Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов. В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяются либо в звезду (К), либр в треугольник (Д),

Рис. 12-21. Непрерывная спиральная катушечная обмотка

Таблица 12-1 Обозначения начал и концов обмоток трансформатора

Выбор схемы соединения обмоток зависит от ряда причин. Например, для сетей с напряжением 35 w и более выгодно соединить обмотку трансформатора в звезду и заземлить нулевую точку, так как при этом напряжение выводов трансформатора и проводов линии передачи относительно земли будет всегда в ]/3 раза меньше линейного, что приводит к снижению стоимости изоляции. Осветительные лампы накаливания более низкого напряжения имеют большую световую отдачу, а осветительные сети выгодно строить на более высокое напряжение. Поэтому вторичные обмотки трансформаторов, питающих осветительные сети, соединяются обычно в звезду и осветительные лампы включаются на фазное напряжение — между линейными и нулевыми проводниками. В ряде случаев, когда ток обмотки невелик, при соединении в звезду обмотки получаются более дешевыми, так как количество витков при этом уменьшается в |^3 раза, а сечение проводов увеличивается также в ]/3 раза, вследствие чего трудоемкость изготовления обмотки. и стоимость обмоточного провода уменьшаются. С другой стороны, с точки зрения влияния высших гармоник (см. § 13-1) и пов'едения трансформатора при несимметричных нагрузках (см. § 16-2) целесообразно соединять одну из обмоток трансформатора в треугольник.

В некоторых случаях применяется также соединение обмоток по схеме зигзага (рис. 12-22), когда фаза обмотки разделяется на две части, которые располагаются на разных стержнях и соединяются последовательно. При этом вторая половина обмотки подключается по отношению к первой встречно (рис. 12-22, а), так как в этом случае э. д. с. фазы будет в ]/3 раза больше (рис. 12-22, 6), чем при согласном включении (рис. 12-22, в). Однако при встречном включении половин обмотки ее э. д. с. (]^3 £ _х) будет все же в 2/]/з=1, 15 раза меньше, чем при расположении обеих половин

на одном стержне {2Eij. Поэтому расход обмоточного провода при соединении зигзагом увеличивается на 15%. Вследствие этого соединение зигзагом используется только в специальных случаях, когда возможна неравномерная нагрузка фаз с наличием токов нулевой последовательности (см. § 16-2). Группы соединений обмбток.

Для включения трансформатора на параллельную работу с другими трансформаторами имеет значение сдвиг фаз между э. д. с первичной и вторичной обмоток. Для характеристики этого сдвига вводится понятие о группе соединений обмоток.

Рис 12-22 Соединение трехфазной обмотки зигзагом

Рис 12-23 Группы соединений однофазного трансформатора

На рис. 12-23, а показаны обмотки однофазного трансформатора, намотанные по левой винтовой линии и называемые поэтому «левыми», причем у обеих обмоток начала А, а находятся сверху, а концы X, х — снизу. Будем считать э. д. с. положительной, если она действует от конца обмотки к ее началу. Обмотки на рис. 12-23, а сцепляются с одним и тем же потоком. Вследствие этого э. д. с. этих обмоток в каждый момент времени действуют в одинаковых направлениях — от концов к началам или наоборот, т. е. они одновременно положительны или отрицательны. Поэтому э. д. с. Еа и Е_а совпадают по фазе, как показано на рис. 12^23, а. Если же у одной из обмоток переменить начало и конец (рис. 12-23, б), то направление ее э. д. с, действующей от конца к началу, изменится на обратное и э- Д- с. Еа и Е_а будут иметь сдвиг 180°. Такой же результат получится, если на рис. 12-23, а одну из обмоток выполнить «правой».

Для обозначения сдвига фаз обмоток трансформатора векторы их линейных э. д. с. уподобляют стрелкам часового циферблата,

причем вектор обмотки ВН принимают за минутную стрелку и считают, что на циферблате часов она направлена на цифру 12, а вектор обмотки НН принимают за часовую стрелку. Тогда на рис. 12-23, а часы будут показывать 0 или 12 ч, и такое соединение обмоток поэтому называется группой 0 (ранее в этом случае применялось название «группа 12»). На рис. 12-23, б часы будут показывать 6 ч, и такое соединение называется группой 6. Соответственно соединение обмоток однофазных трансформаторов согласно рис 12-23, а обозначается 1/1-0, а согласно рис. 12-23, б — I/I-6. В СССР стандартизованы и изготовляются однофазные трансформаторы только с соединением 1/1-0.

Рис 12-24 Трехфазный трансфер- Рис 12-25 Трехфазный трансформатор матор со схемой и группой соеди- со схемой и группой соединений Y/Д-П нений Y/Y-0

Рассмотрим теперь трехфазный трансформатор с соединением обмоток ВН и НН в звезду, причем предположим, что 1) обмотки ВН и НН имеют одинаковую намотку (например, «правую»); 2) начала и концы обмоток расположены одинаково (например, концы снизу, а начала сверху и 3) одноименные обмотки (например А и а, а также В и Ь, С и с) находятся на общих стержнях (рис. 12-24, а). Тогда звезды фазных э. д. с* и треугольники линейных э. д. с. будут иметь вид, показанный на рис. 12-24, б. При этом одноименные векторы линейных э. д. с. (например, Еав и Е_аЬ) направлены одинаково, т. е. совпадают по фазе, и при расположении их на циферблате часов, согласно изложенному правилу, часы будут показывать 0 ч (рис. 12-24, в). Поэтому схема и группа соединений такого трансформатора обозначается Y/Y-0.

Если на рис. 12-24, а произвести круговую перемаркировку (или перестановку) фаз обмотки НН и разместить фазу а на среднем стержне, фазу b — на правом и с — на левом, то на векторной Диаграмме НН (рис. 12-24, б) произойдет круговая перестановка букв а, Ь, с по часовой стрелке. При этом получится группа соединений 4, а при обратной круговой перестановке будет группа

соединений 8. Если переменить местами начала и концы обмоток, то получатся еще группы соединений 6, 10 и 2. Значит, при соединении по схеме Y/Y возможно шесть групп соединений, причем все они четные. Такие же группы соединений можно получить при схеме соединений А/А.

Допустим теперь, что обмотки соединены по схеме Y/A, как показано на рис. 12-25, а, и соблюдены те же условия, которые были оговорены для рис. 12-24, а. Тогда векторные диаграммы э. д. с. обмоток ВН и НН будут иметь вид, показанный на рис. 12-25, б. При этом одноименные линейные э. д. с. (например, Еав и Е_аЬ) будут сдвинуты на 30° и расположатся на циферблате часов, как показано на рис. 12-25, в. Соединение обмоток такого трансформатора обозначается Y/A-11. При круговых перестановках фаз и при перемаркировке начал и концов одной из обмоток (или при установке вместо перемычек ay, bz, сх в треугольнике на рис. 12-25, а перемычек az, Ьх, су) можно получить также другие нечетные группы: 1, 3, 5, 7 и 9.

Большой разнобой в схемах и группах соединений изготовляемых трансформаторов нежелателен. Поэтому ГОСТ 11677—65 предусматривает изготовление трехфазных силовых трансформаторов со следующими группами соединений обмоток; Y/Y₀-0, A/Y₀-ll, Y/A-11 и Y₀/A-ll, а также звезда-зигзаг-11. При этом первым обозначено соединение обмотки ВН, вторым — соединение обмотки НН, а индекс «0» указывает на то, что наружу выводится нулевая точка обмотки.

§ 12-5. Элементы конструкции и способы охлаждения масляных трансформаторов

Конструкция бака масляного трансформатора зависит от его мощности.

Трансформаторы мощностью до S_H — 20 кв -а имеют гладкие баки. Внутри бака возникает естественная конвекция масла: масло возле обмоток и сердечника нагревается и поднимается вверх, а у стенок бака охлаждается и опускается вниз. Стенка бака отдает тепло в окружающую среду путем лучеиспускания и конвекции воздуха. Наибольшая допустимая температура масла в верхних" слоях 95 °С.

При 5_Н > 20 кв -а поверхность гладкого бака недостаточна для отвода тепла с необходимой интенсивностью. Поэтому у трансформаторов мощностью 5_Н = 20 -f- 1800 кв -а к баку привариваются трубы (рис. 12-26), по которым вследствие естественной конвекции сверху вниз циркулирует масло. Вместо трубчатых баков в некоторых странах применяются волнистые баки, однако они менее прочны и более трудоемки в изготовлении.

Рис 12 26 Трансформатор с трубчатьйи баком

¹ — обмотка ВН, 2 — обмотка НН, 3 — переключатель регулировочных отводов об мотки ВН, 4 — банка, прессующая ярмо, 5 — шихтованный магнитопровод, б — отводы ВН 7 — отводы НН, 8 — патрубок для присоединения вакуумного насоса, 9 — кольцо Дтя подъема выемной части, 10 — кран для заливки масла // — ввод (изолятор) ВН, ¹² — ввод (изолятор НН), I? — привод переключателя, 14 — выхлопная труба, JS — гчадвое реле, 16 — расширитель, 17 — трубчатый бак, 18 — кран для спуска марла, " — транспортный ролик, 20 — вертикальная шпилька для стягивания прессующих балок ярем, 21 — упорный угольник на дне 0ака

В трансформаторах мощностью выше 1800 кв-а используются гладкие баки с подвешенными к ним трубчатыми охладителями (рис. 12-27), которые сообщаются с внутренней полостью бака в его верхней и нижней частях. Циркуляция масла в охладителе также совершается в результате естественной конвекции. При 5„ — = 10 000 ■ *- 60 000 кв -а для более интенсивного отвода тепла от охладите-

12-27. Трубчатый охладитель с вентилятором

Рис 12-28 Маслонаполненный ввод трансформатора для напряжения ПО я»

/ — алюминиевый э«ран, 2 — чугунный стакан, 3 — медная токоведущая труба. 4 — опорный изоляционный бумажно бакелитовый цилиндр, S — геткнаксовая шайба; -6 — нижняя фарфоровая покрыщ-ка, 7 — уйлотняклвдя шайба, 8 — соединительная чугунная втулка, 9 — устрой-cfeo дия взятия пробы масла, 10 — зажим с изолятором для измерения тангенса угле потерь изоляция ввода, // — изоляцион-1 ный сердечник из пропитанной маслом бумаги, 12 — верхняя фарфоровая нокрыш ка, 13 — поддон. It — пружина /5 — по плавок, 16 -гт- маслорасшнритель с масляным затвором, IT — стеклянный масло-указатель, 18 — уплотняющая втулка,

19 — латунный наконечник для кабеля,

20 — контактный зажим, Л — рым для

подъема ввода (4 штуки)

лей применяется их обдувание с помощью вентиляторов. При этом теплоотдача увеличивается на 50—60%.

Еще более интенсивным является водяное охлаждение. При-этом масло откачивается из верхней части бака насосом, проходит через водяные охладители (теплообменники) и поступает в нижнюю

часть бака. Иногда водяные охладители помещают внутри бака трансформатора. Водяное охлаждение применяется для самых мощных трансформаторов.

На крышке трансформатора устанавливаются вводы (рис. 12-26 и 12-28). Проходящий через ввод токоведущий медный стержень или медная труба служат для соединения трансформатора с внешней сетью.

Трансформаторы мощностью более 75 кв -а снабжаются расширителями (рис. 12-26 и 12-29). Расширитель представляет собой

Рис. 12-29. Расширитель и выхлопная труба трансформатора

/ — указатель уровня масла; 2 — труба для свободного обмена воздуха;

з — пробка для заливки масла; 4 -~ грязеотстойник; 5 — газовое реле; 6 — кран

для отсоединения расширителя

цилиндрический стальной сосуд и соединяется при помощи патрубка с баком. Открытая поверхность масла при колебаниях температуры окружающей среды и нагрузки трансформатора всегда должна оставаться в пределах расширителя. Тем самым открытая поверхность масла уменьшается, что ограничивает его окисление. Для предотвращения повреждения бака в случае бурного разложения масла и выделения газа в результате аварии на крышке трансформатора устанавливается также выхлопная труба (рис. 12-26 и 12-29). Труба закрыта стеклянной мембраной, которая при повышении давления внутри бака лопается.

Между расширителями и баком трансформатора мощностью более 560 кв-а устанавливается газовое реле (рис. 12-29). Если в результате каких-либо местных нагревов (замыкание листов

сердечника, плохие контакты и т. д.) начнется разложение изоляции или масла, то газы начнут накапливаться внутри газового реле, под его крышкой, выжимая из него масло. При этом опрокидывается поплавок газового реле и замыкаются сигнальные контакты. При бурном выделении газов замыкается вторая пара контактов газового реле, в результате чего замыкается цепь на отключение трансформатора из сети.

В процессе работы трансформатора происходит окисление, увлажнение и загрязнение масла, что сопровождается ухудшением его изоляционных свойств. Поэтому производится регулярный отбор проб масла, а также периодическая его сушка, очистка, восстановление или замена новым. В необходимых случаях производится также вакуумная сушка сердечника и обмоток трансформатора. Для этих" целей предусматриваются краны и другая арматура.

Трансформаторы мощностью до 1800 кв -а перевозятся в собранном виде на нормальных железнодорожных платформах. С трансформаторов мощностью более 1800 кв -а и до 5600 кв -а по условиям железнодорожных габаритов приходится снимать радиаторы, расширитель, выхлопную трубу и вводы на напряжение 110 к» и выше.

Трансформаторы мощностью более 5600 кв -а, весом более 50—60т необходимо перевозить на специальных железнодорожных транспортерах, имеющих низкую нагрузочную платформу. При этом у трансформаторов больших мощностей приходится не только снимать выступающие части, но применять разъемный бак с временной транспортной крышкой небольшой высоты или даже транспортный бак с предельно уменьшенными размерами во всех трех направлениях.

Трансформаторы мощностью 200—300 Мв -а имеют вес около 1 кг на 1 кв -а мощности.