Распространенные соединения обмоток трансформаторов и их применение

Трансформаторы являются важнейшими компонентами энергосистем, а соединения их обмоток напрямую влияют на их производительность и сценарии применения. Распространенными соединениями обмоток трансформаторов являются соединение треугольником (D) и звездой (Y или Yn). В этой статье мы подробно рассмотрим эти два типа соединений, методы их обозначения, группы соединений, а также преимущества и области применения каждого из них.

I. Метод обозначения групп соединений трансформаторов

1. Значение заглавных и строчных букв

Группа соединений трансформатора обозначается прописными и строчными буквами: прописные буквы указывают на тип соединения первичной стороны (или стороны высокого напряжения), а строчные буквы - на тип соединения вторичной стороны (или стороны низкого напряжения). В частности:

• Y (или у): Соединение звездой
• D (или d): Дельта-соединение

Для обозначения фазовых соотношений между первичным и вторичным напряжением в сети в цифрах используется часовая нотация, где фазовым напряжением первичной сети является минутная стрелка, зафиксированная в положении "12 часов", а фазовым напряжением вторичной сети - часовая стрелка.

2. Пример типичной группы

Например, "Yn, d11" означает соединение первичной стороны в звезду с нейтралью, соединение вторичной стороны в треугольник и напряжение вторичной линии, отстающее от напряжения первичной линии на 330 градусов (или опережающее на 30 градусов). В этом обозначении 11 означает, что когда фазовращатель напряжения первичной сети находится в положении "12 часов", фазовращатель напряжения вторичной сети находится в положении "11 часов".

Узнайте больше о: Трансформатор "дельта-вой

II. Общие группы соединений трансформаторов

Сочетание двух обмоток в трансформаторе образует следующие четыре группы соединений:

1. Y, y
2. D, y
3. Y, d
4. D, d

Обычно используются следующие группы соединений: "Y, y" и "Y, d".

Yyn0 Connection Group

• Высоковольтная сторона: Соединение звездой (Y) с заземлением нейтрали
• Низковольтная сторона: Соединение звездой (y) с заземлением нейтрали
• Фазы напряжения первичной и вторичной сети перекрываются, что обозначается "0" на часах.

Группа соединений Dyn11

• Высоковольтная сторона: Соединение "дельта" (D)
• Низковольтная сторона: Соединение звездой (y) с нейтральной линией
• Фазы напряжения первичной и вторичной сети отличаются на 330 градусов (11 часов по часам).

III. Анализ производительности групп соединений

1. Потери холостого хода

• Yyn0 Connection Group: Соединение звездой со стороны высокого напряжения генерирует синусоидальный ток возбуждения, но из-за нелинейности кривой намагничивания поток в сердечнике содержит значительные компоненты третьей гармоники, что увеличивает гистерезис и потери на вихревые токи.
• Группа соединений Dyn11: Ток третьей гармоники может циркулировать в высоковольтной обмотке, делая поток в сердечнике синусоидальным и снижая потери. Потери холостого хода в соединениях Dyn11 могут быть примерно на 10% меньше, чем в соединениях Yyn0.

2. Ток нулевой последовательности

• Yyn0 Connection Group: Несбалансированная вторичная нагрузка создает поток нулевой последовательности, увеличивая дополнительные потери. Трансформаторы большой мощности не подходят для этого способа подключения.
• Группа соединений Dyn11: Ток нулевой последовательности в первичной обмотке может циркулировать внутри обмотки, ослабляя поток нулевой последовательности вторичной обмотки и уменьшая перегрев. Потери нагрузки при соединениях Dyn11 могут быть примерно на 20% меньше, чем при соединениях Yyn0.

3. Однофазное короткое замыкание

• Группа соединений Dyn11: Низкий импеданс нулевой последовательности, что приводит к высокому току однофазного короткого замыкания на стороне низкого напряжения и высокой чувствительности защиты.
• Yyn0 Connection Group: Высокое сопротивление нулевой последовательности, что приводит к высокому напряжению нулевой последовательности и значительной асимметрии фазного напряжения.

IV. Выбор методов соединения на практике

1. Подключение "дельта" на стороне низкого напряжения главного трансформатора

• Причина: Устраняет третьи гармоники и предотвращает гармонические искажения формы напряжения в электросети. Ток нулевой последовательности формирует циркулирующий ток в треугольном соединении, поддерживая качество электроэнергии.

2. Принципы выбора методов соединения

• Соединение Y-D: Обычно используется для понижающих трансформаторов, так как соединение звездой со стороны высокого напряжения снижает потери в линии.
• Соединение D-Y: Обычно используется для повышающих трансформаторов, но также часто встречается в распределительных трансформаторах, где низковольтная сторона заземлена.

3. Работа с особыми случаями

• Соединение Y-Y: Обычно не используется из-за отсутствия гармонических трактов, которые могут вызвать значительные искажения на выходе.
• Проблемы многоступенчатых трансформаторов: Например, трансформатор 10/0,4 кВ, питающий офисное здание, должен обеспечить заземление нейтральной линии при преобразовании 400 В или 380 В в 110 В для конкретного оборудования.

V. Заключение

Выбор подходящего способа подключения трансформатора имеет решающее значение для безопасной и стабильной работы энергосистем. Правильные методы подключения позволяют снизить потери, повысить КПД, подавить гармоники и обеспечить качество электроэнергии. В практических приложениях подходящий метод подключения следует выбирать исходя из конкретных потребностей, используя преимущества каждого метода для обеспечения надежности и экономической эффективности энергосистемы.