UA44488A - Трансформатор розподільчої трифазної мережі - Google Patents

Abstract

Трансформатор розподільчої трифазної мережі містить тристрижневий магнітопровід, три первинні обмотки, які розміщені по одній на кожному стрижні та з'єднані між собою різнойменними виводами та приєднані до лінійних фаз живильної мережі, та шість вторинних обмоток, поділених між собою на три перші та три другі обмотки і розміщені по одній першій та по одній другій обмотці на кожному стрижні магнітопроводу. Кожна перша обмотка, яка розміщена на одному стрижні, з'єднана послідовно однойменними виводами з однією другою обмоткою, розміщеною на іншому стрижні магнітопроводу. Три послідовні з'єднання перших та других обмоток між собою з'єднані у трипроменеву зірку, промені якої приєднані до проводів лінійних фаз розподільчої мережі, а спільна точка зірки приєднана до проводу нульової фази розподільчої мережі. Перша та друга обмотки, розміщені на середньому стрижні, з'єднані між собою різноіменними виводами, принаймні в одному з'єднанні першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані початковими виводами і принаймні в одному з'єднанні першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані кінцевими виводами.

Description

Трансформатор відноситься до електротехніки і призначений для використання в низьковольтних розподільчих чотирипровідних мережах з нульовим проводом при наявності у мережах вищих гармонік струмів.

Відомий трансформатор, первинні обмотки якого з'єднані у зірку, а вторинні - у зірку з нулем |1). При різко несиметричних навантаженнях у цього трансформатора виникають додаткові втрати енергії, які у 6 разів більші основних втрат трансформатора.

Відомий трансформатор, первинні обмотки якого з'єднані у трикутник, а вторинні - у зірку з нулем (11.

При виникненні у мережі струмів гармонік, кратних трьом, у такого трансформатора виникають додаткові втрати енергії, які у З - 4 рази більші за основні втрати трансформатора.

Відомий трансформатор, первинні обмотки якого з'єднані у зірку, а вторинні - у зигзаг (11). При різко несиметричних та нелінійних навантаженнях у цього трансформатора виникають додаткові втрати, які у 1,5 рази більші основних втрат трансформатора; крім того, струми третіх гармонік у первинних обмотках викликають додаткові втрати енергії та додаткове нагрівання баку трансформатора.

Відомий трансформатор - прототип, первинні обмотки якого з'єднані у трикутник, а вторинні - у зигзаг

І(2І. Цей трансформатор містить: тристрижневий магнітопровід; три первинні обмотки, які розміщені по одній на кожному стрижні та з'єднані між собою різноїменними виводами, причому точки цих з'єднань підімкнені до лінійних фаз живильної мережі; шість вторинних обмоток, які поділені між собою на три перші та три другі обмотки і розміщені по одній першій та по одній другій обмотці на кожному стрижні магнітопроводу; кожна перша обмотка, яка розміщена на одному стрижні, з'єднана одноїменними виводами з однією другою обмоткою, розміщеною на іншому стрижні магнітопроводу; три послідовні з'єднання перших та других обмоток між собою сполучені у трипроменеву зірку, промені якої приєднані до проводів лінійних фаз розподільчої мережі, а спільна точка зірки приєднана до проводу нульової фази розподільчої мережі.

Недоліком трансформатору - прототипу є те, що катушка, розташована, що складається з трьох обмоток, розміщених на середньому стрижні магнітопроводу, додатково підігрівається теплом, яке виділяється від крайніх стрижнів та катушок, розташованих на цих крайніх стрижнях. Тому при номінальному режимі обмотки середнього стрижню нагріваються на 7 - 10 градусів Цельсію більше ніж обмотки, розташовані на крайніх стрижнях. З аналізу надійності роботи ізоляції відомо, що перегрів її на 10 градусів приводить до скорочення терміну служби трансформаторів на 30 - 5095. Скорочення терміну служби ізоляції пояснюється тим, що при перегріві ізоляції виникає прискорене старіння, висихання, кристалізація, розтріскування ізоляції та наступне її обсипанням. При умові незначної вібрації, яка завжди має місце у трансформаторах, між провідниками з пошкодженою ізоляцією може виникати коротке замикання. Ймовірність виникнення короткого замикання залежить від напруги між суміжними провідниками обмоток. Оскільки напруга між суміжними провідниками може досягати 220 - 240 і більше вольт, а площа дотику поверхонь вказаних провідників при тісному магнітному зв'язку може досягати 2 - 4 квадратних метрів, то надійність роботи трансформатора нижча за 0,999. Тому негативною вадою трансформатора - прототипу є його недостатня надійність, викликана сумісною дією перегріву та порівняно високої напруги на ізоляції між сусідніми провідниками у катушці, розміщеній на середньому стрижні магнітопроводу.

У зв'язку із вказаним недоліком трансформатора - прототипу була поставлена задача - знизити напругу між обмотками, розміщеними на середньому стрижні магнітопроводу, оскільки обмотки, розміщені на крайніх стрижнях магнітопроводу, мають краще масляне або повітряне охолодження і запас по температурі перегріву.

Поставлена задача розв'язана шляхом зміни принципової схеми з'єднання вторинних обмоток трансформатора, а саме тим, що у трансформаторі розподільчої трифазної мережі який містить тристрижневий магнітопровід, три первинні обмотки, які розміщені по одній на кожному стрижні та з'єднані між собою різноімменними виводами, причому точки цих з'єднань підімкнені до лінійних фаз живильної мережі, та шість вторинних обмоток, поділених між собою на три перші та три другі обмотки і розміщені по одній першій та по одній другій обмотці на кожному стрижні магнітопроводу, причому кожна перша обмотка, яка розміщена на одному стрижні, з'єднана одноіїменними виводами з однією другою обмоткою, розміщеною на іншому стрижні магнітопроводу, три послідовні з'єднання перших та других обмоток між собою з'єднані у трипроменеву зірку, промені якої приєднані до проводів лінійних фаз розподільчої мережі, а спільна точка зірки приєднана до проводу нульової фази розподільчої мережі, введені зміни у принципову схему з'єднань, саме: перша та друга обмотки, які розміщені на середньому стрижні, з'єднані між собою різноїменними виводами, принаймні в одному послідовному з'єднанні першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані початковими виводами, і принаймні в одному послідовному з'єднанні першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані кінцевими виводами.

У першому пріоритетному варіанті в одному послідовному з'єднанні першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані початковими виводами, а у двох інших послідовних з'єднаннях першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані кінцевими виводами.

У другому пріоритетному варіанті в одному послідовному з'єднанні першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані кінцевими виводами, а у двох інших послідовних з'єднаннях першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані початковими виводами.

Площа поперечного перерізу проводу виводу нульової фази від вторинних обмоток трансформатора до ізолятора принаймні в 1,5 - 2,5 рази більша площі поперечного перерізу кожного проводу виводів лінійних фаз трансформатора, приєднаних до розподільчої мережі.

Струмопровідна здатність стрижня ізолятора нульової фази трансформатора в 1,5 - 2,5 рази більша струмопровідної здатності стрижня ізолятора лінійних фаз трансформатора, приєднаних до розподільчої мережі.

Між первинними та вторинними обмотками розміщений екран, виконаний з струмопровідного матеріалу, неутворюючий короткозамкнений виток, ізольований від струмопровідних провідників первинних та вторинних обмоток та приєднаний до контуру заземлення трансформатора.

Вказана зміна принципової схеми з'єднань обмоток трансформатора зменшила напругу між провідниками першої та другої обмоток, розміщених на середньому стрижні магнітопроводу, з 220 вольт до 127 вольт, тобто на 43,395. Це підвищило надійність роботи ізоляції обмоток, розміщених на середньому стрижні. Збільшення напруги на 15,195 на ізоляції між першою та другою обмотками, розміщеними на одному з крайніх стрижнів, не привело до зниження надійності роботи ізоляції, оскільки ці обмотки мають краще холодження. Тому надійності роботи ізоляції обмоток, розміщених на середньому та крайніх стрижнях, стали приблизно однаковими, що підвищило надійність роботи трансформатора в цілому до 0,9999.

Для пояснення суті винаходу додаються фіг. 1 - фіг. 3.

На фіг. 1 показане топографічне (фазорне) зображення схеми з'єднання обмоток трансформатора по першому пріоритетному варіанту.

На фіг. 2 показане топографічне (фазорне) зображення схеми з'єднання обмоток трансформатора по другому пріоритетному варіанту.

На фіг. З подана принципова схема з'єднань обмоток трансформатора, виконаного за першим пріоритетним варіантом.

На фіг. 1 позначено: 1, 2, З - первинні обмотки; 4 - 9 - вторинні обмотки; 0 - спільна точка сполучення трьох послідовних з'єднань перших та других обмоток у трипроменеву зірку; відрізок 0 - 0 - вивід нульової фази трансформатора; є - точки, які розміщені біля виводу кожної обмотки і вказують на початковий вивід.

На фіг. 2 позначення співпадають з позначеннями фіг. 1.

На фіг. З позначено: А, В, С - лінійні фази живильної високовольтної мережі; а, в, с, 0 - лінійні та нульова фази розподільчої низьковольтної мережі; 10 - стрижні магнітопроводу трансформатора; 11 - екран між первинними та вторинними обмотками. Позначення обмоток на фіг. З співпадають з позначеннями обмоток на фіг. 1.

Склад трансформатора. Трансформатор складається із: магнітопроводу 10, обмоток 1 - 9 та екрану 11 фіг. 3).

Конструкція трансформатора. На кожному стрижні тристрижневого магнітопроводу 10 розміщені три обмотки. Одна з трьох обмоток є первинною. Первинні обмотки виконані високовольтними. Три первинні обмотки 1, 2 та З між собою з'єднані різномменними (початковий з кінцевим, або навпаки) виводами, приєднаними до лінійних фаз А, В, С живильної високовольтної мережі. Вторинні обмотки 4 - 9 розміщені по дві на кожному стрижні магнітопроводу. Обмотки 4 - 9 між собою поділені на три перші (4, 7, 8) та на три другі (5, 6, 9) обмотки фіг. 3). Перші та другі обмотки розміщені по одній першій та по одній другій обмотці на кожному стрижні магнітопроводу. На першому стрижні розміщена перша обмотка 4 та друга обмотка 9; на другому стрижні розміщена перша обмотка 7 та друга обмотка 6; на третьому стрижні розміщена перша обмотка 8 та друга обмотка 5. Поділ обмоток стрижню на першу та другу не залежить від порядку фізичного розміщення обмоток на стрижні, а обирається довільно. Так, на першому стрижні за першу може бути прийнята обмотка 9, а за другу - обмотка 4. У з'єднанні вторинних обмоток між собою є такі ознаки (фіг. 1 - фіг. 3): кожна перша обмотка, наприклад 4, яка розміщена на одному стрижні, з'єднана одноіїменними виводами з однією другою обмоткою, наприклад 5, розміщеною на іншому стрижні магнітопроводу, і разом утворюють послідовні з'єднання обмоток, наприклад обмоток 4 та 5; три послідовні з'єднання перших та других обмоток між собою (4 та 5, 7 та 9, 6 та 8) сполучені у трипроменеву зірку, промені якої приєднані до проводів лінійних фаз а, в та с розподільчої мережі, а спільна точка зірки приєднана до проводу нульової фази О розподільчої мережі; перша (7) та друга (6) обмотки, які розміщені на середньому стрижні, з'єднані між собою різноїменними виводами (фіг. 1, фіг. 2); принаймні в одному послідовному з'єднанні першої (7) та другої (9) обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані початковими виводами (фіг. 1, фіг. 2); принаймні в одному послідовному з'єднанні першої (4) та другої (5) обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані кінцевими виводами (фіг. 1, фіг. 2).

Типове скорочене позначення схем з'єднань первинних та вторинних обмоток даного трансформатора можна подати так: "Трикутник - лямбда з нулем", або " А - Х. з 0".

Робота трансформатора. При приєднанні трансформатора до високовольтної мережі на вхідні затискачі А, В та С подаються лінійні напруги. Серед вторинних обмоток перші обмотки між собою мають однакову кількість витків. Аналогічно, другі обмотки між собою також мають однакову кількість витків. За цих умов на виході трансформатора індуктується симетрична система фазних напруг, наприклад 220 вольт. Із топографічного зображення фіг. 1 видно, що при тісному магнітному зв'язку напруга між провідниками обмоток 6 та 7 дорівнює 127 вольт, замість 220 вольт у прототипі. Напруга між провідниками обмоток 5 та 8 дорівнює 220 вольт, а між провідниками обмоток 4 та 9 напруга становить 253 вольти, що на 1595 більше ніж у прототипу (фіг. 1). Але таке збільшення напруги має місце лише між провідниками обмоток,

розміщених на одному з крайніх стрижнів магнітопроводу, причому ізоляція між провідниками цих обмоток працює при меншій температурі ніж обмотки середнього стрижню.

Отже зниження напруги на ізоляції між провідниками обмоток, розміщених на середньому стрижні, підвищує надійність роботи трансформатора. Ймовірність пробою ізоляції обмоток скоротилась утричі, а термін служби трансформатора збільшиться приблизно удвічі.

Такий трансформатор доцільно застосовувати як силовий у розподільчих мережах 220 / 380 вольт при наявності у мережах вищих гармонік струмів, особливо кратних трьом (3-ої, 9-ої, 15-ої і т.і). Застосування таких трансформаторів зменшує втрати енергії у трансформаторі та мережі на 10 - 1595, запобігає перегріву трансформатора та виходу його з ладу, а також покращує якість електричної енергії, зокрема зменшує напруги та струми нульової послідовності основної та вищих гармонік.

Список посилань. 1. Електротехнический справочник. / Под. общ. ред. Грудинского П.Г. и др. - М.: "Енергия", 1975, 775 с. 2. МепКе МУ. МУ., Стой Р. В. Ромжег аінршіоп ігапвеіогтег ог поп-Іїпеаг Юаде. Патент США Ме 5416455,

НОТЕ 33/00, опубл. 16.03.1995.

А « в М 4 2 0, 5 пл ше

З В с 0 в

Фіг. 1

А . а 3 '

Й 4 0 ; и в|" о - 8

С 2 В г 0 в

Фіг. 2 г | Ї

А в (о. й 1 У 5 й | с І То 9 ни г / | З ще 5 с. 4 : : 9 є" в 8 1 еВ» - о

Болт пса :р---- шия няятя --4 й 10 а Ос о

Фіг. З

Claims (6)

1. Трансформатор розподільчої трифазної мережі, який містить тристрижневий магнітопровід, три первинні обмотки, які розміщені по одній на кожному стрижні та з'єднані між собою різноїменними виводами та приєднані до лінійних фаз живильної мережі, та шість вторинних обмоток, поділених між собою на три перші та три другі обмотки і розміщені по одній першій та по одній другій обмотці на кожному стрижні магнітопроводу, причому кожна перша обмотка, яка розміщена на одному стрижні, з'єднана послідовно одноїменними виводами з однією другою обмоткою, розміщеною на іншому стрижні магнітопроводу, три послідовні з'єднання перших та других обмоток між собою з'єднані у трипроменеву зірку, промені якої приєднані до проводів лінійних фаз розподільчої мережі, а спільна точка зірки приєднана до проводу нульової фази розподільчої мережі, який відрізняється тим, що перша та друга обмотки, розміщені на середньому стрижні, з'єднані між собою різноїменними виводами, принаймні в одному з'єднанні першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані початковими виводами і принаймні в одному з'єднанні першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані кінцевими виводами.

2. Трансформатор за п.1, який відрізняється тим, що в одному послідовному з'єднанні першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані початковими виводами, а у двох інших послідовних з'єднаннях першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях магнітопроводу, обмотки між собою з'єднані кінцевими виводами.

3. Трансформатор за п.1, який відрізняється тим, що в одному послідовному з'єднанні першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані кінцевими виводами, а у двох інших послідовних з'єднаннях першої та другої обмоток, розміщених на різних стрижнях, обмотки між собою з'єднані початковими виводами.

4. Трансформатор за пп. 1-3, який відрізняється тим, що площа поперечного перерізу проводу виводу нульової фази трансформатора принаймні в 1,5-2,5 рази більша площі поперечного перерізу проводу виводів лінійних фаз трансформатора, приєднаних до розподільчої мережі.

5. Трансформатор за пп.1-4, який відрізняється тим, що струмопровідна здатність стрижня ізолятора нульової фази трансформатора в 1,5-2,5 рази більша струмопровідної здатності стрижня ізолятора лінійних фаз, приєднаних до розподільчої мережі.

6. Трансформатор за пп. 1-5, який відрізняється тим, що між первинними та вторинними обмотками розміщений екран, виконаний із струмопровідного матеріалу, неутворюючий короткозамкнений виток, ізольований від струмопровідних провідників первинних та вторинних обмоток та приєднаний до контуру заземлення трансформатора.