Лекции / Лекция 08 Несимметричные режимы работы трехфазных тр-ров

21

Ф0п достигает значений, соизмеримых со значением основного потока Ф уже при значениях тока Ioп Io т. е. при ничтожной несимметрии

нагрузки. В этом случае нейтральная точка на рис. 8.16, б практически совмещается с точкой А, соответственно чему имеем фазные напряже-

ния обмоток: UA 0 и UB UC Uл . Такое искажение фазных напря-

жений совершенно недопустимо и поэтому трансформаторы с независимой магнитной системой не применяются при соединении обмоток

Y /Y0

Рис. 8.16. Действие однофазного потока Ф0п

при соединении обмоток по способу Y /Y0

Диаграмма однофазного короткого замыкания трехфазного трансформатора при соединении его обмоток по способу Y /Y0 . При построении этой диаграммы будем, как и раньше, пренебрегать активными сопротивлениями. В этом случае zk jxk и zoп jxoп.

Диаграмма приведена на рис. 8.17, где фазные напряжения

Ua, Ub и Uc ток Ik1 и ЭДС E0п построены, как на рис. 8.16. Токи прямой и обратной последовательности создают ЭДС рассеяния – jIA1xk , jIA2xk показанные на рис. 8.17, б, в соответственно каждому

фазному току.

Так как фаза А замкнута накоротко, то действующие в этой фазе ЭДС взаимно уравновешены. Следовательно,

UA E0n jIA1xk jIA2xk 0.

22

Рис. 8.17. Диаграмма однофазного короткого замыкания трансформатора при соединении обмоток по способу Y /Y0

Фазные обмотки В и С не замкнуты накоротко. Поэтому на их зажимах имеются напряжения Ub и Uc соответственно чему уравнения ЭДС для этих обмоток пишутся в виде:

UB E0п jIB1xk jIB2xk 0.

UC E0п jIC1xk jIC2xk 0.

Геометрическое сложение векторов ЭДС, соответствующее написанным уравнениям, показано на рис. 8.17, а (масштаб ЭДС рассеяния уменьшен примерно вдвое).

Если учесть активные сопротивления обмоток, то для фазы А имеем:

UA E0п IA1zk IA2zk 0.

ЭДС E0п определяется по схеме на рис. 8.13, а именно:

откуда

23

соединении его обмоток по способу /Y0 . Рассмотрим теперь случай несимметричной нагрузки трансформатора при соединении его обмоток /Y0 , соответствующий повышающему трансформатору с заземленной нейтралью.

Рис. 8.18. Схема несимметричной нагрузки повышающего трансформатора с соединением обмоток

/Y –11 с заземлённой нейтралью

Вэтом случае токи нулевой последовательности, протекающие во вторичной цепи, трансформируют в первичной цепи токи, совпадающие по фазе и замыкающиеся внутри треугольника первичной цепи подобно токам третьей гармонической (рис. 8.18). Протекающие в первичной и вторичной цепях токи нулевой последовательности будут

преодолевать сопротивление короткого замыкания zk0 меньшее, чем z0 , получавшееся при включении первичной обмотки звездой. Построе-

ние диаграммы напряжений при несимметричной нагрузке в этом случае принципиально такое же, как для трансформатора с соединением обмоток Y /Y0 –0, но так какzk0 z0 то искажение симметрии вторичных напряжений, вносимое токами нулевой последовательности, будет меньше, и с этой точки зрения система /Y0 имеет по сравнению с системойY /Y0 лучшие характеристики.

24

Однофазное короткое замыкание трехфазного трансформатора при соединении его обмоток по способу /Y0 . В случае работы трансформатора на однофазную нагрузку при соединении обмоток /Y0 (рис. 8.19) в нем возникает, так же как и при соединении об-

мотокY /Y0 ток нулевой последовательности I0п . Но в данном случае ток I0п существует не только со стороны вторичной обмотки, но течет и по контуру первичного треугольника A X B Y C Z . Таким образом, в обеих обмотках трансформатора при соединении их по способу /Y0 текут токи всех трех последовательностей. Создаваемые каждой из этих систем токов МДС взаимно почти уравновешиваются,

вследствие чего однофазный поток Ф0п и создаваемый им сдвиг нейтральной точки 0, хотя и существуют, но почти незаметны. Поэтому

IA Ia ,IB 0 и IC 0. Фазные напряжения искажаются значитель-

но меньше, чем в системе Y /Y0 . Этот вывод был уже сделан при рассмотрении условий работы трансформатора под нагрузкой.

Рис. 8.19. Однофазное короткое замыкание при соединение обмоток по способу /Y0

Определение сопротивления нулевой последовательности.

Здесь мы будем иметь в виду только трехстержневой трансформатор как единственно применяемый в схемахY /Y0 . Чтобы определить со-

противление z0п этого трансформатора, нужно соединить последова-

тельно или параллельно между собой все три фазы обмоток ВН или НН вторая обмотка остается разомкнутой (на рис. 8.20 показано только последовательное соединение фаз обмотки НН). Измерив, напряжение, ток и мощность на фазу U0пф , I0пф и Pпф , получаем:

z0п U0пф /I0пф;

25

r0п P0пф /I02пф;

Рис. 8.20. Схема для определения z0п

Опыт показывает, что а) индуктивная составляющая нулевого сопротивления x0п значительно больше активной составляющейr0п ,

так что z0п x0п ; б) на величину сопротивлений x0п и r0п оказывает большое влияние бак масляного трансформатора, куда попадают ли-

Работа трехфазного трансформатора при открытом тре-

угольнике. Чтобы получить открытый треугольник, достаточно иметь два однофазных трансформатора и присоединить их к первичной сети так, как это показано на рис. 8.24, в. Сравним условия работы трансформаторных групп сзакрытым и открытым треугольником. Предпо-

ложим, что а) первичные линейные напряженияUAB ,UBC и UCA обра-

зуют симметричную систему и не зависят от нагрузки трансформатора;

б) вторичная обмотка приведена к первичной; в) ток холостого хода I0 0; ; г) при закрытом треугольнике (рис. 8.24, а) нагрузка рас-

пределена равномерно и является активной; д) падения напряжения в трансформаторе пока не учитываются.

Тогда диаграмма напряжений и токов при закрытом треугольни-

ке имеет вид, показанный на рис. 8.24, б. Здесь векторыUAB ,UBC и

UCA представляют собой симметричную систему первичных линейных напряжений. В то же время эти векторы изображают и фазные первичные напряженияUAX , UBY и UCZ . При активной нагрузке фаз-

ные токи IAX , IBY иICZ совпадают с соответствующими им фазными напряжениями, а линейные токи представляют собой геометрическую

26

разность двух фазных токов, а именно IB IAX IBY , IC IBX ICZ и

IA ICZ IAX . Та же картина напряжений и токов имеет место и во

вторичной обмотке и во вторичной цепи.

Посмотрим теперь, как изменится режим работы трансформатора, когда мы откроем первичный и вторичный треугольники (удалена фаза BY by). Так как, согласно условию, первичные линейные на-

пряженияUAB , UBC и UCA и соответственно фазные напряженияUAX ,

UBY и UCZ не изменяются, то, по условию равновесия ЭДС, не могут изменяться ни первичные ЭДС Фаз A X и C Z . ни магнитные потоки, необходимые для создания этих ЭДС. При отсутствии падений напряжений имеем Uab UAB и Uca UCA , т. е. вторичные напряже-

нияUab и Uca тоже не изменяются ни по величине, ни по фазе. Так как Uab Ubc Uca 0 и, следовательно, Ubc (Uab Uca) то напря-

жениеUbc так же как и напряженияUab и Uca не претерпевает каких-

либо изменений (рис. 8.24, г).

Таким образом, если во вторичной цепи находятся какие-нибудь приемники, то при открытом треугольнике и отсутствии падений напряжения они продолжают оставаться под тем же напряжением, как и при закрытом. Поэтому линейные вторичные и соответственно первичные токи остаются без изменения, но фазные токи изменяются как по величине, так и по фазе. Сопоставив распределение токов при закрытом и открытом треугольниках на рис. 8.24, а и 8.24, в, мы видим, что

токи IAX в фазах A X закрытого и открытого треугольников текут в одном направлении, а токICZ в фазеC Z открытого треугольника из-

меняет свой знак по отношению к токуICZ при закрытом треугольнике. Поэтомув открытом

Мощность системы, в согласии со сказанным раньше, остается без из-

менения, так как 3UфIф 2UФIф 3cos30 Но при этом обмотки тра-

нсформатора в схеме с открытым треугольником оказываются перегру-

женными по току в 3 раза. Чтобы не допустить перегрева обмоток,

28

Несимметрия фазных токов вызывает некоторую несимметрию вторичных напряжений. Сложив геометрически векторы напряжений UAB и UCA с соответствующими им векторами ЭДС 1АХ ZK и IСZ и 1CZ

ZK, получаем в результате векторы вторичных напряжений Uab и Uca

(рис. 8.24, д). Напряжение Ubc = – (Uab +Uca ). Получающаяся несимметрия вторичных линейных напряжений зависит от величины и рода нагрузки и параметров короткого замыкания, т. е. от величины uk .

При uk = 5,5% схема открытого треугольника дает практически сим-

метричные напряжения вплоть до нагрузки каждого из трансформаторов номинальным током.

Работа при открытом треугольнике используется на линиях передачи в начале их эксплуатации, когда они еще слабо нагружены или когда при выходе из строя одного из трех трансформаторов группы все же нужна непрерывная работа при уменьшенной нагрузке.