Физические условия работы трансформаторов при несимметричной нагрузке

Несимметричная нагрузка при отсутствии токов нулевой последовательности. Токи нулевой последовательности отсутствуют в случае, когда сеть не имеет нулевого провода или когда этот провод не нагружен током. Так как токи прямой и обратной последовательности во всех случаях одинаковым образом трансформируются из одной обмотки в другую и сопротивления трансформатора для этих токов одинаковы, то их действие можно учитывать совместно. Поэтому при отсутствии токов нулевой последовательности необходимость разложения токов и напряжений на симметричные составляющие отпадает.

Если w_t = w₂ и намагничивающий ток принять равным нулю, то первичные и вторичные токи прямой последовательности в каждой фазе равны по величине и обратны по знаку. Это же справедливо и для токов обратной последовательности, а значит, и для суммы токов прямой и обратной последовательности. Поэтому при принятых предположениях в рассматриваемом случае полные токи фаз

Если учитывать также намагничивающие токи, то равенства (16-17) действительны для нагрузочных составляющих токов,

Из сказанного следует, что н. с. и токи первичных и вторичных обмоток уравновешиваются в каждой фазе и на каждом сердечнике по отдельности. Поэтому влияние одних фаз на другие отсутствует и каждую фазу можно рассматривать по отдельности, причем для каждой фазы действительны схемы замещения вида рис. 14-5 и 14-6 с одинаковыми параметрами, которые можно использовать для расчета соотношений между напряжениями, токами и другими величинами каждой фазы. Связи же между отдельными фазами трансформатора необходимо рассматривать только для установления соотношений между линейными и фазными величинами в зависимости от вида схем соединений обмоток.

При несимметричной нагрузке падения напряжения AU в отдельных фазах трансформатора различны. Но если токи отдельных фаз не превышают номинальных значений, то при /_0П| = 0 величины AU относительно малы, так как сопротивление Z_K трансформатора относительно мало. Отсюда можно сделать вывод, что несимметричная нагрузка трансформатора при /_Оп = 0 не вызывает значительного искажения симметрии фазных и линейных напряжений. Поэтому при /₀„ = 0 больших осложнений в работе трансформатора не возникает. Отметим, что, согласно ГОСТ 3484—65, трехфазная система напряжений или токов считается практически симметричной,

если составляющая обратной последовательности равна не более 5% составляющей прямой последовательности.

На рис. 16-5, а, б, в и г показано распределение токов в фазах трансформатора и линейных проводах в случае коротких замыканий между вторичными линейными зажимами трансформатора. Указанное распределение токов действительно также при различных характерах нагрузки, когда /_Оп = 0. Рис. 16-5, а соответствует симметричной нагрузке.

Несимметричная нагрузка при наличии токов нулевой последовательности. Токи нулевой последовательности возникают обычно

Рис. 16-5. Токораспределение в обмотках трансформаторов с различными схемами соединений обмоток при различных видах коротких замыканий

тогда, когда вторичная обмотка соединена в звезду с нулевым проводом и между нулевым и линейным проводами включаются однофазные потребители, а также при однофазном коротком замыкании на вторичной стороне такого трансформатора.

Ниже будем предполагать, что система первичных напряжений Трансформатора остается симметричной.

Необходимо различать два случая: 1) токи нулевой последовательности возникают в обеих обмотках трансформатора и 2) они возникают только в одной обмотке,

В первом случае (трансформаторы с соединением обмоток Y₀/Y_D и Д/Yo) намагничивающим током нулевой последовательности можно пренебречь, так как он будет составлять небольшую долю полного тдка нулевой последовательности, и

Поэтому н. с. токов нулевой последовательности взаимно уравновешиваются в каждой фазе трансформатора, сопротивление нулевой последовательности Z_On = Z_K и для этого случая применима упрощенная схема замещения (рис. 16-3, айв снизу). Поскольку вследствие этого токи всех последовательностей трансформируются одинаковым образом из одной обмотки в другую и для них существуют одинаковые схемы замещения с одинаковыми параметрами, то в данном случае также, вообще говоря, нет надобности раскладывать полные токи и напряжения фаз на симметричные составляющие. Нулевые составляющие вторичного напряжения £/_а0 в данном случае возникают только за счет относительно небольших падений напряжения Zj_Ao. Поэтому в трансформаторах с соединением обмоток A/Y_o при несимметричной нагрузке система трехфазных напряжений искажается относительно слабо.

Во втором случае (трансформаторы с соединением обмоток Y/Y_o) токи нулевой последовательности /_а0 протекают только

во вторичной обмотке и являются чисто намагничивающими, так как они не уравновешены токами 1_Ао в первичной обмотке. Э. д. с, нулевой последовательности

Рис. 16-6. Искажение системы фазных напряжений в трансформаторе с соединением обмоток Y/Y_o при наличии токов нулевой последовательности

поэтому могут достичь больших значений. Например, для группового трансформатора, у которого Z_m0 = Z_a, уже при 1_а0 = /₀ да да (0,02 -s- 0,05) /_н э. д. с. Е_Оа да 0_в. В результате система фазных э. д. с. и напряжений сильно искажается, в чем можно убедиться из нижеследующего.

Пусть первичная обмотка (Y) трансформатора с соединением обмоток Y/Y_o приключена к сети, линейные напряжения которой Uab, Ubcj Uca симметричны и являются поэтому напряжениями прямой последовательности. Векторная диаграмма первичных линейных и фазных напряжений на холостом ходу при этом имеет вид, показанный.на рис. 16-6, а. Фазные э. д. с. Ё_Аг тш — О_АХ, Ёрг да ^ — &вь Ёа & — Оа также представляют собой симметричную систему прямой последовательности. Векторная диаграмма системы вторичных напряжении на холостом ходу будет иметь совершенно такой же вид.

Пусть теперь вторичная обмотка (Y_o) нагружена несимметрично, с содержанием токов всех последовательностей. Вторичные токи прямой и обратной последовательности трансформируются на первичную обмотку, магнитно уравновешены и вызывают только относительно малые падения напряжения. Однако не уравновешенные со стороны первичной обмотки вторичные токи Нулевой последовательности индуктируют в обеих обмотках э. д. с Е_Оа, которые складываются с э. д. с. прямой последовательности, в результате чего полные фазы э. д. с. будут

Система первичных фазных напряжений при пренебрежении падениями напряжений определяется векторами:

и будет при этом сильно искажена, а нулевая точка на диаграмме сместится на величину Ёоа ^и не будет совпадать с центром тяжести треугольника линейных напряжений (рис. 16-6, б). Диаграмма вторичных напряжений будет иметь аналогичный вид. Направление векторов Ё_Оп зависит от фазы токов /_а0 и определяется условиями нагрузки. На величину линейных напряжений напряжения нулевой последовательности не влияют, так как в разностях 0_аЬ = О_а — — Оь и т. д. нулевые составляющие исчезают.

Таким образом, в трансформаторе с соединением обмоток Y/Y_o токи нулевой последовательности могут вызвать сильные искажения величин фазных напряжений, что неприемлемо и опасно для однофазных потребителей.

В групповых, броневых и бронестержневых трансформаторах с соединением обмоток Y/Y_o сильное искажение системы фазных напряжений возникает уже при незначительных по величине токах нулевой последовательности. Поэтому соединение Y/Y_o в этих транс* форматорах обычно не применяется, а если все же в отдельных случаях по каким-либо причинам обе обмотки желательно соединить в звезду, то на каждой фазе выполняется еще третья, или так назы» ваемая третичная, обмотка, которая соединяется в треугольник. Если эта обмотка предназначена только для уравновешивания токов нулевой последовательности, то концы ее наружу на выводятся. Если же она рассчитана также для нагрузки и ее концы выводятся наружу, то получается трехобмоточный трансформатор (см. § 18-1). Отметим, что наличие нулевого провода или заземления с обеих сторон трансформатора с соединением обмоток Y_o/Y_o не дает гарантии-уравновешивания токов нулевой последовательности, так как сопротивление первичного контура для этих токов может оказаться большим.

У трехстержневых трансформаторов с соединением обмоток Y/Y_o искажение системы фазных напряжений при наличии токов нулевой последовательности меньше, так как Z_m0 <; Z_u. В СССР такие трансформаторы строятся мощностью до 6000 кв -а. При этом, согласно ГОСТ 11677—67, требуется, чтобы ток в нулевом проводе не превышал 25% номинального тока. Тогда ток нулевой последовательности не будет превосходить 25:3 = 8,3% номинального тока.

Отметим, что трансформаторы с соединением обмоток «звезда — зигзаг с нулевым выводом» хорошо переносят нагрузки с содержанием токов нулевой последовательности, так как эти токи уравновешиваются во вторичных обмотках на каждом сердечнике, поскольку на каждом сердечнике имеются две половинки фаз вторичной обмотки, которые обтекаются токами нулевой последовательности в противоположных направлениях (см. рис. 12-22).

Распределение токов по фазам первичной и вторичной обмоток трансформаторов с соединением Y/Y_o и A/Y_o при однофазных коротких замыканиях и однофазных нагрузках представлено на рис. 16-5, д и е.

Дата добавления: 2015-07-18