Розмітка виводів і визначення групи 3`єднання обмоток трифазного трансформатора

Мета роботи - вивчити конструкцію та принцип дії трифазного трансформатора, навчитись розмічати його виводи.

1. Завдання на виконання роботи:

- ознайомитись з будовою, схемами з’єднання обмоток трифазного трансформатора, методами визначення груп з’єднання;

- записати номінальні дані дослідного трифазного трансформатора;

- визначити фазні та лінійні коефіцієнти трансформації;

- дослідним шляхом визначити групу з`єднання обмоток трансформатора;

- підготувати трансформатор для ввімкнення на паралельну роботу з іншим трансформатором.

2. Лабораторна установка та дослідні електричні схеми

Основною складовою лабораторної установки є силовий трифазний трансформатор загального призначення з повітряним охолодженням.

Трансформатори цього типу виготовляють потужністю до 10 МВА і напругою до 35 кВ. Конструктивно їх виконують відкритими (позначення - буква С), закритими (позначення - С3), герметичними (позначення - С2) та з примусовим дуттям (позначення - СД).

Принципова будова та електрична схема вмикання трифазного трансформатора показані на рис.9.1.

Електромагнітні процеси, які відбуваються у трифазному трансформаторі, в основному такі ж, як і у однофазному апараті. Разом з тим, у порівнянні з однофазними, трифазні трансформатори мають певні конструкційні і експлуатаційні особливості. Так, у трифазному трансформаторі (рис. 9.1) на кожному стержні магнітопроводу розташовані обмотки ВН і НН тільки однієї фази і при цьому всі фазні стержні, обмотки ВН і НН виконані, відповідно, однаково між собою за всіма параметрами і характеристиками.

Крім того, у реального трансформатора, на відміну від показаного на рис. 9.1, де обмотки ВН і НН кожної з фаз умовно зсунуті по вісі свого стержня, ці обмотки виконані концентрично, причому обмотка НН завжди знаходиться ближче до стержня (потребує меншої ізоляції від стержня), а поверх неї розташовується обмотка ВН.

Згідно з Держстандартом виводи обмоток ВН у цих трансформаторах позначають великими літерами: початки - А, В,С;кінці - X , У, Z відповідно. Виводи обмоток НН: початки - а, b, с, кінець - х, у, z. Виводи нейтральної точки позначають відповідно N (обмотка ВН) та п (обмотка НН).

Принципово, обмотки як ВН, так і НН даного трансформатора можуть бути з’єднані у зірку (див. рис 9.1) або трикутник.

З’єднання обмоток трансформатора в залежності від схеми позначається: «зірка» - значком Y; «зірка з виведеною нейтральною точкою» – значком Ұ (Y_о); «трикутник» - значкомΔ. Отже, для трифазного трансформатора можливі такі основні комбінації схем з’єднання обмоток: Y/Y, Y/D, D/Y, D/D тощо.

За схемою з’єднання обмоток, напрямом їх намотування і позначенням виводів (маркування затискачів) обмоток встановлюють групу з’єднань обмоток трансформатора, яка вказує кут a зсуву вектора лінійної ЕРС обмотки НН відносно вектора лінійної ЕРС обмотки ВН у напрямку обертання годинникової стрілки і визначається кутом зсуву фаз між однойменними первинними і вторинними лінійними ЕРС в умовних одиницях годинникового обчислення.

Для кращого розуміння прийнятого позначення груп з’єднання використовують порівняння з годинником зі стрілками, міжгодинний інтервал якого на циферблаті становить 30^о. У такому разі, щоб визначити групу з’єднань трансформатора хвилинну стрілку встановлюють на цифру 12 і з нею суміщають вектор вищої лінійної ЕРС. Групу вкаже цифра, на якій встановлюється годинникова стрілка, повернута (за ходом) до співпаду (збігу) з вектором однойменної нижчої лінійної ЕРС. Кут між стрілками годинника є кутом зсуву між однойменними первинними і вторинними лінійними ЕРС трансформатора та чисельно дорівнює номеру групи, помноженому на 30°. При цьому слід пам’ятати, що збіг за фазою векторів ЕРС Ė_АВ і Ė_ab (рис.9.2) позначається групою 0 (а не 12) та що за додатний напрям обертання векторів ЕРС прийнято їх обертання проти годинникової стрілки.

Таким чином у трифазному трансформаторі можливі 12 груп з’єднань (від нульової до одинадцятої), а у однофазного дві – нульова та шоста. Держстандартом передбачається для однофазного трансформатора тільки нульова група (позначається І / І – 0), а для трифазних трансформаторів дві – 0 (рис. 9.2) та 11 (рис. 9.3). Цифри 0 та 11 означають номер групи в умовних одиницях годинникового обчислення. Зверніть увагу, що в умовному позначенні першою називають, або показують у чисельнику дробу, схему з’єднання обмотки ВН, другою називають, або показують у знаменнику дробу, – обмотки НН.

У промислових мережах розподілення електричної енергії з напругою 3–10/0,4 кВ в основному використовують схеми з’єднання обмоток «зірка-зірка з нульовим проводом» (Y/Y₀ - 0)і «трикутник-зірка з нульовим проводом (D/Y₀ - 11). Схему з’єднання «зірка-трикутник» (Y/D - 11) використовують в мережах з напругою 35/10 кВ, а схему «зірка з нульовим проводом-трикутник» (Y₀/D - 11) – у мережах з напругою 110–750/10–35 кВ.

Зверніть увагу, що при з’єднанні обмоток трифазного трансформатора у зірку або трикутник, всі обмотки апарата між собою магнітнозв’язані: потік Ф_А замикається через стержні В і С, потік Ф_В – через стержні А і С, потік Ф_С – через стержні А і В. При цьому вектори струмів намагнічування в обмотках, наприклад, обмотках ВН – АХ, ВY, СZ, однакові між собою за модулем, але зсунуті за фазою, як показано на рис. 9.4, на 120°. Вектори потоків Ф_А, Ф_В, Ф_С, що співпадають зі струмами, також однакові між собою за модулем. Тому, згідно закону Кірхгофа, для кожного моменту часу маємо:

.

Зокрема, для моменту часу, вказаного на рис. 9.4, маємо:

.

Ця умова виконується тоді, коли, наприклад, у зірку з’єднані тільки кінці X, Y, Z або тільки початки A, B, C обмоток і не виконується у випадку, коли з’єднані два кінці і один початок обмоток, або навпаки. Звідси випливає, що позначення початків і кінців обмоток трифазного трансформатора повинно бути конкретним, а не довільним, як для однофазних апаратів.

Звичайно обмотки трифазного трансформатора намотані за рухом годинникової стрілки (рис. 9.1) – це так звана “права” намотка (зустрічається і “ліва”). Тоді, прийнявши тут верхні кінці проводів обмоток за їх початки А, В, С відповідно, нижні їх кінці будемо вважати, X, Y, Z за кінці обмоток відповідно (можна зробити навпаки). Це ж стосується обмоток НН.

При з’єднанні обмоток трансформатора за схемою «зірка-зірка», як показано на рис. 9.1, зірка фазних ЕРС обмоток НН має вигляд, як на рис. 9.5. Зверніть увагу, що у випадку з’єднання разом затискачів x, в, z (замість x, y, z, як на рис. 9.1) є неприпустимим, оскільки вектор Е_в повернеться на 180° (Е_у) і напруга між затискачами а – с буде лінійною, а між а – y та c – y фазною.

Подібно тому, як у трифазних колах розрізняють лінійну і фазну напруги, для трифазного трансформатора розрізняють лінійний k_л і фазний k_ф коефіцієнти трансформації:

, (9.1)

, (9.2)

співвідношення значень цих коефіцієнтів залежить від групи з’єднання обмоток апарата:

Схема	Y/Y	Y/D	D/D	D/Y
kл/kф

З рівнянь розрахунку коефіцієнта трансформації трифазного трансформатора випливає, що k_ф є аналогом коефіцієнта трансформації однофазного трансформатора. Але оскільки у трифазних колах визначальною є лінійна напруга, то на практиці для трифазного трансформатора розраховують тільки k_л.

Групу з’єднань обмоток трансформатора на практиці звичайно визначають методом фазометра - прямий метод (рис.9.6) або двох вольтметрів - непрямий метод (рис. 9.7). Існують також інші методи.

Метод фазометра. Ґрунтується на безпосередньому вимірюванні кута фазового зсуву між відповідними лінійними напругами (ЕДС) обмоток ВН і НН з допомогою фазометра. Фазометр – це прилад призначений для вимірювання cosj кола. Подібно до ватметра він має дві різні за опором обмотки і його вмикають за схемою, що показана на рис. 9.6. Паралельну обмотку U – U фазометра приєднують до виводів обмоток ВН, наприклад А – В, а послідовну І – І – до обмоток НН тих же фаз. Для обмеження струму в послідовній обмотці її вмикають через додатковий опір RR. Для зручності вимірювань бажано, щоб фазометр мав повну шкалу на 360^о. Щоб не припуститися помилки, вимірювання виконують для двох будь-яких пар затискачів трансформатора. При цьому в обох дослідах показання фазометра повинні бути однаковими.

Метод двох вольтметрів. Метод базується на вимірюванні вольтметрами напруг (ЕРС) між однойменними виводами обмоток ВН і НН. Групу з’єднань обмоток трифазного трансформатора визначають за допомогою двох вольтметрів аналітично або графічно.

Якщо, наприклад, провіряють групу Y/Y – 0 (рис.9.7), то, з’єднавши провідником виводи А і а, вимірюють напругу U_b-B (між виводами b та B) і U_с-С (між виводами с та С). У випадку, що це дійсно передбачувана група Y/Y – 0, напруга буде:

де k_л – відношення лінійних напруг (ЕДС) ВН та НН, тобто коефіцієнт трансформації лінійних напруг (ЕДС).

Якщо перевіряється група Y/D – 11, то для перевірки використовують формулу

Якщо умова рівності напруг по наведених формулах не задовольняється, то це свідчить про порушення у маркуванні виводів обмоток трансформатора.

Разом з тим, метод можна застосовувати для трансформаторів з коефіцієнтом трансформації К до 25...30, оскільки при більшому значенні К для різних груп з’єднань вимірювані напруги U_bВ, U_BC, U_cC, U_cВ близькі за значеннями. ІІри К>25 групи трансформатора визначають за допомогою додаткового понижувального трансформатора, ввімкненого паралельно з боку ВН.

2.1. Випробовуванню підлягає сухий трифазний трансформатор марки ТС 1,5-0,5, що має наступні номінальні параметри: повна потужність 1,5 кВА; первинні напруга і струм відповідно 220 В та 2,3 А, вторинні – 127 В та 3,7 А відповідно.

2.2. Електричні схеми дослідної установки для розмітки виводів трифазного трансформатора.

Зверніть увагу, якщо виводи обмоток трансформатора не позначені і на щитках не розділені на ВН і НН або переплутані, їх відповідність та належність можна встановити наступним чином.

Перш за все потрібно з’ясувати, які три пари затискачів належать обмоткам ВН, а які три пари – обмоткам НН. При цьому слід враховувати, що обмотки ВН трансформатора виконують з проводу меншого перерізу, ніж обмотки НН. До того ж, оскільки обмотка ВН має більшу кількість витків ніж обмотка НН, її опір буде більшим.

Далі потрібно визначити, які пари виводи (затискачів) належать до однієї обмотки. Це здійснюють за допомогою мегаомметра, омметра або електричної лампи методом «продзвонювання». Для цього збирають коло, як показано на рис. 9.8. Живлення такого кола може здійснюватися від джерела постійного, або змінного стуму напругою безпечною для життя людини. В якості сигнального пристрою тут може бути використаний дзвоник, сигнальна лампочка EL, амперметр тощо. При доторканні щупами XP1 і XP2 до двох затискачів, які належать обмотці ВН (чи НН), у колі може з’явитися або не з’явитися струм (спрацює або не спрацює сигнальний пристрій). Наявність струму означає, що між цими затискачами є обмотка, відсутність – що затискачі належать двом різним обмоткам і пошук треба продовжувати. В кінцевому рахунку отримуємо шість затискачів, між парами яких є три обмотки ВН, і шість затискачів, між парами яких є три обмотки НН.

На практиці часто доводиться визначати пари обмоток (ВН і НН) , які розташовані на спільному стержні магнітопроводу (рис. 9.9), тобто поділяти обмотки на відповідні фази. Роблять це так. Одну з обмоток ВН трифазного трансформатора підключають до джерела змінної напруги. При цьому фактично отримують три однофазних понижуючих трансформатори, у яких первинна обмотка є спільною, а вторинними являються три обмотки НН трифазного трансформатора. Ці однофазні трансформатори відрізняються між собою за величиною магнітного потоку у стержнях системи і, отже, величиною вторинних напруг. Таким чином, вторинна обмотка, напруга якої буде більшою, розташована на одному стержні з обмоткою, до якої підведена напруга. Далі до джерела змінної напруги підключають наступну обмотку ВН, вимірюють напруги на обмотках НН і аналогічно визначають відповідну обмотку НН.

Безпосередньо розмітку затискачів трифазного трансформатора починають з довільного позначення двох затискачів, які належать до однієї з обмоток ВН, наприклад А – Х. Далі цю обмотку з’єднують послідовно з другою обмоткою ВН і підключають до джерела змінної напруги (рис. 9.10, а). У підсумку маємо однофазний трансформатор, у якого первинною є дві послідовно включені обмотки ВН трифазного трансформатора, а вторинною – його третя обмотка ВН.

Якщо первинна обмотка зібраного однофазного трансформатора утворена шляхом узгодженого з’єднання двох обмоток ВН трифазного трансформатора (початок з кінцем або кінець з початком), то такий однофазний трансформатор буде працездатним і на затискачах його вторинної обмотки (третьої обмотки ВН) буде напруга, яку покаже вольтметр. Якщо ж первинна обмотка однофазного трансформатора утворена шляхом зустрічного з’єднання двох обмоток ВН (початок з початком або кінець з кінцем), то створений таким чином однофазний трансформатор працювати не буде і вольтметр покаже нуль. Залежно від цього позначають затискачі другої обмотки ВН трифазного трансформатора. Далі створюють інший однофазний трансформатор, як на рис. 9.10, б, і, залежно від результатів його випробовування, позначають затискачі останньої обмотки ВН трансформатора.

Позначення затискачів обмоток НН трансформатора повинно бути виконано з урахуванням уже позначених його обмоток ВН. Для цього обмотки ВН та НН, які розташовані на одному стержні, вмикають між собою послідовно і підключають до джерела змінної напруги U так, як показано на рис. 9.11.

Якщо обмотки ВН та НН включені між собою узгоджено (початок з кінцем або кінець з початком), то показання вольтметра увімкненого, як показано на рис. 9.11, будуть майже вдвічі перебільшувати напругу джерела. Якщо обмотки ВН та НН включені між собою зустрічно (початок з початком, або кінець з кінцем), то показання вольтметра будуть значно меншими від напруги джерела. Залежно від показань цього вольтметра позначають затискачі обмотки НН. Подальшу розмітку обмоток НН трансформатора можна здійснювати аналогічно або за методикою розмітки затискачів обмоток ВН (рис.9.10, б).

2.2 Електричні схеми дослідної установки для визначення груп з’єднання обмоток трифазного трансформатора.

Обмотки ВН і НН трифазного трансформатора з’єднують зіркою за однаковими методиками. Таке ж справедливо і для з’єднання обмоток трансформатора у трикутник (рис. 9.12, а).

Для одержання з’єднання у трикутник початок першої обмотки ВН з’єднують з кінцем другої, початок другої – з кінцем третьої, початок третьої – з кінцем першої. Після цього початки обмоток ВН з’єднують з трифазним споживачем (джерелом) струму. Аналогічно з’єднуються між собою обмотки НН.

Разом з тим, для зручності виконання з’єднання обмоток, зокрема у трикутник, на щитку (рис. 9.12, б) трансформатора під затискачем А (а) розміщують затискач Y (y), під В (в) – Z (z), а під С(с) – Х (х). З’єднання обмоток ВН та НН трансформатора у зірку здійснюють з використанням спеціальних перемичок, як показано на рис. 9.12, б.

Зверніть увагу, що зібрана таким чином схема з’єднання виводів обмоток трифазного трансформатора дає змогу отримати групу з’єднання D / D, але вона є нестандартною. Оскільки стандартна група – це Y/Y – 0. Отже, слід пам’ятати, що порушення методики виконання схем призводить до зміни групи з’єднання обмоток трансформатора.

Для з’єднання обмоток трифазного трансформатора за схемою «зірка – зірка» (рис. 9.13) кінці як обмоток ВН, так і НН об’єднують перемичками між собою у спільні точки (нейтраль ВН та нейтраль НН). Після чого початки ВН через автоматичний вимикач QF приєднують до затискачів трифазного джерела напруги. Правильність зібраної групи обмоток трансформатора перевіряють за показами фазометра Рj.

Для отримання стандартного з’єднання обмоток трифазного трансформатора за схемою «зірка – трикутник» (рис. 9.14) обмотки ВН збирають у зірку, а НН – у трикутник. Правильність зібраної групи обмоток трансформатора перевіряють за показами фазометра Рj.

Для перевірки груп з’єднання обмоток трансформатора методом вольтметра збирають дослідні схеми, як показано на рис. 9.15 (для групи Y/Y – 0) та 9.16 (Y/D – 11).

3. Підготовка до виконання роботи.

3.1. Ознайомтеся з розташуванням на панелі лабораторного стола затискачів вимикача QF джерела напруги (клеми А, В, С і N) та трифазного трансформатора. Перевірте дієздатність приєднувальних затискачів і запам’ятайте положення «Ввімкнено» і «Вимкнено» на вимикачі QF.

3.2. Виберіть необхідні для дослідів прилади, визначте їх тип, систему, номінали шкал, клас точності та встановіть їх відповідність вимогам, вказаним в описі установки. Заповніть таблицю приладів (табл. 9.1). Зверніть увагу на розміщення на панелі фозометра генераторних (позначені зірками) і навантажувальних затискачів «І» та “U” його обмоток.

Хід виконання роботи

4.1. За величиною перерізу провідників розділіть виводи трифазного трансформатора на три пари провідників, що належать обмоткам ВН (тонші провода) і три пари провідників, що належать обмоткам НН (товстіші провода).

Таблиця 9.1