2.5. схемы и группы соединения обмоток

Группы соединений обмоток трансформаторов

Между первичной и вторичной э. д. с. трансформатора, включенного под напряжение, может быть угол сдвига, который в общем случае зависит от схемы соединения и направления намотки обмоток, а также от обозначения (маркировки) зажимов.

Число сочетаний схем соединений У и Д может быть не более четырех: У/У, У/Д, Д/Д и Д/У, но, принимая во внимание возможность намотки обмоток на магнитопроводе в разных направлениях, случайное и преднамеренное изменение маркировки зажимов, а также соединение фазных обмоток в треугольник в ином чередовании, число схем включений трансформатора значительно возрастает. Приведем примеры. У каждой обмотки есть начало и конец. И хотя эти понятия условны, они имеют прямое отношение к действующей в обмотке э. д. с. Если у одной из обмоток поменять обозначения начала и конца (рис. 1), то, принимая ориентацию э. д. с. по отношению к новому началу прежней (от х к а), необходимо считать вектор э. д. с. повернутым на 180°. К такому же результату приводит и изменение направления намотки обмоток. В обмотках с односторонней намоткой (витки обеих обмоток идут от начал в правую или левую сторону) э. д. с. совпадают по направлению, при разносторонней намотке — сдвинуты на 180°.

Рис. 1. Изменение на 180° фазы наведенной э. д. с. при перемене обозначений зажимов. а — фазы э.д.с. ЕА и Еа совпадают; б — э.д.с, ЕА и Еа находятся в противофазе.

Дополнительно по теме

На рис. 2, а показано соединение фазных обмоток треугольником в стандартном порядке: а — у; b — z: с — х. Если обмотки соединить в порядке а — z: с — у; Ь — х (рис. 2,6), то векторы линейных э. д. с. НН смещаются по отношению друг к другу на 60° (рис. 2, в).

Чтобы упорядочить все многообразие схем соединений обмоток трансформаторов, введено понятие о группе соединений, характеризующее угловое смещение векторов линейных э. д. с. вторичных обмоток относительно одноименных векторов линейных э. д. с. обмотки ВН, независимо от того, является ли трансформатор понижающим или повышающим. Группа соединений обозначается числом, которое при умножении на 30° дает угол отставания вектора э. д. с. вторичной обмотки. Если, например, схема и группа соединений трансформатора обозначена У/Д-11, то смещение векторов линейных э.д.с. равно 330°.

Рис. 2. Два варианта схем соединения фазных обмоток НН треугольником.

В ГОСТ предусмотрены две группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов: 0 и 11. Практически могут встретиться 12 групп и, кроме того, такие соединения, которые вообще

не могут быть отнесены к какой-либо определенной группе. Заметим, что нестандартные группы могут быть получены ошибочно при монтаже и ремонте оборудования без вскрытия трансформатора и пересоединения его обмоток. Для этого достаточно, например, перекрасить шины фаз или перемаркировать обозначения выводов. Типичными являются следующие случаи. При перемещении

обозначений выводов фаз (циклическая перемаркировка фаз), когда по кругу меняются местами надписи на выводах трех фаз на стороне ВН или НН (рис. 3), группа соединений каждый раз изменяется на 4 или 8 угловых единиц. Так, при подсоединении трансформатора зажим фазы b может ошибочно оказаться подсоединенным к сборной шине фазы а, зажим фазы с — к шине фазы b и т. д. Такое подсоединение равносильно перемаркировке фаз и влечет за собой изменение исходной группы трансформатора на 4 единицы. Действительно, построение и совмещение векторных диаграмм (рис. 4) показывает что векторы повернуты на 120°, или на 4 единицы.

Рис. 3. Циклическая перемаркировка фаз обмотки в стандартной схеме У/У-О.

Рис.4. Циклическая перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки.

Обозначение фаз НН, соответствующее группе У/У-0 показано в скобках.

Перестановка обозначений двух фаз на стороне ВН и одновременно НН (двойная перемаркировка) у трансформатора, имеющего нечетную группу соединений, вызывает угловое смещение векторов э.д. с. вторичной обмотки относительно их первоначального положения на 60 или 300°. Величина угла зависит от того, какие две фазы на стороне ВН, а также на стороне НН перемещаются — одноименные или разноименные. На рис. 5 показано, что достаточно поменять местами соединительные шины двух фаз А и С на стороне ВН и тех же фаз на стороне НН, как группа 11 перейдет в группу 1, а при перемене мест фаз А и С и одновременно b и c группа 11 превращается в 9.

Рис. 5. Двойная перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки на стороне ВН и НН.

а — исходная группа У/Д-11; б — перемаркировка одноименных фаз А и С; а и с; в — перемаркировка разноименных фаз А и С; b и с.

Наиболее вероятен в эксплуатационной практике случай перекрещивания шин только двух фаз на какой-нибудь одной стороне (ВН или НН), например фаз b и с. При этом изменяется порядок чередования фаз. Вместо а — 6 — с порядок чередования будет а — с — b (рис. 6), и углы сдвига фаз одноименных э.д.с. обмоток ВН и НН будут неодинаковы: jАа = 0°; jBb = 120°; jСс = 240°. Это обстоятельство не позволяет отнести трансформатор к определенной группе соединений.

Рис. 6. Ошибочное обозначение выводов двух фаз.

Одним из основных условий параллельной работы трансформаторов является тождественность групп соединений их обмоток, что устанавливается по паспортным данным или специальными измерениями. Но даже при одинаковых группах перед первым включением в работу (после монтажа или капитального ремонта со сменой обмоток, отсоединением кабелей и пр.) трансформатор фазируют с сетью, так как на зажимах включающего аппарата (выключателя, отделителя, рубильника) может появиться сдвиг фаз в результате неправильного присоединения токоведущих частей к аппаратам и выводам трансформатора, о чем было сказано выше. Здесь следует особо подчеркнуть, что цель фазировки заключается не в определении группы, к которой принадлежит включаемый трансформатор, а в проверке согласованности соединяемых фаз всех элементов трехфазной цепи как со стороны высшего, так и низшего напряжений.

Группа соединения обмоток

ГРУППА СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК — несколько схем соединения обмоток высшего (ВН) и низшего (НН) напряжений трансформатора, имеющих одинаковый сдвиг фаз между векторами этих напряжений.
Схемы и группы соединений установлены в стандарте [1] и не относятся к действительному расположению обмоток на активной части и выводов на крышке трансформатора.
Стандартом [1] предусмотрено 12 групп соединений. Номер группы определяется углом, на который вектор напряжения обмотки НН отстает от вектора напряжения обмотки ВН.
Для обозначения номеров группы используют числа от 0 (или 12) до 11 на циферблате часов, отстоящие друг от друга на угол 30о (рисунок 1).

Рисунок 1 Группы обмоток

Для однофазных трансформаторов возможны только две группы соединения обмоток:
— (нулевая, векторы первичного и вторичного напряжения совпадают, рисунок 2, а);
— 6 (шестая, векторы первичного и вторичного напряжения направлены в разные стороны, рисунок 2, б).

Рисунок 2 Группы соединения обмоток однофазного трансформатора

Вторичные напряжения обмоток трехфазных трансформаторов, расположенных на одном и том же стержне, могут либо совпадать по фазе, либо быть направлены в противоположных направлениях, как это показано на рисунке 2 для однофазных трансформаторов.
В зависимости от схемы соединения обмоток трёхфазного трансформатора (звезда – Y, треугольник – Д (или Δ), зигзаг – Z) и наличия (отсутствия) нулевого вывода, возможно получить различные группы соединения обмоток.
Четные группы (2, 4, 6, 8, 10, 12) соответствуют тем случаям, когда обе обмотки высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН) имеют одинаковые соединения – обе в звезду или обе в треугольник.
К четным относят и группы, образованные при соединении одной обмотки в зигзаг – звезду при другой обмотке, соединенной в треугольник.
Нечетные группы (1, 3, 5, 7, 9, 11) получают при соединении одних обмоток в звезду, а других – в треугольник, а также, если одни обмотки соединены в зигзаг – звезду, а другие – в звезду.
Количество групп соединений трансформаторов ограничено стандартами, например, [1]. Но в практике можно столкнуться со всеми 12 группами и даже с такими соединениями, когда направления вращения (порядок чередования фаз [4]) векторов ВН и НН не совпадают *1.
Ошибочно получить не ту группу, которая требуется, можно по многим причинам, например, вследствие дефектов маркировки фаз, перекрещивания фаз и тому подобного.
Поэтому перед включением трансформатора в работу всегда необходимо проверить группу соединения его обмоток.
Технология проведения такой проверки изложена в [2, 3].

Литература.
1. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.
2. Алексенко Г.В. Параллельная работа трансформаторов и автотрансформаторов. М.-Л.: Энергия, 1967, 608 с.
З. Захаров О.Г. Поиск дефектов в релейно-контакторных схемах.
М.: Инфра-Инженерия, 2017, 212 с.
4. Захаров О.Г. Словарь-справочник по настройке и испытаниям судового электрооборудования. Л.: Судостроение, 1987, 216 с.
РАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ
5. ГОСТ Р 52719-2007. Трансформаторы силовые. Общие технические условия // [Электронный ресурс], режим доступа:
http://www.gosthelp.ru/text/GOSTR527192007Transformat.html

*1 Такие трансформаторы не имеют группы в часовом обозначении, в соответствии с рисунком 1.

2.5. схемы и группы соединения обмоток

Схемы соединения обмоток

В соответствии с ГОСТ силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ мощностью от 25 до 2500 кВА могут изготавливаться со следующими схемами соединения обмоток:

«звезда/звезда» — Y/Yн-0 ;
«треугольник-звезда» — D/Yн-11 ;
«звезда-зигзаг» — Y/Zн-11 .
Принципиальное отличие технических характеристик трансформаторов с различными схемами соединений обмоток заключается в разной реакции на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности. Это прежде всего однофазные сквозные короткие замыкания, а также рабочие режимы с неравномерной загрузкой фаз.
Как известно, силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ имеют трехстержневой стальной сердечник, на каждом стержне которого располагаются первичная и вторичная обмотки соответствующей фазы — А, В и С. Магнитные потоки трех фаз в симметричных режимах работы циркулируют в стальном сердечнике трансформатора и за его пределы не выходят.
Что происходит при нарушении симметрии с преобладанием нагрузки одной из фаз на стороне 0,4 кВ? Такие режимы работы исследуются с использованием теории симметричных составляющих . Согласно этой теории любой несимметричный режим работы трехфазной сети представляется в виде геометрической суммы трех симметричных составляющих тока и напряжения: это составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей.

* У/УН-0 : обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН – в звезду в выведенной
нейтралью; группа 0;

* Д/УН-11 : обмотка ВН соединена в треугольник, обмотка НН – в звезду с
выведенной нейтралью; группа 11;

* У/ZН-11 : обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН- в зигзаг с выведенной
нейтралью; группа 11.

Для трансформаторов малой мощности (от 25 до 250 кВА), защищаемых предохранителями со стороны ВН, безусловное преимущество имеет схема соединения обмоток Y/Zн-11. Несколько меньший эффект дает схема Y/Yн-0. Схему D/Yн-11 для таких трансформаторов применять не следует.
Схема соединения обмоток трансформаторов D/Yн-11 может применяться в сравнительно редких случаях для более мощных трансформаторов при необходимости ограничения тока однофазного КЗ с целью повышения устойчивости коммутационной аппаратуры.
Предприятиям-изготовителям силовых трансформаторов следует в обязательном порядке производить замеры их сопротивлений нулевой последовательности.