ЛЕКЦІЯ 19

2.3.4. ГРУПИ СПОЛУЧЕННЯ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРІВ

В паспорті трансформатора після схеми сполучення обмоток указується через дефіс цифра, яка позначує групу сполучення (У / У -0; У / Д -11 тощо). Під групою сполучення обмоток слід розуміти кут (множенням номера групи на 30 ⁰), на який лінійний вектор ЕРС обмотки НН Е_{НН ,} відстає від однойменного вектора обмотки ВН Е_ВН.

У однофазного трансформатора фазні ЕРС будуть одночасно і лінійними, тому ЕРС обох обмоток або співпадають по фазі, якщо обмотки намотані однаково і мають однакове найменування затискачів (рис. 2.30, а), або будуть зсунуті на 180 ⁰ при не однойменному маркуванню затискачів обмоток (рис. 2.30, б) чи різному намотуванні обмоток (рис. 2.30, в). Згідно з цим для однофазних трансформаторів мають місце тільки дві групи сполучення – нульова, якій відповідає кут у 0 ⁰ і шоста з кутом у 180 ⁰. Для трифазних трансформаторів, на відміну від однофазних, можна отримати (змінюючи не лише напрям намотування обмоток, чи маркування затискачів, а і схеми їх сполучення) 12 різних груп: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 та 11. При цьому парні групи будуть при однакових схемах сполучення (У / У, Д / Д), а непарні при різних – (У / Д, Д / У).

Для позначення групи використовується циферблат стрілкуватого годинника (рис. 2.31): велика стрілка вважається лінійним вектором обмотки ВН, вона ставиться на цифру 12, тоді номер групи указує мала стрілка – лінійний вектор ЕРС обмотки НН.

Щоб визначити яку групу сполучення яку має трифазний трансформатор при заданих схемах сполучення, необхідно побудувати векторно-потенціальну діаграму ЕРС його обмоток. Для взаємної орієнтації векторів ЕРС обмоток ВН та НН два будь-які затискачі цих обмоток (наприклад, A та a) вважаються електрично з’єднаними. При дослідному визначенні групи їх необхідно з’єднати провідником для електричного зв’язку між обмотками, інакше неможливо проводити необхідні вимірювання, адже обмотки ВН та НН мають тільки магнітний зв’язок.

На (рис. 2.32) подана схема сполучення та векторно-потенціальна діаграма групи У / У -0, на якій, у відповідності до з’єднаних затискачів А та а, точки А і а суміщені. Враховуючи, що фазні обмотки (АХ та ах; ВY та by; СZ та cz)розташовані по дві на одному із стрижнів осердя трансформатора, то їх відповідні фазні вектори Е_АX і Е_ax співпадають, а Е_BY і Е_by та Е_CZ і Е_cz направлені паралельно. Таким чином нульова точка x; y; z обмоток НН розташовується на векторі E_AX, а вектор E_by, що відкладається з цієї точки і паралельний вектору E_BY закінчується на лінійному векторі E_BA, тому лінійний вектор E_ba співпадає з лінійним вектором E_BA (кут між ними рівний 0 ⁰), а отже це нульова група.

На (рис. 2.33) зображені схема сполучення У / Д - 11 та векторно-потенціальна діаграма, що відповідає одинадцятій групі. Затискачі А і а обмоток ВН та НН з’єднані – на діаграмі це точка А, а,та y (дві останні з’єднані в трикутнику обмотки НН). Вектор E_{b y} відкладається паралельно фазному вектору E_BY, тому що обмотки ВY та by розташовані на одному стрижні і мають однаковий напрям намотування та однакове найменування затискачів, відповідно до (рис. 2.33, а). Таким чином, лінійний вектор E_аb (він одночасно є і фазним вектором E_by ) відстає від однойменного вектора E_AВ на кут 330 ⁰, а отже, це одинадцята група.

Як уже відзначалось, зміна назви затискачів обмотки, чи напрямку намотування, призведе до повороту фазного вектора ЕРС даної обмотки на кут 180⁰, а отже, щоб з нульової групи отримати шосту, а з одинадцятої – п’яту, необхідно змінити назву затискачів обмотки НН а на х, b на y, c на z і навпаки (рис.2.34).

Розглянуті чотири групи сполучення можна отримати залишаючи обмотки НН та ВН кожної фази на “своєму” стрижні, тому ці групи називаються основними. Щоб забезпечити отримання основних груп при схемах сполучення У / Д та Д / У, обмотки НН та ВН, сполучені за трикутником, згідно стандарту з’єднуються не однаково: в обмотці НН – а з y, b з z, c з х (рис. 2.33, а та рис. 2.34, б); в обмотці ВН – А з Z, В з Х, С з Y (рис. 2.35, б).

Якщо ж обмотки НН та ВН однієї фази розташовувати на різних стрижнях, то можна отримати решту вісім груп, які називаються похідними (похідні групи на практиці не використовуються і мають лише теоретичне значення). Розглянемо приклади побудови похідної групи. Наприклад, необхідно з’єднати обмотки трансформатора за третьою групою. Так як група 3 непарна, то схеми сполучення обмоток ВН та НН повинні бути різними, тобто У / Д -3, або Д / У -3. Щоб провести з’єднання затискачів обмоток за У / Д -3, спершу будується векторно-потенціальна діаграма (рис. 2.35, а), на якій вектор E_аb відкладається під кутом 3 ´ 30 ⁰ = 90 ⁰ до вектора E_АВ, тобто трикутник аbс повертається за годинником відносно трикутника АВС на кут 90 ⁰. В результаті такого повороту фазні вектори ЕРС обмотки НН стали паралельними фазним векторам обмотки ВН інших фаз: так вектор E_ax паралельний вектору E_BY; E_by – E_CZ; E_cz – E_{AX .} У відповідності до цього слід позначити і з’єднати затискачі обмотки НН. Аналогічно будуються і векторно-потенціальної діаграми та з’єднуються обмотки за схеми Д / У -3 (рис. 2.35, б).

Основні групи мають перевагу перед похідними, так як передбачають однойменне маркування затискачів обмоток, що розташовані на одному стрижні, а це, а свою чергу, зменшує вірогідність помилки при з’єднанні схеми. Слід також відзначити, що на групу сполучення обмоток зважають лише при паралельній роботі трансформаторів.

2.3.5 ПАРАЛЕЛЬНА РОБОТА ТРАНСФОРМАТОРІВ

Паралельною роботою називають таку роботу двох або більше трансформаторів, коли їх вторинні обмотки ввімкнені на спільне навантаження, при цьому первинні обмотки можуть живитись

як з однієї мережі (рис.2.36, а), так і з різних (рис.2.36, б).

Необхідність в паралельній роботі трансформаторів виникає в таких випадках:

- потужність навантаження більша від потужності одного трансформатора;

- споживач не допускає перерви в електропостачанні, якщо така перерва пов’язана з виробничим браком чи з загрозою для життя та здоров’я людей;

- різке коливання навантаження на протязі часу дозволяє вимкнути кілька паралельно працюючих трансформаторів при зниженні навантаження, і тим самим підвищити експлуатаційні показники решти;

- коли необхідно вивести на поточний ремонт чи профілактику трансформатор, наприклад дільничної підстанції, без перерви в електропостачанні дільниці.

Ввімкнення на паралельну роботу трансформаторів можливе лише за дотримання певних умов.

По-перше, вторинні напруги працюючих паралельно трансформаторів повинні бути однакові; якщо у них однакові і первинні напруги (рис. 2.36, а), то повинні бути рівні коефіцієнти трансформації К всіх ввімкнених паралельно трансформаторів: К_I = К_II = К_n.

По-друге, напруги КЗ u_k всіх трансформаторів, що працюють паралельно, повинні бути рівними: u_kI =u_kII = u_kn.

По-третє, всі паралельно працюючі трансформатори повинні мати однакові схеми та групи сполучення обмоток.

Крім цього, перед вмиканням трансформаторів на паралельну роботу їх обмотки повинні бути сфазовані, що означає увімкнення однойменних затискачів (як обмоток НН так і обмоток ВН) усіх паралельно працюючих трансформаторів лише на “свою” шину, а потужності трансформаторів, які вмикаються на паралельну роботу, не повинні відрізнятися більше ніж в три рази.

2.3.6 РОЗПОДІЛ НАВАНТАЖЕННЯ МІЖ ПРАЦЮЮЧИМИ ПАРАЛЕЛЬНО ТРАНСФОРМАТОРАМИ

Якщо на паралельну роботу увімкнено два, чи більше, трансформаторів з ідеально виконаними умовами паралельної роботи, то навантаження між ними розподілиться пропорційно до їх потужностей.

На практиці, підібрати кілька трансформаторів, які б ідеально підходили для паралельної роботи, досить складно, тому стандартами допускаються деякі відхилення від перерахованих вище умов.

Паралельна робота двох трансформаторів при різних коефіцієнтах трансформації. Згідно зі стандартом допускається паралельна робота трансформаторів з різними коефіцієнтами трансформації, якщо нерівність між коефіцієнтами трансформації D К = К_I – К_II не перевищує 0,5 % від їх середньо геометричного значення :

D К £ 0,005 (2.90)

Таке незначне розходження між коефіцієнтами трансформації пояснюється тим, що в цьому випадку, навіть в режимі НХ, між трансформаторами, що увімкнені паралельно, виникає зрівняльний струм I_зр, зумовлений різницею вторинних напруг D U:

D U = ú U₁ / К_I – U₁ / К_II ú (2.91)

I_зр = D U /(Z_kI + Z_kII), (2.92)

де Z_kI; Z_kII – опори КЗ відповідно першого та другого трансформаторів, Ом.

Зрівняльний струм навантаження співпадає зі струмом навантаження того трансформатора, у якого менший коефіцієнт трансформації, перевантажуючи його і направлений назустріч струму навантаження, розвантажуючи трансформатор з більшим коефіцієнтом трансформації. Враховуючи, що перевантаження трансформатора недопустимо, загальне навантаження в таких випадках необхідно знижувати.

Паралельна робота трансформаторів з різними напругами КЗ. Така робота допускається лише тоді, коли різниця між напругами КЗ D и_к = и_kI – и_kII не перевищує 10 % від їх середньоарифметичного значення:

D и_к £ 0,1 и_{к ср}, (2.93)

де и_{к ср} = (и_kI + и_kII)/2 – середньоарифметичне значення напруг КЗ у відсотках.

При різних напругах КЗ у трансформаторів буде різне падіння вторинної напруги D U (2.74), але вторинні напруги U₂,завдяки ввімкненню на єдині шини, будуть рівними, тобто справедливе рівняння:

І_{I *} Z_кІ = І_{IІ *} Z_кІІ = … І_{п *} Z_кп, (2.94)

де І_I, І_IІ, І_п – струми навантаження, а Z_кІ, Z_кІІ, Z_кп – повні опори КЗ паралельно ввімкнених трансформаторів. Із (2.94) випливає, що величина струму навантаження працюючих паралельно трансформаторів буде зворотно пропорційна їх повним опорам КЗ.

Напругу КЗ трансформатора можна розглядати як повний опір трансформатора у відносних одиницях, тому схему заміщення паралельної роботи трансформаторів можна зобразити у вигляді паралельно увімкнених опорів, що позначають напруги КЗ у відносних одиницях (рис. 2.37). Отже, більший струм навантаження буде мати той трансформатор, у якого менший опір, тобто напруга КЗ, і навпаки.

Виходячи з цього, навантаження при різних напругах КЗ розподіляється зворотно пропорційно напругам КЗ паралельно увімкнених трансформаторів за такою формулою:

S_i = S_{заг *} S_{ном i} /[ и_{к i *} å (S_{ном i} / и_{к i})], (2.95)

де S_і – навантаження і -того трансформатора, Вт; S_заг – загальне навантаження трансформаторів, Вт; S_{ном і}, и_{к і} – номінальна потужність і напруга КЗ і -того трансформатора. У знаменнику виразу (2.94) сума å (S_{ном i} /и_{к i}) може бути визначена як:

å (S_{ном i} /и_{к i}) = (S_номI /и_кI) + (S_номII /и_кII) + …(S_{ном п} /и_{к п}),(2.96)

де S_номI, S_номIІ, S_{ном п}, и_кI, и_кIІ, и_{к п} – номінальні потужності та напруги КЗпершого, другогота п -ного трансформаторів.

Паралельна робота трансформаторів при різних схемах та групах сполучення. Така робота не допускається, тому що зрівняльні струми, які виникають через фазовий зсув вторинних напруг, досить значні – такі, що іноді перевищують струми аварійних КЗ. Величина цього струму визначається у відповідності з (2.92). При цьому різниця напруг D U (рис.2.38) викликана фазовим зсувом визначається формулою:

D U = 2 U_{2Ф *}sin (α /2), (2.97)

де α – кут зсуву між фазними вторинними напругами першого U_2І та другого U_2ІІ трансформаторів.

Очевидно, що не сфазовані трансформатори (наприклад, затискач фази А з’єднати із затискачем фази В або С) не зможуть працювати через струми КЗ, які будуть мати місце при цьому [згідно з (2.97) D U = U_2Л – тобто дорівнює лінійній напрузі, адже α = 120 ⁰, а sin (α/ 2) = / 2 ].

Якщо потужності трансформаторів відрізняються більше ніж у 3 рази, то паралельна робота між ними не має сенсу, тому що трансформатор меншої потужності, маючи менше значення напруги КЗ, може виявитись значно перевантаженим і необхідно буде суттєво знижувати загальне навантаження.

ЦЕ НЕОБХІДНО ЗАПАМ’ЯТАТИ:

– група сполучення трансформатора – це умовне позначення кута, на який вектор лінійної ЕРС обмотки НН відстає від однойменного вектора ЕРС обмотки ВН;

– для однофазних трансформаторів можливі тільки дві групи сполучення:

нульова та шоста (кути відповідно 0 ⁰ та 180 ⁰), а для трифазних – дванадцять груп від нульової до одинадцятої включно через кожні 30 ⁰;

– різні схеми сполучення обмоток ВН та НН утворюють непарні групи, а однакові – парні;

– для з’єднання затискачів обмоток за тією чи іншою групою слід побудувати векторно-потенціальну діаграму лінійних і фазних ЕРС, по якій і визначається, які затискачі з’єднуються між собою та як розміщуються обмотки НН на стрижнях відносно обмоток ВН;

– щоб ввімкнути два чи більше трансформаторів на паралельну роботу слід виконати умови такого ввімкнення: рівність їх вторинних напруг або коефіцієнтів трансформації при рівності і первинних напруг, рівність напруг КЗ та ідентичність схем і груп сполучення;

Невиконання будь-якої із умов ввімкнення на паралельну роботу трансформаторів супроводжується нерівномірністю розподілу між ними загального навантаження і необхідністю його зниження у порівнянні з сумарною номінальною потужністю ввімкнених трансформаторів.

Дата добавления: 2015-07-14