Особенности работы насыщенных однофазных и трехфазных трансформаторов 4 page

+ a 2× I

+ a × Ic

);ï

ï

(2.99)

 

Рисунок 2.65., Разложение несимметричной системы

составляющие (б)

Ia,

Ib, Ic

(а) на симметричные

Аналогично можно вычислить симметричные последовательности напряжений несимметричной системы напряжений Ua, Ub, Uc.

Составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей определяются

аналитически по (2.97) — (2.99) или при геометрическом построении. После разложения па симметричные составляющие применяют принцип наложения и анализируют работу трансформатора отдельно для прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Сопротивления прямой и обратной последовательностей в трансформаторах равны друг другу. При изменении порядка чередования фаз на выводах трансформатора сопротивление трансформатора не изменяется. Изменение порядка следования фаз приводит лишь к изменению последовательности перемещения максимума потока по стержням. Схемы замещения трансформатора для прямой и обратной последовательностей одинаковы. Сопротивление короткого замыкания трансформатора для прямой и обратной последовательностей одно и то же и равно

z 1 + z 2¢ = zk

= rk +

jxk, а сопротивление холостого хода равно

z 12.

Токи нулевой последовательности имеют ту же частоту, что и токи прямой и обратной последовательностей, и совпадают по фазе во всех трех обмотках. Токи нулевой последовательности могут замыкаться в обмотках, соединенных в треугольник и в звезду с нулевым проводом. В нулевом проводе протекает ток

Ia + Ib + Ic = 3× Ia 0.

(2.100)

Токи нулевой последовательности создают потоки нулевой последовательности, которые совпадают по фазе. Потоки и токи нулевой последовательности аналогичны потокам и токам 3-й гармоники и отличаются частотой и «происхождением». Потоки и токи 3-й гармоники появляются в трансформаторе из-за насыщения, а потоки и токи нулевой последовательности возникают из-за несимметрии нагрузки в трансформаторах, выполненных в конструктивном отношении симметричными. В общем случае напряжения и токи нулевой последовательности (как и обратной) возникают в несимметричных трансформаторах при симметричной нагрузке и в симметричных трансформаторах при несимметричной нагрузке.

Для нулевой последовательности может быть предложена схема замещения. Если рассматривать приведенный трансформатор, то, как и для прямой последовательности, может быть составлена Т-образная схема замещения (рисунок 2.66). Параметры схемы замещения нулевой последовательности зависят от конструкции магнитопровода и обмоток трансформатора.

Рисунок 2.66., Схема замещения нулевой последовательности:

Im 0 — ток нулевой последовательности в намагничивающем контуре: сопротивление намагничивающего контура для нулевой последовательности

zm 0 —

Так как потоки нулевой последовательности совпадают во всех трех фазах трехфазного трансформатора, в трехстержневом трансформаторе поток нулевой последовательности замыкается по воздуху и стенкам бака (рисунок 2.67).

Рисунок 2.67., Пути замыкания потоков нулевой последовательности

В броневых трехфазных трансформаторах и в трехфазной группе однофазных трансформаторов потоки нулевой последовательности замыкаются по стали. Естественно, индуктивное сопротивление в таких трансформаторах больше, чем в трехстержневом трансформаторе, в котором индуктивное сопротивление нулевой

последовательности примерно равно

z 00» (5 - 8) × zk. Когда поток нулевой последо-

вательности замыкается по стали, индуктивное сопротивление нулевой последовательности равно сопротивлению взаимной индукции.

Сопротивление нулевой последовательности определяется опытным путем по схемам рисунок 2.68, а, б. Полное сопротивление нулевой последовательности

z 00= r 00+

jx 00,

(2.101)

где

r 00,

x 00 — активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности.

Рисунок 2.68., Схемы для определения опытным путем параметров схемы замещения нулевой последовательности

Как и в схемах замещения для прямой и обратной последовательностей, активные и индуктивные сопротивления относятся к одной фазе. Активные сопротивления схемы замещения определяются по показанию ваттметра:

r 00

= P 0,

3 × I 2

(2.102)

Полное сопротивление определяется по показаниям амперметра и вольтметра. Для рисунка2.68,а U = 3 × I 00× z 00.

В трехстержневом трансформаторе

x 00

соизмеримо с

r 00, а в трехфазной группе

однофазных трансформаторов

x 00» x 12. При соединении обмоток Y/Y0 (рисунок2.69)

токи нулевой последовательности протекают только во вторичной обмотке и не уравновешиваются токами в первичной обмотке. В трансформаторе возникает поле, созданное МДС токов нулевой последовательности. Из (2.100)

Ua + Ub + Uc = 3× I 00× z 00.

Рисунок2.69., Токи нулевой последовательности в схеме Y/Y0

(2.103)

Токинулевойпоследовательностив схеме Y/Y0 смещаютгеометрическуюнейтральизцентра тяжести треугольника линейных напряжений, где была нейтраль при симметричной нагрузке (рисунок 2.70). Смещение нейтрали приводит к искажению звезды фазных напряжений, что неблагоприятно сказывается на потерях в трансформаторе и искажает напряжение у потребителя. В броневых трансформаторах и в трехфазной группе однофазных трансформаторов даже небольшие токи нулевой

последовательности приводят к значительному смещению нейтрали, так как

zm 0» z 12.

Чтобы избежать большого смещения нейтрали в этих схемах, ограничивают ток нулевой последовательности 25 % номинального тока трансформатора.

Рисунок2.70., Смещение нейтрали в схеме Y/Y0

ПрисоединенииобмотоктрансформатораΔ/Y0 токинулевойпоследовательностипротекают как в первичной, так и во вторичной обмотке. Как токи нагрузки в обычной схеме,таки токи нулевой последовательности в схеме Δ/Y0 компенсируютдругдругаи не создают потока в трансформаторе. Поэтому в схеме Δ/Y0 отсутствуетсмешениенейтрали.СхемасоединенияΔ/Y0 применяетсятам,гдеожидаетсянесимметричнаянагрузка.

В высоковольтных трансформаторах желательно применять соединение обмоток в звезду, так как при этом фазные напряжения, на которые рассчитывается изоляция

обмоток трансформатора, в

меньше, чем при соединении в треугольник. В

трехобмоточныхтрансформаторахширокоприменяетсясоединениеY/Y0/Δ.Обмотка,соединенная в треугольник, обычно рассчитывается на часть мощности обмоток, соединенных в звезду. В этом случае ее называют компенсационной обмоткой. При несимметрии нагрузки токи нулевой последовательности протекают в компенсационнойобмоткеи в обмотке, соединенной по схеме Y0 и поток нулевой последовательности в трансформаторе отсутствует.

Если в трансформаторе имеются два или несколько контуров, в которых могут протекать либо токи нагрузки, либо токи высших гармоник, либо токи нулевой последовательности, вызванные несимметрией нагрузки, то при этом токи компенсируют друг друга и поток от этих токов в трансформаторе отсутствует. Любые нескомпенсированные токи создают в магнитопроводе трансформатора поток. В эксплуатации часто встречаются режимы работы трансформаторов при коротких замыканиях одной или двух фаз при различных соединениях обмоток или замыкании одной или двух фаз трансформатора на землю, а также при обрыве фазы.

Расчет токов при несимметричных режимах имеет важное значение для эксплуатации силового оборудования энергосистем, настройки релейной защиты и автоматики.

Наибольшая несимметрия токов имеет место при однофазном коротком замыкании (рисунок 2.71 ,а и б). Это крайний случай несимметричной нагрузки.

Рисунок 2.71., Однофазные короткие замыкания в схемах Δ/Y и Y/Y

Для схемы рисунок 2.71, а

k

IB = IC

= 0.

для схемы рисунок 2.71, б

= Ia;

где UA

— фазное напряжение.

Из-за наличия нескомпенейрованных токов нулевой последовательности при однофазном коротком замыкании в схеме Y/Y имеет место смещение нейтрали, что приводит к искажению звезды фазных напряжений за счет напряжения нулевой

последовательности

UA 0

(рисунок 2.72). В схеме Δ/Y смещения нейтрали при

однофазном коротком замыкании нет, если короткое замыкание — на стороне обмотки, соединенной в звезду.

Рисунок 2.72., Смещение нейтрали при однофазном коротком замыкании

К несимметричным режимам работы трансформаторов относятся режимы работы при обрыве фазы. Как правило, это аварийные режимы, и трансформаторы отключаются отэнергосистемы.Однаков трехфазной группе Y0/Δприобрывефазы(рисунок2.73)возможна временная передача энергии двумя фазами. Неполнофазный режим в этом случае при холостом ходе обеспечивает равенство линейных напряжений на

вторичной стороне трансформатора

Uab, Ubc, Uca

которые образуют равносторонний

треугольник. При этом ток

I 0= IB + IC

может быть достаточно большим. Это

необходимо учитывать при эксплуатации, так как заземление нулевой точки не рассчитывается на протекание больших токов.

Рисунок 2.73., Однофазные короткие замыкания в схемах Δ/Y и Y/Y