Jaká jsou schémata zapojení vinutí transformátoru?

Například při objednávání transformátorů se schématem připojení vinutí Y/Yn neberou v úvahu, že v některých případech je použití takových transformátorů zcela neopodstatněné a někdy je prostě nepřijatelné.
V tomto ohledu nám návrháři Nižního Novgorodu Alevtina Ivanovna Fedorovskaya a Vladimir Semenovich Fishman připomínají vlastnosti různých obvodů pro připojení vinutí transformátorů.

SCHÉMA A VLASTNOSTI PŘIPOJENÍ VINUTÍ

• „hvězda-hvězda“ – Y/Yн;
• „hvězdný trojúhelník“ – Δ/Yн;
• „cik-cak hvězda“ – Y/Zн.

kde ty_л – lineární napětí;
R₁, R, X₁, X – aktivní a reaktance kladné a nulové sekvence (protože odpory kladné a záporné sekvence transformátoru jsou stejné, pak R₁ + R₂ = 2R₁; X₁ +X₂ = 2X₁).

Kladné sekvenční rezistory

Pozitivní (negativní) sekvenční odpor R₁ a X₁ transformátory s různými schématy připojení pro primární vinutí jsou určeny stejnými vzorci:

Odpory nulové sekvence

Na rozdíl od odporů R₁ a X₁, odpor nulové sekvence R, X transformátory s různými schématy zapojení vinutí se zásadně liší.

Představu o odporech transformátorů s nulovou složkou lze získat na základě diagramů měření těchto odporů uvedených v GOST 3484.1-88 [3] (obr. 1). Abychom byli spravedliví, je třeba poznamenat, že schéma na Obr. 1c není uvažován v GOST 3484.1-88 a je uveden dodatečně autory.
Odpor se měří mezi třemi fázovými svorkami nízkonapěťového vinutí spojenými dohromady a vyvedenou neutrální svorkou. V tomto případě je simulován tok nulové složky proudů ve vinutích transformátoru (na obr. 1 znázorněno šipkami).
Pokud je VN vinutí transformátoru zapojeno do trojúhelníku – Δ/Yн (obr. 1b), pak se pro proudy nulové složky takový transformátor ukáže jako zkratovaný, s odporem R a X transformátoru se rovnají kladnému sekvenčnímu odporu R₁ a X₁.
Při zapojení NN vinutí podle obvodu „hvězda-cik-cak“ – Y/Zn (obr. 1c) jsou magnetické toky vytvářené „polovinutími“ různých fází v každé tyči jádra transformátoru směrovány proti a kompenzovány navzájem. Magnetické toky nulové složky takového transformátoru prakticky chybí a odpory nulové složky jsou minimální, tzn. být menší než u schématu zapojení vinutí Δ/Yн.
Při zapojení vinutí hvězda-hvězda – Y/Yn (obr. 1a) se ocelovým pláštěm transformátoru, chladicími radiátory atd. uzavřou nekompenzované magnetické toky s nulovou složkou. Proto hodnoty odporu nulové složky takového transformátoru do značné míry závisí na jeho konstrukci a, jak je uvedeno v GOST 3484.1-88, mohou být o dva řády větší než při připojení vinutí podle obvodu Δ/Yn. .

VLIV SCHÉM PŘIPOJENÍ VINUTÍ NA KRÁTKÉ PROUDY

Zvažme vliv různých obvodů pro připojení vinutí TSN na hodnoty zkratových proudů na konkrétním příkladu. Na Obr. Obrázek 2 ukazuje schéma zapojení transformátoru 100 kVA, 6/0,4 kV (TSN), napájejícího pomocné spotřebiče rozvodny 110/35/6 kV. V rozvodně se střídavým provozním proudem jsou takové transformátory instalovány na venkovním rozvaděči a připojeny ke vstupu vzduchu přicházejícího z výkonového transformátoru do vstupní buňky vnitřního rozvaděče 6 kV. Jištění TSN včetně kabelu 0,4 kV do rozvaděče 0,4 kV je provedeno pojistkami 6 kV.
Zkratové proudy na konci zóny chráněné pojistkami – při vstupu 0,4 kV do rozvaděče pro různá schémata zapojení vinutí transformátoru jsou uvedeny v tabulce. 1.
Výpočet zkratových proudů se provádí v souladu s metodikou GOST 28249-93 [4]. Jak je z tabulky patrné, nejnižší hodnoty zkratových proudů pojistkami 6 kV jsou pro jednofázové poruchy (SFC) na straně 0,4 kV.

VÝBĚR POJISTKOVÉ VLOŽKY 6 kV

Pro výběr pojistkové vložky můžete použít metodu vyvinutou společností Schneider Electric [5].
Podle této metody je určující podmínkou při volbě jmenovitého proudu pojistkové vložky podmínka odladění od zapínacího proudu magnetizačního proudu výkonového transformátoru. Tato podmínka je vyjádřena vzorcem:

kde já_{projekt 0,1 XNUMX} – vypínací proud pojistkové vložky za 0,1 s podle časově-proudové charakteristiky;
I_n.tr – jmenovitý proud transformátoru;
K – koeficient charakterizující velikost náběhu magnetizačního proudu transformátoru.
Tedy pro transformátor 100 kVA, 6 kV podle zadané podmínky je jmenovitý proud pojistkové vložky roven I_n.pr = 25 A. Nutno podotknout, že tento výsledek se shoduje s doporučeními tuzemských zdrojů [6].

Výběr pojistky Fusarc Merlin Gerin 6 kV I_n.pr = 25 A. Maximální a minimální vypínací proud této pojistky je 63 kA, resp. 79 A (v tomto případě se ochrana 6 kV pojistkami typu PKT ukazuje jako necitlivá na zkratové proudy v daném místě ).
Nutno podotknout, že při výběru pojistek 6(10) kV často nedbají na jejich minimální vypínací proud, jak vyžadují normy. Podle článku 1.4.3 PUE se tedy „obvod považuje za chráněný pojistkou, pokud je jeho vypínací schopnost zvolena v souladu s požadavky těchto pravidel a je schopen vypnout nejmenší možný nouzový proud v daném obvod.“
Když pojistkou proteče zkratový proud pod minimálním proudem, vypne se, „elektrický oblouk vzniklý při vyhoření pojistkové vložky nezhasne a hoří dál, dokud nezasáhne vnější ochrana“ (citát z návodu [5] ).
Z tabulky 1 je vidět, že v tomto případě pouze se schématem zapojení vinutí transformátoru Y/Zn je pojistková ochrana poměrně spolehlivá, protože minimální zkratový proud – 102 A překračuje minimální vypínací proud pojistky 79 A.
U schématu zapojení vinutí Δ/Yн je minimální zkratový proud 78,8 A, o něco nižší než minimální vypínací proud pojistky, což neposkytuje potřebnou bezpečnostní rezervu ve výpočtech.
Při zapojení vinutí Y/Yn pojistka 6 kV zjevně není schopna vypnout jednofázový zkratový proud na straně 0,4 kV. Další nevýhodou obvodu Y/Yn je, že při jednofázovém zkratu na straně nn dochází ke zvýšení napětí v nepoškozených fázích. Velikost nárůstu napětí závisí jak na vzdálenosti místa zkratu od zdroje, tak na zatížení nepoškozených fází a může dosáhnout 1,5–1,6 U_ф. Pokud se zároveň prodlouží i doba odstávky OKZ, je zřejmé, že může dojít k poškození spotřebičů citlivých na přepětí (el. svítidla, televize, počítač a další elektronická zařízení).
Uvedené nevýhody transformátorů se zapojením vinutí Y/Yn se projevují i ​​v běžných provozních režimech s nerovnoměrným fázovým zatížením. V těchto případech napětí ve více zatížené fázi znatelně klesá a v méně zatížených fázích se zvyšuje, zejména při nízkém zatížení cosφ. V některých výjimečných případech může být vynuceno použití transformátorů se schématem zapojení vinutí Y/Yn. Pro správnou volbu ochrany v takových případech je nutné znát skutečný odpor nulové složky transformátorů. Tyto údaje by měly být vyžádány u výrobců nebo, je-li to možné, měly by být tyto odpory měřeny na místě instalace při plném dodržení metodiky měření v souladu s GOST 3484.1-88.

TRANSFORMÁTORY S PODKRIPTOVÝM NAPĚTÍM

Vše výše uvedené platí pro transformátory se zkratovým napětím v rozsahu uk = 4–6 %. V poslední době mají domácí podniky pro instalaci do rozváděčových článků speciálně vyvinuté výkonové transformátory s kapacitou 25–63 kVA se sníženými hodnotami u_к = 1,5–2,5 %. Nízký odpor takových transformátorů umožňuje, aby jejich ochrana pojistkami byla poměrně citlivá.
S poměrně velkou velikostí zkratových proudů se však objevuje další nedostatek, a to neselektivní provoz pojistek 6(10) kV s jističi 0,4 kV. Otázka přípustnosti takové nevýběrové práce musí být řešena v každém konkrétním případě samostatně.

OCHRANA V PŘÍTOMNOSTI VYPÍNAČŮ VYSOKÉHO NAPĚTÍ

Pokud jsou VN transformátory připojeny ke zdroji přes spínače (zpravidla se jedná o poměrně výkonné transformátory), pak lze pomocí mikroprocesorových reléových ochran zajistit požadovanou citlivost téměř ve všech případech.
V tomto případě pro zvýšení citlivosti, pokud je to nutné, byste měli dodatečně použít proudový transformátor nainstalovaný v nulové svorce NN vinutí transformátoru s přenosem signálu do ochranného obvodu relé.

Závěr

• Pro transformátory s nízkým výkonem (25 až 160 kVA) s rozsahem u_к = 4–6 %, jištěno pojistkami na straně VN, nejspolehlivější ochranu proti průchozímu zkratu poskytuje schéma zapojení vinutí Y/Zn. Schéma Δ/Yн poskytuje poněkud menší spolehlivost (v každém konkrétním případě je to objasněno výpočtem).
  Schéma zapojení vinutí Y/Yn by se nemělo používat při jištění transformátorů pojistkami.
• Výrobci výkonových transformátorů musí nutně uvádět údaje o odporu nulové složky transformátorů, zejména u schémat zapojení vinutí Y/Yn a Y/Zn. Použití výkonových transformátorů s ultra nízkými hodnotami uk zvyšuje citlivost jejich jištění pojistkami 6(10) kV, ale nezajišťuje selektivitu provozu pojistek s jističi na straně 0,4 kV.

REFERENCE

1. GOST 11677-85 „Výkonové transformátory. Všeobecné technické podmínky“.
2. Uljanov S.A. Zkraty v elektrických systémech. M.: Gosenergoizdat, 1952. 280 s.
3. GOST 3484.1-88 (ST SEV 1070-78) „Výkonové transformátory. Metody elektromagnetických zkoušek“.
4. GOST 28249-93 „Zkraty v elektrických instalacích. Metody výpočtu v elektrických instalacích střídavého proudu s napětím do 1 kV.“
5. Schneider Electric. Metodika výběru pojistek pro jištění transformátorů.
6. Sbírka směrnic pro provoz energetických soustav (elektrická část). 2. vyd. M.: Energoizdat, 1981. 632 s.