Любой трансформатор, за исключением автотрансформатора, имеет минимум две обмотки: высокого и низкого напряжений. Также у трехфазных устройств каждая из обмоток состоит из трех частей (по числу фаз). Большое количество частей дает возможность множества вариантов включения. Чтобы избежать путаницы, все группы соединения обмоток трансформатора для трехфазных устройств стандартизированы и приведены к единой системе для безошибочного подключения устройств и возможности параллельной работы.
Понятие группы соединение обмоток трехфазного трансформатора
В трехфазных сетях используется два вида соединений: звезда и треугольник. При изготовлении конструкций может показаться, что существует всего четыре вида расположения обмоток:
- Звезда-звезда.
- Звезда-треугольник.
- Треугольник-звезда.
- Треугольник-треугольник.
На деле все обстоит сложнее, поскольку в каждом виде соединений (звезде или треугольники) части обмоток могут быть соединены по-разному. В качестве примера можно привести обычных двухобмоточный трансформатор. Если у такого устройства совпадают начала и концы обмоток, то сдвиг фаз будет равен 0. Разворот одной из обмоток даст сдвиг фаз 1800.
Также встречаются z-образные соединения обмоток (зигзаг). В таких конструкциях каждая из обмоток состоит из двух частей, расположенных на различных стержнях магнитопровода трансформатора.
Трехфазная сеть характеризуется сдвигом фаз одна относительно другой на 1200. Поэтому всего насчитывается 12 групп соединения. Каждая группа характеризуется определенным сдвигом одноименных фаз на входе и выходе трансформатора.
Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора
Типовое соединение первичных обмоток трансформатора показано на изображении с лева.
При параллельным (Parallel) соединении, напряжение питания параллельно соединенных первичных обмоток трансформатора останется неизменным в нашем примере 120 v.
В случае же последовательного (Series) соединения, напряжение питания удвоится. При таком соединении мы сможем подать, теперь уже на одну обмотку общую 240v напряжения.
Типовое соединение вторичных обмоток трансформатора.
1.Первый вариант — это когда используем как есть . Каждая вторичная обмотка трансформатора запитывает свою нагрузку.
2. Второй вариант — это последовательное соединение вторичных обмоток трансформатора.
В итоге мы получим удвоенное напряжение на выходе 2*12.
Мы получим выходное напряжение 24v при тех же токах, что и в схеме независимой работы вторичных обмоток.
3. Третий вариант — это схема со средней точкой. Этот вариант применим в схемах с двуполярным питанием.
4. Четвертый вариант — это параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора. Такая схема увеличивает в двое выходной ток. Увеличивает выходную мощность , напряжение остается прежним.
Условные обозначения и расшифровка
Группы маркируются числами от 0 до 11. Для удобства и стандартизации принято следующее:
- однотипные соединения (∆/∆, Y/Y) имеют четные номера;
- разнотипные соединения (∆/Y, Y/∆) – нечетные.
Трехфазные трансформаторы выполняются на стержневых магнитопроводах. Каждая из фаз располагается на отдельном стержне. Это во многом упрощает дальнейшую работу и согласование устройств между собой.
Если у трансформатора одинаковые фазы намотаны на одних стержнях, то группы соединений при этом называются основными (0, 6, 11, 5). Остальные группы – производные.
Так как минимальный сдвиг фаз может составлять 300, то количество вариантов равно 12, что соответствует положениям стрелок часов. 0-е и 12-е положения совпадают. На основании этого говорят, что номер группы совпадает с положением часовой и минутной стрелок. Сдвиг фаз вычисляется просто:
Номер группы*300.
Приняты следующие обозначения на электросхемах и устройствах:
- Y, У – звезда;
- Yн, Ун – звезда на стороне низкого напряжения;
- Yо, Уо – звезда с нулевой точкой;
- ∆, Д, D – треугольник;
- ∆н, Дн, Dн – треугольник на стороне низкого напряжения.
Пример маркировки двухобмоточного трансформатора:
- ∆/Yн – 11. Первичная обмотка треугольник, вторичная (понижающая) звезда. Сдвиг фаз 3300;
- Y/Yо -0. Обе обмотки соединены звездой, вторичная с выведенной нулевой точкой. Сдвиг фаз отсутствует.
Также на электрических схемах обмотки высокого напряжения (ВН) обозначают символами:
- A,B, C – начало обмотки;
- X, Y, Z – конец обмотки.
Аналогично для стороны низкого напряжения:
- a, b, c;
- x, y, z.
Подобным образом маркируются многообмоточные устройства, например:
Yо/Y/∆ – 0 – 11.
Вместо нулевой группы может указываться двенадцатая, что совершенно равнозначно.
Соединение обмоток трансформатора в звезду
При соединении в звезду действуют следующие соотношения –
- линейные токи равны фазным,
- линейные напряжения больше фазных в √3 раз
Возможно множество вариантов соединения обмоток трансформатора в звезду, некоторые из них приведены на рисунке ниже. И, как говорится, не все из них одинаково полезны, а точнее, для разных случаев необходима разная схема соединений.
Следует отметить, что в звезду можно соединить как один трехфазный трансформатор, так и три однофазных. На рисунке обозначаются:
- А, В, С – начала обмоток высшего напряжения
- Х, Y, Z – окончания обмоток высшего напряжения
- a, b, c – начала обмоток низкого напряжения
- x, y, z – окончания обмоток низкого напряжения
Как строятся векторные диаграммы
При построении векторных диаграмм надо запомнить правило, что сдвиг фаз меду фазами равняется 1200, то есть, при равенстве напряжений, концы векторов всегда будут образовывать равносторонний треугольник.
Наиболее просто составляется диаграмм для соединения звезда. В центре диаграммы ставится точка, которая соответствует объединенным концам обмоток. Из центра под углами 1200 проводятся векторы фаз. Вертикально проводят вектор средней фазы.
Для треугольника начерно проводят линию, параллельную соответствующей фазы звезды, а от ее концов, соответственно, подсоединенные к ней оставшиеся две фазы. Должно соблюдаться условие – все стороны треугольника должны быть параллельны соответствующим фазам звезды. Искомыми векторами будут проведенные линии из центра треугольника к его вершинам.
Векторные диаграммы рисуются для высокой и низкой сторон, а затем совмещаются с единым центром. Угол между одинаковыми фазами будет показывать номер группы соединения, выраженный в часах.
Отсчет нужно брать от вектора высокого напряжения к низкому.
Таблица групп соединений
В таблице ниже представлены обозначения групп соединения и чередование фаз низкой и высокой сторон.
| Группа соединения | Обозначение | Чередование фаз |
| 0 | Y/Y-0 | C, B, A |
| c, b, a | ||
| ∆/∆-0 | C, B, A | |
| c, b, a | ||
| 1 | Y/∆-1 | C, B, A |
| c, b, a | ||
| ∆/Y-1 | C, B, A | |
| c, b, a | ||
| 2 | Y/Y-2 | C, B, A |
| c, b, a | ||
| ∆/∆-2 | C, B, A | |
| а, c, b | ||
| 3 | Y/∆-3 | C, B, A |
| b, a, с | ||
| ∆/Y-3 | C, B, A | |
| b, a, с | ||
| 4 | Y/Y-4 | C, B, A |
| b, a, с | ||
| ∆/∆-4 | C, B, A | |
| b, a, с | ||
| 5 | Y/∆-5 | C, B, A |
| c, b, a | ||
| ∆/Y-5 | C, B, A | |
| c, b, a | ||
| 6 | Y/Y-6 | C, B, A |
| c, b, a | ||
| ∆/∆-6 | C, B, A | |
| c, b, a | ||
| 7 | Y/∆-7 | C, B, A |
| c, b, a | ||
| ∆/Y-7 | C, B, A | |
| c, b, a | ||
| 8 | Y/Y-8 | C, B, A |
| а, c, b | ||
| ∆/∆-8 | C, B, A | |
| c, b, a | ||
| 9 | Y/∆-9 | C, B, A |
| b, a, с | ||
| ∆/Y-9 | C, B, A | |
| b, a, с | ||
| 10 | Y/Y-10 | C, B, A |
| c, b, a | ||
| ∆/∆-10 | C, B, A | |
| b, a, с | ||
| 11 | Y/∆-11 | C, B, A |
| c, b, a | ||
| ∆/Y-11 | C, B, A | |
| c, b, a |
Определение методом гальванометра
Существует несколько способов определить правильность подсоединения обмоток. Самый простой способ – использование вольтметра магнитоэлектрической системы. Его еще называют методом постоянного тока.
Для этого к концам проверяемой обмотки подключают измерительный прибор, а на другую обмотку подают постоянное напряжение. Отклонение стрелки в момент замыкания ключа покажет полярность подключения обмотки. Такие действия производятся для каждой обмотки.
Также можно воспользоваться простым вольтметром при подключении переменного напряжения. Для этого на одну из обмоток подают пониженное переменное напряжение, а остальные две обмотки соединяют последовательно и подключают к вольтметру. Отсутствие или слишком малые показания говорят о том, что обмотки включены встречно.
Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора
Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора
Типичный понижающий трансформатор с двумя первичными (Primary) и двумя вторичными (Secondary) обмотками, представлен на изображении.
Темная точка обозначает начало обмотки (идентичную полярность обмоток в данной точке)
Объединяя обмотки первичные между собой, мы тем самым назначим применение трансформатору либо в сети с напряжением переменного тока — 110 -120 vv, либо в сети переменного тока 220 — 240 vv .
Объединяя вторичные обмотки трансформатора и в зависимости от схемы объединения, мы тем самым определяем какое схемное решение будет использовать ту или иную схемы объединения вторичных обмоток трансформатора.
Манипулируя способом объединения между собой первичных и между собой вторичных обмоток трансформатора мы можем увеличить или уменьшить выходное напряжение или мощность. А также пределы входного напряжения.
Проверка
Если известен коэффициент трансформации, то при помощи вольтметра можно определить номер основной группы соединения. Для этой цели подают напряжение на концы А и а или x и y и измеряют напряжения на выводах В-в и С-с при соединении звездой или B-y и C-z при соединении треугольником. Для проверки используют следующие соотношения:
UBb = UCc = UAa(k-1) Группа Y/Y-0
UBy = UCz = Uxy(k+1) Y/Y-6
UBb = UCc = UAa(√(1-√3k+k2)) Y/∆-11
UBy = UCz = Uxy(√(1+√3k+k2)) Y/∆-5
Для исключения повреждения оборудования, возникновения аварийных ситуаций и травмирования, все измерения следует производить при низком напряжении, не включая оборудование в основную сеть предприятия.
Схемы соединения трансформаторов напряжения
Однофазные трансформаторы напряжения в зависимости от назначения соединяются между собой в различные схемы.
На рис. 2-3 приведены основные схемы соединения однофазных ТН.
На рисунке (а) представлена схема включения одного ТН на междуфазное напряжение АС.
Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно только одно междуфазное напряжение.
На рис. (б) приведена схема соединения 2-х ТН в открытый треугольник(или неполную звезду). Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.
На рис. (в) приведена схема соединения 3х однофазных ТН в звезду. Эта схема получила широкое распространение и применяется когда для защиты и измерений нужны фазные напряжения или же одновременно фазные и междуфазные напряжения.
Соединение 3-х однофазных ТН по схеме треугольник – звезда представлена на рис. (г). Эта схема обеспечивает напряжение на вторичной стороне, равное
На рис. (д) представлена схема соединения обмоток 3‑х однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности. В этой схеме первичные обмотки ТН соединяются в звезду с заземлённой нейтралью, а вторичные обмотки соединяются последовательно, образуя разомкнутый(не замкнутый) треугольник. Напряжение на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений нулевой последовательности вторичных обмоток:
Так как сумма 3‑х фазных напряжений равна утроенному напряжению нулевой последовательности, то
Следовательно, на зажимах схемы разомкнутого треугольника получается напряжение, пропорциональное напряжению нулевой последовательности.
В нормальных режимах и при к.з. без земли Up=0, т.к. векторы напряжений не содержат нулевой последовательности.
При к.з. на землю в сетях с заземлённой нейтралью и при замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью геометрическая сумма фазных напряжений не равна нулю за счёт появления напряжения нулевой последовательности и на зажимах разомкнутого треугольника появится напряжение нулевой последовательности 3U0.
Таким образом, рассмотренная схема является фильтром напряжений нулевой последовательности.
Следует отметить, что обязательным условием работы рассмотренной схемы (д) в качестве фильтра U0 является заземление нейтрали первичных обмоток ТН, так как при отсутствии заземления первичным обмоткам ТН будут подводиться не фазные напряжения относительно земли, а фазные напряжения относительно изолированной нейтрали, сумма напряжения которых не содержит U0 и их сумма всегда равна нулю и при замыканиях на землю напряжение на выходе схемы будет отсутствовать.
На рис. 2-4 представлена схема соединения трансформатора напряжения имеющего две вторичные обмотки. Здесь первичная и основная вторичная обмотки соединены в звезду, а дополнительная вторичная обмотка соединена в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений – для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных к.з. в сетях с заземлённой нейтралью, а также для устройств контроля изоляции действующих на сигнал в сетях с изолированной нейтралью).
Как известно, сумма 3-х фазных напряжений в нормальном режиме, а также при 2-х и 3-х фазных к.з. равна нулю. Поэтому в этих условиях напряжение на выводах разомкнутого треугольника будет равно нулю.
Обычно на выводах разомкнутого треугольника в нормальном режиме (при отсутствии замыкания на землю) имеется небольшое напряжение величиной 0,5-2 В, которое называется напряжением небаланса.
При 1ф. к.з. в сети с заземлённой нейтралью фазное напряжение повреждённой фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений 2-х неповрежденных фаз оказывается равной фазному напряжению.
При однофазных замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью напряжения неповреждённых фаз становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. В этом случае, чтобы на реле напряжение не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН предназначенных для работы в сетях с изолированными нейтралями, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации (например, ).
Следует иметь в виду, что при включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они должны соединяться в звезду, нулевая точка которой обязательно должна соединяться с землёй. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при 1ф. к.з. или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, приборы и реле, включенные на его вторичную обмотку правительно измеряли напряжения фаз относительно земли.
Заземление вторичных обмоток также обязательно независимо от их схемы соединения т.к. это заземление является защитным – обеспечивает безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется один из фазных проводов (как правило, фаза В) или нулевая точка звезды.
Первичные обмотки ТН до 35 кВ подключаются к сети через высоковольтные предохранители для быстрого отключения от сети повреждённого ТН.
Для защиты обмоток ТН при повреждениях во вторичных цепях устанавливаются автоматические выключатели (или предохранители) низкого напряжения.
Вторичные цепи ТН должны выполняться с высокой степенью надёжности, исключающей обрывы и потерю контактов для исключения исчезновения напряжения на защитах, так как исчезновение напряжения будет восприниматься защитами как понижение напряжения при к.з. в защищаемой сети и может привести к их неправильному действию. Исчезновение напряжения от ТН вследствие неисправностей или перегорания предохранителей также будет восприниматься защитами как потеря напряжения и также может привести к их неправильному действию. Поэтому защиты, реагирующие на понижение напряжения, выполняются так, что отличают к.з. от неисправности во вторичных цепях, либо снабжаются специальными устройствами – блокировками при неисправностях в цепях напряжения.
Примеры групповых соединений обмоток
Государственным стандартом предусмотрены только две группы соединения обмоток:
- Y/Y-0 или ∆/∆-0
- Y/∆-11 и ∆/Y-11
Жесткая стандартизация позволяет исключить аварии и повреждения в результате неправильных подключений. К тому же, для трансформаторов одинаковой мощности и коэффициента трансформации становится возможным параллельное включение устройств.
Остальное количество соединений используется крайне редко в отдельных случаях при невозможности использования стандартного варианта.
Тип подключения должен быть оговорен в сопроводительной документации и продублирован на шильдике устройства.
Ошибочные обозначения
Ошибочные включения возникают при несоблюдении правил подключения концов. Это происходит в результате неправильной намотки или неправильном обозначении. В результате при включении устройства в трехфазную сеть, обмотки, включенные встречно, компенсируют магнитные потоки друг у друга, поэтому через них начинает протекать ток, ограниченный лишь активным сопротивлением обмоточного провода, что равносильно короткому замыканию.
Чтобы исключить случаи неправильного включения, рекомендуется после ремонта оборудования или перед включением неизвестных устройств тщательно проверить фазировку каждой обмотки несколькими методами для исключения возможных ошибок.
Уменьшить вероятность ошибки поможет предварительный расчет напряжений для измерений по методу вольтметра. Полученные данные служат ориентировочными значениями, на которые нужно обращать внимание при проведении последующих измерений.
