Можно ли подключить между собой две линии 0,4 кв от разных трансформаторов?

Силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кв области применения разных схем соединения обмоток

Отсутствие у изготовителей и заказчиков определенного представления принципиальных отличий свойств силовых трансформаторов с малой мощностью и разными схемами соединения обмоток ведет к их неправильному использованию. При этом некорректный выбор схемы соединения обмоток ухудшает технические показатели электрических установок и понижает качество электроэнергии , а также приводит к возникновению серьезных аварий .

Отсутствие у изготовителей и заказчиков определенного представления принципиальных отличий свойств силовых трансформаторов с малой мощностью и разными схемами соединения обмоток ведет к их неправильному использованию. При этом некорректный выбор схемы соединения обмоток ухудшает технические показатели электрических установок и понижает качество электроэнергии, а также приводит к возникновению серьезных аварий.

Это отмечают проектировщики из Нижнего Новгорода Алевтина Ивановна Федоровская и Владимир Семенович Фишман . Они в своем материале делают акцент на разнице в реакции трансформаторов на несимметричные токи , которые содержат составляющую нулевой последовательности .

Схемы соединения обмоток и свойства трансформаторов

В соответствии с ГОСТ 11677-85 [1] силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ мощностью от 25 до 250 кВА могут изготавливать с такими схемами соединения обмоток:

  • «звезда/звезда» – Y/Yн;
  • «треугольник–звезда» – D/Yн;
  • «звезда–зигзаг» – Y/Zн.

Ключевое отличие технических характеристик трансформаторов с разными схемами соединений обмоток — различная реакция на несимметричные токи, которые содержат составляющую нулевой последовательности. В основном это однофазные сквозные короткие замыкания и рабочие режимы с неравномерной загрузкой фаз.

Известно, что силовые трансформаторы 6 ( 10 )/ 0 , 4 кВ имеют трехстержневой стальной сердечник , с расположенными там первичной и вторичной обмотки фазы А , В и С . Магнитные потоки трех фаз в симметричных режимах циркулируют в сердечнике трансформатора и не выходят за его пределы .

Что происходит во время нарушения симметрии с преимуществом нагрузки одной фазы на стороне 0 , 4 кВ ? Подобные режимы работы исследуются с применением теории симметричных составляющих [ 2 ]. По ней каждый несимметричный режим работы трехфазной сети представлен как геометрическая сумма 3 симметричных составляющих тока и напряжения : составляющие прямой , нулевой и обратной последовательностей.

Максимальная однофазная несимметрия достигается в режиме однофазного короткого замыкания на стороне 0 , 4 кВ трансформатора со схемой соединения обмоток D / Yн .

Картина токов симметричных составляющих в обмотках в таком режиме показана на рис . 1 . В неповрежденных фазах на стороне 0 , 4 кВ геометрическая сумма трех симметричных составляющих тока приравнена нулю ( не учитываем рабочую нагрузку фаз ). В поврежденной фазе она достигает максимума и равняется току ОКЗ . Определяется она по формуле :

где Uл – линейное напряжение;

R1, R, X1, Х – соответственно активные и реактивные сопротивления прямой и нулевой последовательности.

Сопротивления прямой последовательности R 1 и X 1 трансформаторов с разными схемами соединения обмоток определяются теми же формулами и имеют несущественные различия:

В каталогах видно, что известные величины в этих формулах Ркз и Uк почти не зависят от схем соединения обмоток трансформатора, а значит, не влияют на сопротивление прямой последовательности. Сопротивления же нулевой последовательности трансформаторов с различными схемами соединения обмоток имеют принципиальные отличия.

Сопротивления нулевой последовательностивекторов токов и магнитных потоков в трансформаторе со схемой соединения обмоток D/Yн (рис. 2).

В таких трансформаторах токи прямой, обратной и нулевой последовательностей текут и в первичной, и во вторичной обмотках. В то время как токи нулевой последовательности в первичной обмотке замыкаются внутри нее, не выходя при этом в сеть. Намагничивающие силы или ампер-витки, которые создают токи нулевой последовательности первичных и вторичных обмоток, имеют встречное направление и практически полностью компенсируют друг друга, обуславливая тем самым небольшую величину реактивных сопротивлений трансформатора. А сопротивления прямой и нулевой последовательностей приблизительно равны: R1 = R; Х1 = Х.
В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Zн в аналогичном режиме ОКЗ токи нулевой последовательности протекают лишь по вторичной обмотке трансформатора, однако магнитного потока нулевой последовательности они не создают, что объясняется особенностью схемы Zн – «зигзаг».
Эта особенность состоит в том, что на каждом стержне трансформатора расположено по одной вторичной полуобмотке двух разных фаз (рис. 3). В режиме ОКЗ намагничивающие силы, создаваемые токами нулевой последовательности в этих полуобмотках, направлены встречно и друг друга взаимно компенсируют. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке отсутствуют. В таких трансформаторах сопротивления нулевой последовательности оказываются меньше сопротивлений прямой последовательности: R > R1; X >> X1.

Рис. 4. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Yн

Следует отметить, что в отличие от сопротивлений прямой последовательности трансформаторов, которые можно рассчитать, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн расчету не поддаются. Их можно определить только экспериментально. Величина этих сопротивлений во многом зависит от конструкции кожуха трансформатора, от величины зазоров между сердечником и кожухом и т.п.

Схема замера сопротивлений нулевой последовательности приведена в ГОСТ 3484.1-88 [3]. К сожалению, в этом документе указано, что такие замеры предприятия-производители проводят по просьбе заказчиков. Вероятно, в последние годы таких просьб от заказчиков не поступает, а изготовители эти замеры самостоятельно не производят, считая, что в них нет необходимости. В результате проектировщики при выполнении расчетов пользуются старыми справочными данными. Однако использовать устаревшую информацию надо чрезвычайно осторожно, ведь конструкции современных силовых трансформаторов, в частности кожухов, а также материалы, из которых они изготовлены, существенно изменились.

Кроме того, имеющиеся на сегодня данные по сопротивлениям нулевой последовательности трансформаторов крайне скудны и противоречивы. Так, согласно замерам УП МЭТЗ им. В.И. Козлова, выполненным много лет назад, реактивные сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн превышают сопротивления прямой последовательности в среднем в 10 раз. В то же время в ГОСТ 3484.1-88 имеется фраза о том, что эти сопротивления могут отличаться на два порядка. И этим сегодня противоречия не исчерпываются[4].

Реальные значения сопротивлений нулевой последовательности знать необходимо, поскольку они определяют величину тока ОКЗ. Чем больше эти сопротивления, тем меньше ток ОКЗ, соответственно труднее осуществить защиту трансформатора.
В нормальных режимах работы большие сопротивления нулевой последовательности при неравномерной загрузке фаз трансформатора на стороне 0,4 кВ приводят к ухудшению качества электроэнергии у потребителя.
Так, если принять R1 = R, X1 = X, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток D/Yн, то получим:

Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов

Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки — высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы. Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами A , B , С, конечные выводы — X , Y , Z , а для аналогичных выводов фаз обмотки низшего напряжения применяют такие обозначения: a, b, c, x, y, z.

Каждая из обмоток трехфазного трансформатора — первичная и вторичная — может быть соединена тремя различными способами, а именно:

В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяют либо в звезду, либо в треугольник (рис. 1).

Осветительные сети выгодно строить на высокое напряжение, но лампы накаливания с большим номинальным напряжением имеют малую световую отдачу. Поэтому их целесообразно питать от пониженного напряжения. В этих случаях обмотки трансформатора также выгодно соединять в звезду (Y), включая лампы на фазное напряжение.

С другой стороны, с точки зрения условий работы самого трансформатора, одну из его обмоток целесообразно включать в треугольник.

Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора находят, как соотношение фазных напряжений при холостом ходе:

n ф = U фвнх / U фннх,

а линейный коэффициент трансформации, зависящий от фазного коэффициента трансформации и типа соединения фазных обмоток высшего и низшего напряжений трансформатора, по формуле:

n л = U лвнх / U лннх.

Если соединений фазных обмоток выполнено по схемам «звезда-звезда» или «треугольник-треугольник», то оба коэффициента трансформации одинаковы, т.е. n ф = n л.

При соединении фаз обмоток трансформатора по схеме «звезда — треугольник» — n л = n фV 3 , а по схеме «треугольник-звезда» — n л = n ф / V 3

Группы соединений обмоток трансформатора

Группа соединений обмоток трансформатора характеризует взаимную ориентацию напряжений первичной и вторичной обмоток. Изменение взаимной ориентации этих напряжений осуществляется соответствующей перемаркировкой начал и концов обмоток.

Стандартные обозначения начал и концов обмоток высокого и низкого напряжения показаны на рис.1.

Рассмотрим вначале влияние маркировки на фазу вторичного напряжения по отношению к первичному на примере однофазного трансформатора (рис. 2 а).

Обе обмотки расположены на одном стержне и имеют одинаковое направление намотки. Будем считать верхние клеммы началами, а нижние — концами обмоток. Тогда ЭДС Ё1 и E2 будут совпадать по фазе и соответственно будут совпадать напряжение сети U1 и напряжение на нагрузке U2 (рис. 2 б). Если теперь во вторичной обмотке принять обратную маркировку зажимов (рис. 2 в), то по отношению к нагрузке ЭДС Е2 меняет фазу на 180°. Следовательно, и фаза напряжения U2 меняется на 180°.

Таким образом, в однофазных трансформаторах возможны две группы соединений, соответствующих углам сдвига 0 и 180°. На практике для удобства обозначения групп используют циферблат часов. Напряжение первичной обмотки U1 изображают минутной стрелкой, установленной постоянно на цифре 12, а часовая стрелка занимает различные положения в зависимости от угла сдвига между U1 и U2. Сдвиг 0° соответствует группе 0, а сдвиг 180° — группе 6 (рис. 3).

В трехфазных трансформаторах можно получить 12 различных групп соединений обмоток. Рассмотрим несколько примеров.

Пусть обмотки трансформатора соединены по схеме Y/Y (рис. 4). Обмотки, расположенные на одном стержне, будем располагать одну под другой.

Зажимы А и а соединим для совмещения потенциальных диаграмм. Зададим положение векторов напряжений первичной обмотки треугольником АВС. Положение векторов напряжений вторичной обмотки будет зависеть от маркировки зажимов. Для маркировки на рис. 4а, ЭДС соответствующих фаз первичной и вторичной обмоток совпадают, поэтому будут совпадать линейные и фазные напряжения первичной и вторичной обмоток (рис. 4, б). Схема имеет группу Y/Y — О.

Изменим маркировку зажимов вторичной обмотки на противоположную (рис. 5. а). При перемаркировке концов и начал вторичной обмотки фаза ЭДС меняется на 180°. Следовательно, номер группы меняется на 6. Данная схема имеет группу Y/Y — б.

На рис. 6 представлена схема, в которой по сравнению со схемой рис 4 выполнена круговая перемаркировка зажимов вторичной обмотки. При этом фазы соответствующих ЭДС вторичной обмотки сдвигаются на 120° и, следовательно, номер группы меняется на 4.

Схемы соединений Y/Y позволяют получить четные номера групп, при соединении обмоток по схеме «звезда-треугольник» номера групп получаются нечетными. В качестве примера рассмотрим схему, представленную на рис. 7.

В этой схеме фазные ЭДС вторичной обмотки совпадают с линейными, поэтому треугольник аbс поворачивается на 30° против часовой стрелки по отношению к треугольнику АВС. Но так как угол между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток отсчитывается по часовой стрелке, то группа будет иметь номер 11.

Из двенадцати возможных групп соединений обмоток трехфазных трансформаторов стандартизованы две: «звезда-звезда» — 0 и «звезда-треугольник» — 11. Они, как правило, и применяются на практике.

Схемы «звезда-звезда с нулевой точкой» используют в основном для трансформаторов потребителей напряжением 6 — 10/0,4 кВ. Нулевая точка дает возможность получить напряжение 380/220 или 220/127 В, что удобно для одновременного подключения как трехфазных, так и однофазных приемников электроэнергии (электродвигателей и ламп накаливания).

Схемы «звезда-треугольник» применяют для высоковольтных трансформаторов, соединяя обмотку 35 кВ в звезду, а 6 или 10 кВ в треугольник. Схема «звезда с нулевой точкой» используется в высоковольтных системах, работающих с заземленной нейтралью.

Группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов:

Условия параллельной работы трансформаторов

Параллельная работа трансформатора характеризуется особенной работой обмоток. К первичным контурам подводится питающая сеть. Подключение обмотки вторичного типа производится к общей сети. Исходящее электричество питает различных потребителей.

Требования сети

Включение трансформаторов на параллельную работу вызвано определенными особенностями эксплуатации электроустановок. Представленный подход позволяет решить проблемы электроснабжения.

При параллельном подключении силовых трансформаторов удается избежать увеличения токов основного устройства. Система менее подвержена перегрузкам. В процессе параллельного подключения обмоток трансформатора уменьшается показатель сбоев в работе электросети. Вероятность, что не будут работать сразу два трансформаторных устройства, крайне мала.

При эксплуатации силового оборудования высокой мощности необходимо обеспечить достаточное пространство (в высоту) для установки агрегата. В небольшом помещении допускается параллельная работа трансформаторов, согласно ПУЭ. На территории одной электроустановки со стандартными размерами пространства возможно использовать необходимое количество силовой аппаратуры. Для увеличения продуктивности, безопасности работающих от разных источников агрегатов, потребуется правильно создать параллельное соединение обмоток.

Особенности

Параллельное соединение трансформаторов тока должно выполнять установленные правила и условия включения. Силовые агрегаты при включении должны характеризоваться определенным показателем полной мощности. Эта величина соответствует сумме мощностей соединенных приборов. При этом выполняется условие. Величины сопротивлений, коэффициент трансформации в процессе включения трансформаторов на параллельную работу, равны.

Если величины мощности неодинаковы, нагрузка делится в соответствии с номиналами. Это происходит при условии равенства коэффициента трансформации подключаемых объектов.

Существует правило. Разрешается допускать соединения параллельным включением установок с мощностью выше в 2 раза. В этом случае нужно следить за работой агрегатов. Трансформаторы не функционируют постоянно.

Условия

Существуют определенные условия параллельной работы трансформаторов. Всего установлено 5 пунктов. Включенные приборы работают правильно при следующих условиях:

  1. Фазировка. Выполнение этого условия трансформаторами является обязательным. Иначе будет наблюдаться короткое замыкание. Токи вторичных цепей позволяют выполнить фазировку. Фазы соединений согласовываются со стороны низкого, высокого напряжения.
  2. Напряжение на обмотках вторичных и первичных катушек при соединении должно быть разным. Это условие выполняется с соблюдением особенностей изоляции. Коэффициент трансформации всех элементов системы должен быть идентичным. Соединить устройство допускается, если отклонение показателя не превышает 0,5 %.
  3. Напряжение короткого замыкания равно для всех агрегатов. Это способствует выполнению обмотками установленных функций. Сопротивление контура возрастает при высоком напряжении короткого замыкания. Увеличивая его уровень для маломощного агрегата, можно получить перегрузку. Для нормальных условий функционирования системы при выполнении стандартов отклонение между показателями короткого замыкания устройств не превышает 10%.
  4. Включить параллельным соединением допускается одинаковые обмотки, соответствующие друг другу. При несоблюдении этого условия работающими приборами вырабатываются уравнительные токи. Наблюдается сдвиг фазы.
  5. Мощность аппаратуры не должна отличаться в 3 раза. Это является важным условием правильной работы системы. В противном случае мощный прибор увеличивает нагрузку на следующие приборы. Маломощные агрегаты будут перегружены. Соединять подобные устройства запрещается правилами безопасности.

Следуя перечисленным условиям, обеспечивается стабильная, эффективная работа силового оборудования. Безопасность и надежность функционирования системы повышается.

Невыполнение условий

Если не соблюдается хотя бы одно из условий, следует ожидать сбоев в работе оборудования. Нужно знать, в каком случае эксплуатация коммутированной установки будет небезопасной.

При использовании разных типов соединения появляется сдвиг фаз. При этом по контурам будет бежать ток, превышающий установленные производителем параметры. Максимальное увеличение значения появляется при возникновении короткого замыкания. Сдвиг фазы при этом составляет 180º для трансформаторов с группами обмоток 12 и 6.

Следующая небезопасная ситуация возможна при неравенстве коэффициентов трансформации. Во вторичной обмотке появится результирующее напряжение. Электричество будет протекать по цепи на холостом ходу.

При несовпадении показателей короткого замыкания будут неравны внутренние сопротивления. На холостом ходу электричество не появится, но нагрузка распределится в обратной зависимости от их сопротивления. Маломощный агрегат в такой ситуации будет перегружен.

Выполнение фазировки

Чтобы избежать появления короткого замыкания, на низшем выводе напряжения проводится фазировка. Если этот показатель в указанной точке не превышает 1000 В, применяется вольтметр. Его настраивают на соответствующий уровень напряжения.

Фазируемые обмотки соединяют. Это позволит получить замкнутый контур. Обмотки могут иметь заземленную нейтраль или выпускаться без нее. В первом случае контур замыкается через землю. Сопротивление между выводами замеряется. Результат сопоставляется с указанными производителем значениями.

Если нейтраль в конструкции не предусмотрена, потребуется ставить последовательно перемычку между соответствующими выводами двух трансформаторов. Между ними замеряют напряжение. Чтобы обеспечить безопасную работу агрегатов, соединяют те выводы, между которыми при замере не было напряжения.

Рассмотрев особенности параллельного соединения трансформаторных устройств, а также условия и рекомендации по проведению этого процесса, можно обеспечить стабильную и безопасную работу системы. Это предоставляет массу преимуществ в процессе энергоснабжения потребителей электричеством.

Можно ли подключить между собой две линии 0,4 кв от разных трансформаторов?

Например, заказывая трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Yн, не принимают в расчет, что в ряде случаев применение таких трансформаторов совершенно не оправдано, а иногда просто недопустимо.
В связи с этим нижегородские проектировщики Алевтина Ивановна Федоровская и Владимир Семенович Фишман напоминают об особенностях различных схем соединения обмоток трансформаторов.

СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК И СВОЙСТВА

В соответствии с ГОСТ 11677-85 [1] силовые трехфазные двухобмоточные трансформаторы могут изготавливаться со следующими схемами соединения обмоток:

  • «звезда-звезда» – Y/Yн;
  • «треугольник-звезда» – Δ/Yн;
  • «звезда-зигзаг» – Y/Zн.

Принципиальное различие технических характеристик трансформаторов с разными схемами соединения обмоток заключается в разной реакции на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности. Это прежде всего однофазные сквозные короткие замыкания, а также и токи рабочих режимов с неравномерной загрузкой фаз.
Как известно, силовые трансформаторы имеют трехстержневой стальной сердечник, на каждом стержне которого располагаются первичная и вторичная обмотки соответствующей фазы – А, В и С. 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 [2]. Согласно этой теории любой несимметричный режим работы трехфазной сети представляется в виде геометрической суммы векторов трех симметричных составляющих тока и напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей.
Рассмотрим режим максимальной однофазной несимметрии – режим однофазного короткого замыкания (ОКЗ) на стороне 0,4 кВ трансформатора со схемой соединения обмоток Δ/Yн. В неповрежденных фазах на стороне 0,4 кВ геометрическая сумма трех симметричных составляющих тока равна нулю, а в поврежденной фазе эта сумма максимальна и равна току ОКЗ. Величина этого тока определяется известной формулой [2]:

где Uл – линейное напряжение;
R1, R, X1, Х – соответственно активные и реактивные сопротивления прямой и нулевой последовательности (поскольку сопротивления прямой и обратной последовательностей трансформатора равны, то R1 + R2 = 2R1; X1 +X2 = 2X1).

Сопротивления прямой последовательности

Сопротивления прямой (обратной) последовательности R1 и X1 трансформаторов с разными схемами соединения первичных обмоток определяются одними и теми же формулами:

Сопротивления нулевой последовательности

В отличие от сопротивлений R1 и X1, сопротивления нулевой последовательности R, Х трансформаторов с разными схемами соединения обмоток отличаются принципиально.

Представление о сопротивлениях нулевой последовательности трансформаторов можно получить на основании схем замеров этих сопротивлений, представленных в ГОСТ 3484.1-88 [3] (рис. 1). Справедливости ради следует отметить, что схема рис. 1в в ГОСТ 3484.1-88 не рассматривается и приведена авторами дополнительно.
Сопротивление измеряется между соединенными вместе тремя фазными зажимами обмотки низкого напряжения и выведенным зажимом нейтрали. При этом в обмотках трансформатора моделируется протекание токов нулевой последовательности (на рис. 1 показаны стрелками).
Если обмотка ВН трансформатора соединена в треугольник – Δ/Yн (рис. 1б), то для токов нулевой последовательности такой трансформатор оказывается короткозамкнутым, при этом сопротивления R и X трансформатора равны сопротивлениям прямой последовательности R1 и X1.
При соединении обмотки НН по схеме «звезда-зигзаг» – Y/Zн (рис. 1в) магнитные потоки, создаваемые «полуобмотками» разных фаз в каждом стержне сердечника транформатора направлены встречно и компенсируют друг друга. Магнитные потоки нулевой последовательности такого трансформатора практически отсутствуют, а сопротивления нулевой последовательности минимальны, т.е. оказываются меньше, чем при схеме соединения обмоток Δ/Yн.
При схеме соединения обмоток «звезда-звезда» – Y/Yн (рис. 1а) нескомпенсированные магнитные потоки нулевой последовательности замыкаются через стальной кожух трансформатора, радиаторы охлаждения и т.п. Поэтому величины сопротивлений нулевой последовательности такого трансформатора во многом зависят от его конструкции и, как указано в ГОСТ 3484.1-88, могут быть на два порядка больше, чем при соединении обмоток по схеме Δ/Yн.

ВЛИЯНИЕ СХЕМ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК НА ТОКИ КЗ

Рассмотрим влияние различных схем соединения обмоток ТСН на величины токов КЗ на конкретном примере. На рис. 2 изображена схема подключения трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ (ТСН), питающего потребителей собственных нужд ПС 110/35/6 кВ. На ПС с переменным оперативным током такие трансформаторы устанавливаются на ОРУ и подключаются к воздушному вводу, идущему от силового трансформатора к вводной ячейке ЗРУ 6 кВ. Защита ТСН, включая кабель 0,4 кВ к щиту 0,4 кВ, осуществляется предохранителями 6 кВ.
Токи короткого замыкания в конце защищаемой предохранителями зоны – при вводе на щит 0,4 кВ для разных схем соединения обмоток трансформаторов приведены в табл. 1.
Расчет токов КЗ выполнен в соответствии с методикой ГОСТ 28249-93 [4]. Как видно из таблицы, наименьшие значения токов КЗ через предохранители 6 кВ оказываются при однофазных замыканиях (ОКЗ) на стороне 0,4 кВ.

ВЫБОР ПЛАВКОЙ ВСТАВКИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ 6 кВ

Для выбора плавкой вставки предохранителя можно воспользоваться методикой, разработанной компанией «Шнейдер Электрик» [5].
Согласно этой методике определяющим условием при выборе номинального тока плавкой вставки предохранителя является условие отстройки от броска тока намагничивания силового трансформатора. Это условие выражается формулой:

где Iпр.0,1 – ток перегорания плавкой вставки предохранителя за 0,1 с по времятоковой характеристике;
Iн.тр – номинальный ток трансформатора;
К – коэффициент, характеризующий величину броска тока намагничивания трансформатора.
Таким образом, для трансформатора 100 кВА, 6 кВ по указанному условию номинальный ток плавкой вставки предохранителя получается равным Iн.пр = 25 А. Необходимо отметить, что этот результат совпадает с рекомендациями отечественных источников [6].

Выбираем предохранитель Fusarc Merlin Gerin 6 кВ Iн.пр = 25 А. Максимальный и минимальный ток отключения данного предохранителя составляют соответственно 63 кА и 79 А (в этом случае защита предохранителями типа ПКТ 6 кВ оказывается не чувствительной к токам КЗ в рассматриваемой точке).
Следует отметить, что при выборе предохранителей 6(10) кВ часто не обращают внимание на их минимальный ток отключения, как этого требуют нормы. Так, согласно п. 1.4.3 ПУЭ «Цепь считается защищенной плавким предохранителем, если его отключающая способность выбрана в соответствии с требованиями настоящих Правил и он способен отключить наименьший возможный аварийный ток в данной цепи».
При протекании через предохранитель тока КЗ ниже минимально отключаемого им тока «образовавшаяся при перегорании плавкой вставки электрическая дуга не гаснет и продолжает гореть до вмешательства внешней защиты» (цитата из указаний [5]).
Из таблицы 1 видно, что в данном случае только при схеме соединения обмоток трансформатора Y/Zн защита предохранителями оказывается достаточно надежной, поскольку минимальный ток ОКЗ – 102 А превышает минимальный ток отключения предохранителя 79 А.
При схеме соединения обмоток Δ/Yн минимальный ток ОКЗ – 78,8 А чуть ниже минимального тока отключения предохранителя, что не обеспечивает необходимый запас надежности в расчетах.
При схеме соединения обмоток Y/Yн предохранитель 6 кВ явно не способен отключить ток однофазного КЗ на стороне 0,4 кВ. Недостатком схемы Y/Yн является также то, что при однофазном КЗ на стороне НН в неповрежденных фазах напряжение повышается. Величина повышения напряжения зависит как от удаления точки КЗ от источника питания, так и от нагрузки неповрежденных фаз и может достигать 1,5–1,6 Uф. Если при этом затянется ещё и время отключения ОКЗ, то очевидно, что чувствительные к перенапряжению потребители (электролампы, телевизионная, компьютерная и другая электронная аппаратура) могут быть повреждены.
Указанные недостатки трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Yн проявляются и в нормальных режимах работы при неравномерной загрузке фаз. В этих случаях напряжение в более загруженной фазе заметно снижается, а в менее загруженных фазах возрастает, особенно при низком cosφ нагрузки. В некоторых исключительных случаях применение трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Yн может оказаться вынужденным. Для правильного выбора защит в таких случаях необходимо знать реальные сопротивления нулевой последовательности трансформаторов. Эти данные следует запрашивать у предприятий-изготовителей либо, если есть такая возможность, производить замеры этих сопротивлений по месту установки, полностью соблюдая при этом методику замеров по ГОСТ 3484.1-88.

ТРАНСФОРМАТОРЫ С ПОНИЖЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ КЗ

Всё вышеизложенное относится к трансформаторам с напряжением КЗ в диапазоне uк = 4–6%. В последнее время для установки в ячейках КРУ отечественными предприятиями специально разработаны силовые трансформаторы мощностью 25–63 кВА с пониженными значениями uк = 1,5–2,5%. Малое сопротивление таких трансформаторов позволяет выполнить их защиту предохранителями достаточно чувствительной.
Однако появляется другой недостаток, связанный с относительно большой величиной токов КЗ, а именно неселективная работа предохранителей 6(10) кВ с автоматическими выключателями 0,4 кВ. Вопрос допустимости такой неселективной работы необходимо решать в каждом конкретном случае отдельно.

ЗАЩИТА ПРИ НАЛИЧИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Если трансформаторы СН подключаются к источнику питания через выключатели (как правило, это достаточно мощные трансформаторы), то с помощью микропроцессорных устройств релейной защиты требуемую чувствительность можно обеспечить практически во всех случаях.
При этом для повышения чувствительности следует при необходимости дополнительно использовать трансформатор тока, устанавливаемый в нулевом выводе обмотки НН трансформатора с передачей сигнала в схему релейной защиты.

ВЫВОДЫ

  • Для трансформаторов малой мощности (от 25 до 160 кВА) с диапазоном uк = 4–6%, защищаемых предохранителями со стороны ВН, наиболее надежная защита от сквозных КЗ обеспечивается при применении схемы соединения обмоток Y/Zн. Несколько меньшую надежность обеспечивает схема Δ/Yн (в каждом конкретном случае это уточняется расчетом).
    Схему соединения обмоток Y/Yн при защите трансформаторов предохранителями применять не следует.
  • Предприятия-изготовители силовых трансформаторов должны в обязательном порядке предоставлять данные по сопротивлениям нулевой последовательности трансформаторов, особенно со схемами соединения обмоток Y/Yн и Y/Zн. Применение силовых трансформаторов со сверхнизкими значениями uк повышает чувствительность их защиты предохранителями 6(10)кВ, однако не позволяет обеспечить селективность работы предохранителей с автоматическими выключателями на стороне 0,4 кВ.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические условия».
2. Ульянов С.А. Короткие замыкания в электрических системах. М.: Госэнергоиздат, 1952. 280 с.
3. ГОСТ 3484.1-88 (СТ СЭВ 1070-78) «Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний».
4. ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ».
5. Шнейдер Электрик. Методика выбора предохранителей для защиты трансформаторов.
6. Сборник директивных материалов по эксплуатации энергосистем (электротехническая часть). 2-е изд. М.: Энергоиздат, 1981. 632 с.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ. Области применения разных схем соединения обмоток

Отсутствие у изготовителей и заказчиков чёткого представления о принципиальных отличиях свойств силовых трансформаторов малой мощности с разными схемами соединения обмоток приводит к ошибкам в их применении. Причём неправильный выбор схемы соединения трансформаторных обмоток не только ухудшает технические показатели электроустановок и снижает качество электроэнергии, но и приводит к серьёзным авариям.

Об этом напоминают нижегородские проектировщики Алевтина Ивановна Федоровская и Владимир Семенович Фишман, которые в своём материале акцентируют внимание на разнице в реакции трансформаторов на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности.

Алевтина Федоровская, технический директор

Владимир Фишман, главный специалист Группы компаний «Электрощит — ТМ — Самара» Филиал «Энергосетьпроект — НН — СЭЩ», г. Нижний Новгород

Схемы соединения обмоток и свойства трансформаторов

В соответствии с ГОСТ 11677-85 [1] силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ мощностью от 25 до 250 кВА могут изготавливаться со следующими схемами соединения обмоток:

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 трёхстержневой стальной сердечник, на каждом стержне которого располагаются первичная и вторичная обмотки соответствующей фазы – А, В и С. Магнитные потоки трёх 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 [2]. Согласно этой теории любой несимметричный режим работы трёхфазной сети представляется в виде геометрической суммы трёх симметричных составляющих тока и напряжения: это составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Рассмотрим режим максимальной однофазной несимметрии – режим однофазного короткого замыкания (ОКЗ) на стороне 0,4 кВ трансформатора со схемой соединения обмоток D/Yн.

Картина токов симметричных составляющих в обмотках в этом режиме представлена на рис. 1. В неповреждённых фазах на стороне 0,4 кВ геометрическая сумма трёх симметричных составляющих тока равна нулю (рабочей нагрузкой фаз пренебрегаем), а в повреждённой фазе эта сумма максимальна и равна току ОКЗ. Его величина определяется известной формулой:

(1)

R1, R, X1, Х – соответственно активные и реактивные сопротивления прямой и нулевой последовательности.

Сопротивление прямой последовательности

Сопротивления прямой последовательности R1 и X1 трансформаторов с разными схемами соединения обмоток определяются одними и теми же формулами и отличаются незначительно:

Заглянув в каталоги, нетрудно убедиться, что входящие в эти формулы известные величины Ркз и Uк от схем соединения обмоток трансформатора практически не зависят, а следовательно, от них не зависят и сопротивления прямой последовательности.

В отличие от этих сопротивлений, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов с разными схемами соединения обмоток отличаются принципиально.

Сопротивления нулевой последовательности

Рассмотрим картину векторов токов и магнитных потоков в трансформаторе со схемой соединения обмоток D/Yн (рис. 2).

В таких трансформаторах токи прямой, обратной и нулевой последовательностей протекают как в первичной, так и во вторичной обмотках. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке замыкаются внутри неё и в сеть не выходят. Создаваемые токами нулевой последовательности первичных и вторичных обмоток намагничивающие силы (ампер-витки) направлены встречно и почти полностью компенсируют друг друга, что обуславливает небольшую величину реактивных сопротивлений трансформатора. При этом сопротивления прямой и нулевой последовательностей приблизительно равны: R1 = R; Х1 = Х.

В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Zн в аналогичном режиме ОКЗ токи нулевой последовательности протекают лишь по вторичной обмотке трансформатора, однако магнитного потока нулевой последовательности они не создают, что объясняется особенностью схемы Zн – «зигзаг».

Эта особенность состоит в том, что на каждом стержне трансформатора расположено по одной вторичной полуобмотке двух разных фаз (рис. 3). В режиме ОКЗ намагничивающие силы, создаваемые токами нулевой последовательности в этих полуобмотках, направлены встречно и друг друга взаимно компенсируют. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке отсутствуют. В таких трансформаторах сопротивления нулевой последовательности оказываются меньше сопротивлений прямой последовательности: R > R1; X >> X1.

Рис. 4. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Yн

Следует отметить, что в отличие от сопротивлений прямой последовательности трансформаторов, которые можно рассчитать, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн расчёту не поддаются. Их можно определить только экспериментально. Величина этих сопротивлений во многом зависит от конструкции кожуха трансформатора, от величины зазоров между сердечником и кожухом и т. п.

Схема замера сопротивлений нулевой последовательности приведена в ГОСТ 3484.1-88 [3]. К сожалению, в этом документе указано, что такие замеры предприятия-производители проводят по просьбе заказчиков. Вероятно, в последние годы таких просьб от заказчиков не поступает, а изготовители эти замеры самостоятельно не производят, считая, что в них нет необходимости. В результате проектировщики при выполнении расчётов пользуются старыми справочными данными. Однако использовать устаревшую информацию надо чрезвычайно осторожно, ведь конструкции современных трансформаторов, в частности кожухов, а также материалы, из которых они изготовлены, существенно изменились.

Кроме того, имеющиеся на сегодня данные по сопротивлениям нулевой последовательности трансформаторов крайне скудны и противоречивы. Так, согласно замерам Минского трансформаторного завода, выполненным много лет назад, реактивные сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн превышают сопротивления прямой последовательности в среднем в 10 раз. В то же время в ГОСТ 3484.1-88 имеется фраза о том, что эти сопротивления могут отличаться на два порядка. И этим сегодня противоречия не исчерпываются [4].

Почему необходимо знать знать реальные значения сопротивлений

Реальные значения сопротивлений нулевой последовательности знать необходимо, поскольку они определяют величину тока ОКЗ. Чем больше эти сопротивления, тем меньше ток ОКЗ, соответственно труднее осуществить защиту трансформатора.

В нормальных режимах работы большие сопротивления нулевой последовательности при неравномерной загрузке фаз трансформатора на стороне 0,4 кВ приводят к ухудшению качества электроэнергии у потребителя.

Так, если принять R1 = R, X1 = X, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток D/Yн, то получим:

(2)

Таким образом, при этих условиях ток ОКЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора будет равен току трёхфазного КЗ.

Однако, если R>>R1 и X>>X1, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн, то величина тока ОКЗ оказывается значительно меньше тока трёхфазного КЗ, то есть Iокз Выводы

Для трансформаторов малой мощности (от 25 до 250 кВА), защищаемых предохранителями со стороны ВН, безусловное преимущество имеет схема соединения обмоток Y/Zн. Несколько меньший эффект даёт схема D/Yн. Схему Y/Yн для таких трансформаторов применять не следует.

Схема соединения обмоток трансформаторов Y/Yн 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.

1. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.

2. Ульянов С. А. Короткие замыкания в электрических системах. – М.: Госэнергоиздат, 1952. – 280 с.

3. ГОСТ 3484.1-88 (СТ СЭВ 1070-78). Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний.

4. Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей / Под ред. Большама Я. М., Круповича В. И., Самовера М. Л. и др. – М.: Энергия, 1975. – 696 с.

5. Каталог на предохранители Fusarc Merlin Gerin (стандарт DIN).

6. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.

Читайте также:  Ремонт теплового реле
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector