромышленного назначения приняты Y/Y₀ – 0-я; D/Y₀ – 11-я; Y/D – 11-я; Y₀/D – 11-яи Y/Z – 11-я. Первые две группы используются главным образом в распределительных сетях низкого напряжения; оставшиеся – для линий электропередач, причем для напряжений 110 кВ и выше возможны соединения Y₀/Y₀. В этом случае чаще всего используются трехобмоточные трансформаторы, одна из обмоток которых для улучшения формы кривой напряжений соединена «треугольником».

На электрифицированных железных дорогах, работающих на переменном токе, с целью симметрирования нагрузки на питающих ЛЭП,допускается приме-

нение других групп соединения тяговых трансформаторов.

 

Экспериментальная часть

 

1) Включить трансформатор по схеме Y/Y и определить группу соединения; изменить группу на противоположную.

2) Проделать то же самое для схемы Y/D.

3) Включить трансформатор по схеме, предложенной преподавателем, и оп-ределить группу соединения.

 

Расчеты и построения

 

1) Определить группы соединения расчетным путем.

2) Построить векторные диаграммы для различных групп соединения.

3) Построить векторную диаграмму и определить группу соединения для схемы, заданной преподавателем.

 

Методические указания

 

Группу соединения можно определить с помощью вольтметра и последую-щего построения совместной векторной диаграммы. С этой целью соединяются перемычкой два одноименных зажима первичной и вторичной обмотки, например А и а, и замеряются напряжения на оставшихся выводах: U_АВ, U_ab, U_Bb, U_Cb, U_Bc и U_Cc. Результаты эксперимента заносятся в табл. 5, последний столбец которой заполняется после построения векторной диаграммы. Измерение напряжений производится путем прикосновения проводов, соединенных с вольтметром, к соответствующим зажимам трансформатора. Будьте внимательны и осторожны!

Величина k _лв табл. 5 и последующих расчетах представляет собой коэф-фициент трансформации по линейным напряжениям:

(17)

Для изменения группы соединения на противоположную необходимо изменить маркировку выводов одной из обмоток. В данном случае это проще осуществить со стороны питания (рис. 7, а – до изменения, б – после изменения). Схема соединения вторичной обмотки при этом остается без изменений.

Для определения группы соединения аналитическим путем необходимо рассчитать напряжения U_Bb, U_Cb, U_Bc и U_Cc по выражениям, приведенным в табл. 6 (напряжение U ₂ =U_ab), и за-полнить ее расчетную часть. Затем из табл. 5 выбрать соответствующую строку, имеющую те же (или близкие) напряжения, полученные опытным пу-

а б

Рис. 7

тем.

 

Таблица 5

 

Экспериментальные данные

 

Схема соединения	Напряжение, В	Коэффи-циент k л	Группа соединения
	Uab	UBb	UBc	UCb	UCc
Y/Y								Y/Y
и т. д.

 

Таблица 6

 

Расчетные соотношения для определения группы соединения

 

Группа соедине-ния	Напряжение, В
UBb = UCc	UBc	UCb
Y/Y0–0-я
Расчет	Опыт	Расчет	Опыт	Расчет	Опыт
Y/Y–6-я
Расчет	Опыт	Расчет	Опыт	Расчет	Опыт
Y/D–11-я
Расчет	Опыт	Расчет	Опыт	Расчет	Опыт
Y/D–5-я
Расчет	Опыт	Расчет	Опыт	Расчет	Опыт

В табл. 6 приведены расчетные выражения только для четырех предусмот-ренных стандартом групп соединения, поэтому группа соединения для схемы, заданной преподавателем, определяется только по векторной диаграмме.

Для построения совмещенной векторной диаграммы вначале строится в

масштабе треугольник первичных линейных напряжений (рис. 8). Поскольку пер-

вичная система напряжений симметрична, этот треугольник будет равносто-ронним со стороной, равной напряжению U_АВ (рис. 8, а).

Треугольник вторичных линейных напряжений строится методом засечек

(рис. 8, б). Потенциалы соединенных перемычкой зажимов равны, поэтому точки А и а на диаграмме оказываются совмещенными. Из вершин треугольника В и С делаются засечки радиусами U_Bb и U_Cb, точка их пересечений дает вершину треугольника b. Точка пересечения засечек радиусами U_Bc и U_Cc даст вершину с. Соединив точки a, b и c, получим треугольник вторичных линейных напряжений. Угол между напряжениями U_АВ и U_ab покажет группу соединения.

 

Рис. 8

Аналогично следует поступать и при других соединениях.

В отчете необходимо дать письменные ответы на контрольные вопросы 2, 3, 4, 6, 7, 13, 14.

3.4. Контрольные вопросы

 

1) Какие схемы применяются для соединения обмоток силовых трехфазных трансформаторов?

2) Как различаются линейные и фазовые напряжения и токи при различных схемах соединения обмоток?

3) Как маркируются начала и концы обмоток фаз трансформатора?

4) Что показывает группа соединения трансформатора?

5) Как определить номер группы соединения по циферблату часов?

6) От каких факторов зависит группа соединения?

7) Как можно изменить группу соединения?

8) Каким образом изменить группу соединения трансформатора на про-тивоположную?

9) Какие группы соединения можно получить при схеме соединения «звезда – звезда»?

10) Какие группы соединения можно получить при схеме соединения «звезда – треугольник»?

11) Какие группы соединения можно получить при схеме соединения «треугольник – звезда»?

12) Какие группы соединения используются в трансформаторах, выпуска-ющихся в Российской Федерации?

13) Как практически определить группу соединения трансформатора?

14) С какой целью необходимо знать группу соединения?

 

Лабораторная работа 4