будет нейтрального провода, то в намагничивающих токах не будет и третьей гармоники. Это значит, что магнитные потоки всех трех сердечников трансформатора не будут синусоидальными, т. е. в составе их появятся добавочные потоки третьего порядка. Эти добавочные потоки третьего порядка направлены в одну сторону (см. рис. 118), ибо компенсирующие их токи третьей гармоники при наличии нулевого провода направлены, как мы знаем, в одну сторону. Легко видеть из рис. 118, что добавочные потоки третьей гармоники вынуждены замыкаться через воздух. Вследствие этого они в рассматриваемом случае стержневого трансформатора будут слабы. Незначительно будет, следовательно, и искажение кривой фазных напряжений. В то время как у броневых трансформаторов оно может достигнуть 50*/о, У стержневых оно достигает только 57о- Наличие добавочного однофазного магнитного потока третьей гармоники влечет за собою смещение нейтрали электродвижущих сил (см. рис. 119). Это смещение, однако меньше, чем у группы однофазных трансформаторов, так как у последних потоки третьей

гармоники замыкаются в железной части сердечника и по величине превосходят потоки третьей гармоники стержневого трансформатора.

Добавочные потоки третьей гармоники у стержневого трансформатора будут ослаблены еще в большей мере, если одна из обмоток (первичная или вторичная) соединена треугольником. Как уже было выяснено, в рас-сматривтемом случае в обмотке, замкнутой треугольником, будут проходить токи третьей гармоники, которые необходимы для получения синусоидального магнитного потока.

Слабым реагированием потока стержневого трансформатора иа токи третьей гармоники можно воспользоваться для уменьшения искажения потока в броневых трансформаторах, а также при соединении трех отдельных трансформаторов, соединенных звездою. С этой целью заставляют броневой трансформатор работать параллельно со стержневым, причем соединяют между собою нейтрали первичных обмоток. В таких условиях под действием разности напряжений третьих гармоник обоих трансформаторов в их обмотках появится ток третьей гармоники, который будет ослаблять напряжение третьей гармоники броневого трансформатора и усиливать- стержневого, ибо этот ток в стержневом трансформаторе пойдет в направлении, обратном тому току, который должен был бы ослабить потоки третьей гармоники. Если положить, что третья гармоника напряжения составляет у броневого трансформатора 50Vo, а V стержневого-5*/о от основной гармоники, то цир-

кулирующий ток составит 100 = 81,8Vo того тока, котбрый

уничтожил бы третьи гармоники в обоих трансформаторах. Этот ток уменьшит искажение потока броневого трансформатора с 50Vo

Рис. 145.

до (50 - 50 0,818) = 9,17о, а искажение потока стержневого трансформатора увеличит с 57о до (5 + 5 0,818) = 9,lVo- Из этого примера ясно, как значительно стержневой трансформатор умеряет третьи гармоники фазных напряжений броневого трансформатора, работающего параллельно с ним.

Потоки третьей гармоники стержневого трансформатора, замыкаясь через воздух и конструктивные части, как то: болты, накладки, стенки бака и т. д., индуктируют токи Фуко, которые вызывают иногда заметный нагрев этих частей.

§ 72. Вопросы для самопроверки.

1. Как проявляет себя третья гармоника намагничивающего тока в трехфазной системе, состоящей из трех однофазных трансформаторов?

2. Как проявляет себя третья гармоника намагничивающего тока в трехфазном трансформаторе?

3. Что такое добавочный магнитный поток и чем он ослаб-ляе]-ся?

глава семнадцатая.

ОСОБЕННОСТИ СОЕДИНЕНИЙ ОБМОТОК ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ.

То или иное соединение первичных или вторичных обмоток трехфазного трансформатора диктуется производственными и экс-плоатационными требованиями, предъявляемыми к трансформатору. Эти требования сводятся в основном к следующим: 1) наименьшая стоимость трансформатора, 2) наименьший объем, 3) большая стойкость напряжения при несимметричной нагрузке.

Ниже рассматриваем некоторые возможные соединения трехфазных трансформаторов.

§ 73. Схема соединений обмоток.

А. Соединение звезда - звезда. Присоединении первичных и вторичных обмоток звездою ток в обмотках равен линейному току; напряжение же каждой фазы в УЗ раз меньше линейного напряжения. Последнее обстоятельство имеет следствием то, что изоляция обмоток может быть взята с учетом только лишь фазного напряжения, а число витков фазы может быть взято в 3 раз меньше, чем это требовалось бы при соединении треугольником. Таким образом трансформатор с соединением обмоток звезда - звезда является наиболее дешевым. В эксплоатационном же отношении трансформатор с соединением звезда-звезда имеет существенные недостатки. Одним из недостатков его является необеспеченность в отношении симметрии напряжений при несимметричной нагрузке. Если первичная обмотка имеет нейтральный провод, соединенный с генератором (рис. 146а), то нагрузка одной фазы

почти не вызывает нарушений симметрии трансформатора. В самом деле, в рассматриваемом случае токи идут только по обмоткам одною стержня, причем ампервитки вторичной обмотки целиком компенсируются ампервитками первичной обмотки, т. е. /зда^Ада,. Нарушения магнитного состояния трансформатора почти не получается. Если бы мы привели вто-Ф I ричную обмотку к первичной,

т. е. положили Wi = Wy, то токи в соответствующих фазах (на рис. 146а в фазах Ана) были бы равны между собою, т. е.

Д = 1\ = /j-. Наличие нейтраль-

Рис. 146.

НОГО провода со стороны первичной цепи несомненно удорожает систему, а потому такая система почти и не применяется.

Предположим теперь, что нейтральный провод со стодоны первичной цепи отброшен. В таком случае при загрузке одной фазы вторичной обмотки (на рис. 146Ь фазы а) во всех фазах первичной обмотки пойдут токи. В сопряженной фазе первич-2

ной обмотки, т. е. в фазе А ток будет равен - 1\, а в двух других 1

фазах по /V В указанных соотношениях между токами легко о

убедиться из рассмотрения рис. 147, на котором схематически изображен сердечник трансформатора с первичными катушками и одною вторичною катушкою на среднем стержне. Мы имеем, во-первых, что сумма ампервитков одного окна, т. е. действующих на рис. 147 по пунктирной линии t, должна быть равна нулю; во-вторых, в сопряженной первичной фазе ток вдвое больше тока в двух других первичных' фазах (по закону Кирхгофа), в-третьих, направление токов в несопряженных первичных фазах прямо противоположно направлению тока в сопряженной первичной фазе, ибо в первых двух

фазах токи идут от концов фаз к началам Вне, а в последней фазе от начала фазы А к концу. Вследствие этого направления токов в сечениях первичных фаз будут такими, какими они показаны на рнс. 147. Написав равенство ампервитков для одного окна

I ! I

Рис. 147.

где /д, - ток в Сопряженной Первичной фазе, Получаем, чтб

Из рассмотрения рис. 147 мы видим, что на всех сердечниках нет уравновешенности ампервитков. На крайних стержнях имеются ампервитки первичной обмотки, но нет ампервитков вторичной обмотки. На среднем стержне вторичные ампервитки преобладают над первичными. Если всмотреться в действия неуравновешенных ампервитков, то мы заметим, что во всех стержнях они действуют в одну сторону; а рис. 147 вниз. Это значит, что неуравновешенные ампервитки создадут добавочное магнитное поле, которое во всех стержнях будет направлено в одну сторону и будет замыкаться через воздух (см. рис. 118). Добавочное магнитное поле, меняясь с частотою тока, индуктирует во всех фазах первичной и вторичной обмоток электродвижущие силы одной фазы, которые в первичной обмотке вместе с электродвижущими силами, индуктируемыми главным магнитным потоком, уравновешивают первичное напряжение. Во i вторичной обмотке те же электродвижущие ft силы вместе с электродвижущими силами главного потока дают фазные электродвижущие силы.

Нетрудно показать, что фазные электродвижущие силы в этом случае получаются неравными. Пусть треугольник Л5Снарис. 148 представляет треугольник приложенного первичного напряжения, а e - электродвижу-щие силы добавочного магнитного потока. Если бы нулевая точка О треугольника p c. i48.

напряжений ABC не сдвинулась со своего

места, то фазные электродвижущие силы с первичной стороны должны были определяться векторами ОА, ОВ и ОС. Этими векторами определялись бы по величине и магнитные потоки в трех стержнях, так как электррдвижущие силы пропорциональны вызвавшим их потокам. Магнитные потоки в сердечнике трехфазного трансформатора соединены звездой, а потому к ним приложимо свойство давать в сумме в каждый момент времени нуль, т. е. Ф1 -[- 4- Фз = 0. Это значит, что векторы ОА, ОВ и ОС должны дать замкнутый равносторонний треугольник. Но последние векторы не могут дать замкнутого равностороннего треугольника. Такой треугольник мы получим, если сместим нейтральную точку О в точку О' на расстоянии А е. В этом случае векторы О'А', О'В', О'С уже дадут замкнутый равносторонний треугольник. Таким образом в результате добавочного потока нулевая точка обмотки смещается на величину добавочной электродвижущей силы. Последнее явление совершенно подобно тому, что имеет место при холостой работе трансформатора с несимметричною магнитною системою, когда смещение нулевой точки выражалось величиной QQ- фазного напряжения. Имея в виду, что полный ток нагрузки больше тока холостой работы раз в 20, то

при несимметричной нагрузке с полным током смещение нулевой 20 1

точки выразится оо = 5 фазного напряжения. Такое большое

смещение нулевой точки вызывает большое неравенство в фазных напряжениях, что, конечно, представляет большое неудобство с эксплоатационной точки зрения. В том случае, когда нейтраль первичной звезды не может быть соединена с нейтралью генератора, рассматриваемое соединение не рекомендуется брать при трансформировании тока отдельными однофазными трансформаторами или одним трехфазным трансформатором броневого типа, так как в фазных напряжениях получаются значительные третьи гармоники. Оно не рекомендуется даже и при передачах звезда - звезда на звезда - треугольник при условии заземления нейтралей высокого напряжения, ибо замыкающиеся в этом случае через землю токи третьей гармоники могут причинить большие расстройства в соседних телефонных и телеграфных линиях.

При трансформировании трехфазным трансформатором стержневого типа третьи гармоники, как мы видели и ранее, проявляются значительно слабее, а потому соединение звезда-звезда в данном случае будет допустимо. Группа звезда- звезда применяется при небольших распределительных сетях с мало нагруженным вторичным нулевым проводом. При высоких напряжениях эта группа применяется только при наличии третичной обмотки, соединенной треугольником. Эта последняя необходима для прохождения третьей гармоники намагничивающего тока; она же может дать ток для защитных приспособлений в случае короткого замыкания главной обмотки.

В. Звезда-зигзаг. Для того чтобы в соединении обмоток трансформаторов звезда-звезда избавиться в известной f> ере от добавочного магнитного потока при несимметричной нагрузке применяю*- соединение вторичных обмоток звезда-зигзаг. Если бы при таком соединении вторичных обмоток имелась во вторичной цепи односторонняя нагрузка, то, как видно из рис. 149, токи проходили бы во вторичной и первичной обмотках двух стержней, Ампервитки первичной обмотки обоих стержней компенсировали бы ампервитки вторичной обмотки тех же стержней и магнитное равновесие не нарушалось бы, т. е, не было бы добавочного однофазного магнитного потока. Следует отметить; что соединение вторичных обмоток зигзагом удорожает трансформатор, так как требует на 157о больше меди, чем соединение просто звездою,

С, Треугольник-треугольник. При соединении первичных и вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов или одного трехфазного трансформатора треугольником линейн напряжение равно фазному напряжению, а линейный ток в у/ 3 раз больше фазного тока, т, е. Ул=Уф и L= V 3 V Даким образом каждый

Рис. 149.

трансформатор должен быть намотан на полное линейное напряжение, но для тока, составляющего 58% от линейного. Так как обмотки находятся под полным линейным напряжением, а не под фазным, как у трансформатора с обмотками, соединенными звездою, то изоляция их должна быть относительно более совершенной. Вследствие этого стоимость трансформатора с обмотками треугольник - треугольник более высокая, чем аналогичного трансформатора с обмотками звезда-звезда.

Несимметричная нагрузка трансформатора с обмотками треугольник-треугольник не дает добавочных магнитных потоков, как у трансформатора с обмотками звезда-звезда. В самом деле, если бы нагрузка вторичной цепи была односторонняя, то токи проходили бы во всех фазах первичной и вторичной обмоток, как это указано на рис. 126. Вследствие этого ампервитки первичной и вторичной фаз одного и того же стержня уравновесятся, и однофазного и добавочного магнитного потока не будет.

Соединение треугольник - треугольник дает возможность не прерывать работы линии при порче одной из фаз, если трансформирование происходит помонтью трех однофазных или одного броневого трехфазного трансформатора. В этих случаях просто отключают пострадавший трансформатор или пострадавшую обмотку, не отключая двух других от линии. При трансформировании тока трехфазным броневым трансформатором обмотки пострадавшей фазы замыкают накоротко, предварительно отключив их от обмоток двух других фаз. Последнее необходимо для того, чтобы токи короткого замыкания в них уничтожили часть магнитного потока двух других фаз, замыкающихся через сердечник пострадавшей фазы, чтобы не было, следовательно, высокого напряжения в пострадавших обмотках. При трансформировании тока одним стержневым трехфазным трансформатором изолировать пострадавшую фазу нельзя, так как магнитная цепь у всех фаз общая.

С выходом фазы из работы система двух закрытых треугольников превращается в систему двух открытых треугольников, вследствие чего отдаваемая мощность должна быть понижена до 58*/о общей мощности трех трансформаторов (или одного трехфазного трансформатора).

D. Треугольник - звезда; звезда - треугольник. Первое соединение обмоток, треугольник-звезда, является обычным у повыси-тельных трансформаторов высокого напряжения и распределительных трансформаторов низкого напряжения при четырехпроводной системе; второе соединение обмоток, звезда-треугольник,-у понизительных трансформаторов подстанции.

Токи и напряжения обмоток, соединенных треугольником, находятся в тех же отношениях к линейному току и напряжению, как и у рассмотренного соединения. Ток в обмотках, соединенных звездою, равен линейному току, а напряжение обмоток в j/T раз

меньше линейного напряжения, т. е. 1ф = 1л и К^=- = 0,58К*.

Таким образом, если нейтраль звезды заземлена, то напряжение, действующее на изоляцию обмотки и линии, будет составлять всего

т

Рис. 150.

58Vo ОТ линейного напряжения; на это напряжение и нужно рассчитывать изоляцию линии. Если же нейтраль не заземлена, то изоляцию обмоток следует рассчитывать на полное напряжение, ибо при заземлении линии изоляция подвергается действию полного линейного напряжения. Необходимо заметить, что и при заземленной нейтрали изоляция может подвергнуться действию напряжения, большего, чем фазное, если заземление нейтрали осушествляется через сопротивление.

Трансформатор с обмотками, соединенными в треугольник - звезда или звезда - треугольник мало чувствителен к несимметричным нагрузкам. В самом деле, если бы при первичной обмотке, соединенной треугольником, и вторичной обмотке, соединенной звездою с нейтральным проводом, имелась односторонняя нагрузка, то токи проходили бы только через соединенные обмотки одного стержня (рис. 150). Это значит, что магнитное равновесие не было бы нарушено ни ра этом стержне, ни на двух других: добавочного потока не было бы. Если бы вторичная цепь не имела нейтрального провода, то при односторонней нагрузке токи проходили бы в двух соединенных фазах. И в этом случае на всех стержнях имелось бы магнитное равновесие, и добавочный магнитный поток отсутствовал бы. Вследствие этого не происходило бы смещения нейтральной точки и не было бы заметной асимметрии фазных напряжений.

Последнее обстоятельство служит причиною тому, что трансформаторы с обмотками треугольник - звезда особенно охотно применяют в распределительных сетях (например осветительных). Следует отметить, однако, что порча одного трансформатора или одной фазы трехфазного трансформатора выводит из действия группу треугольник- звезда, так как со стороны вторичной цепи нельзя

получить симметричной системы (рис. 151, верхняя группа). Группа звезда - треугольник при той же порче дает возможность работать с мощностью, составляющей 587о от нормальной мощности, при условии, что нейтраль звезды трансформатора будет соединена, например, путем заземления с нейтралью генератора (рис. 150, нижняя группа). Нетрудно видеть, что передача, в которой отправц'

Рис. 151,

тельный трансформатор включен треугольником - звеЗДоЮ с заземленной нейтралью, а приемный трансформатор звездой - треугольником также с заземленной нейтралью, может работать при порче одной фазы у приемного трансформатора. Группа - треугольник у высшего напряжения и звезда у низшего напряжения-применяется в больших распределительных трансформаторах с нагруженным полностью нулевым проводом. Группа - звезда у высшего напряжения и треугольник у низшего напряжения-применяется в главных трансформаторах больших силовых станций и подстанций, не служащих для распределения.

§ 74. Сопоставление схем соединений обмоток трансформаторов.

Из краткого рассмотрения особенностей соединения первичных и вторичных обмоток при трансформировании трехфазного тока ясно, что не все комбинации одинаково приемлемы при передаче энергии. Не входя в более подробное сравнение рассмотренных комбинаций соединений, можно ограничиться нижеследующей таблицей 10, в которой указаны места, занимаемые той или иной комбинацией передачи энергии в отношении стоимости, удобства эксплоатации и наименьшего напряжения. В этой таблице стоимость относится к трансформаторам одинаковой мощности и при одинаковом первичном напряжении. Само собою разумеется, стоимости относятся к какой-либо одной системе трансформирования: при помощи трех однофазных трансформаторов или одного трехфазного (стоимость одного трехфазного трансформатора всегда меньше трех однофазных трансформаторов той же общей мощности, ибо первый весит приблизительно на 167о меньше, нежели три однофазных; на столько же меньше у него и потери).

Под удобством эксплоатации подразумевается гибкость системы в отношении исключения из работы отдельных фазных обмоток при их порче без длительного перерыва в подаче тока в линию, причем подразумевается, что звезда - звезда заземлена и что генератор, соединенный звездою, также заземлен. Под наименьшим напряжением подразумевается то наименьшее напряжение, которое можно получить как в линии, так и во вторичной цепи без особых сложных переключений.

ТАБЛИЦА 10.

Из сравнения систем передачи следует, что наилучшею является система треугольник - звезда на звезда - треугольник. Эта система чаще других и встречается среди высоковольтных передач Америки.

Согласно общесоюзному стандарту ОСТ 4815 в СССР изготовляются трехфазные масляные транформаторы с естественным охлаждением, работающие как понижающие трансформаторы, с соединением обмоток звезда - звезда и звезда - треугольник.

Первое соединение, являющееся наиболее экономичным в отношении веса меди, рекомендуется для применения в четырехпро-водных распределительных сетях (осветительных), а второе соединение рекомендуется для применения в трехпроводных сетях.

В таблице .11, кроме схем (два первых столбца), указаны векторные диаграммы (3-й и 4-й столбцы), а также условные обозначения схем (последний столбец). В условных обозначениях первый значок относится к обмотке высшего напряжения, второй значок - к обмотке низшего напряжения, а число И или 12 указывает на угловое смещение векторов первичной и вторичной обмоток (одной и той же фазы), причем за единицу смещения принято 30°. Например у трансформатора ¥/¥ -12 угловое смещение между соответствующими векторами равно 12 30 = 360°, т. е. это смещение равно нулю (см. векторные диаграммы в третьем и четвертом столбцах).

ТАБЛИЦА II.

Схема соединения обмоток

Высшее напряжение

Низшее напряжение

Диаграмма векторов

Высшее напряжение

Низшее напряжение

Условное обозначение

Смотреть со стороны выводов обмотки высшего напряжения

Y/Yo-~l2

Смотреть со стороны выводов обмотки низшего напряжения

Y/Л - 11

§ 75. Вопросы для самопроверки

1. Каковы особенности трансформаторов, с соединением обмоток: а) звезда -звезда, Ь) звезда - зигзаг, с) треугольник- треугольник?

2. Каковы относительные преимущества указанных в п. 1 трансформаторов?

глава восемнадцатая ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРОВ.

§ 76. Параллельное включение однофазных трансформаторов.

Под параллельным включением трасформаторов подразумевается такое включение, при котором первичные обмотки их соединены с общими первичными распределительными шинами, а вторичные обмотки соединены с общими вторичными шинами. Трансформаторы, предназначенные для параллельной работы, должны удовлетворять ряду условий. Некоторые из этих условий необходимы для удовлетворительной холостой работы, другие необходимы для удовлет-верительной работы трансформаторов при нагрузке.

Условия, необходимые для холостой работы или для параллельного включения трансформаторов, следующие: 1) равенство вторичных напряжений при холостой работе и 2) нулевое смещение по фазе между вторичными напряжениями отдельных трансформаторов.

Рассмотрим сначала эти условия в применении к параллельному включению однофазных трансформаторов.

Предположим, что имеются два однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, навитыми в одну сторону, например по часовой стрелке (рис. 152). Если мы начала Л, и первичных обмоток соединим с одной первичной шиной N, а концы и Х^ - с другой первичной шиной Ж, то начала а, и вторичных обмоток были бы одинаковой полярности в любой момент времени, так как эти полярности совпадают с полярностями начал Л, и Л^ первичных обмоток, а эти начала соединены с одной и той же шиной,

т. е. имеют одну полярность. То же самое можно сказать и про концы Ху и вторичных обмоток: они будут иметь одинаковую полярность, но противоположную полярности начал а, и а^.

Соединим теперь однополярные концы вторичных обмоток х^ и металлически друг с другом. Если бы напряжения вторичных обмоток были одинаковы, то потенциалы начал вторичных обмоток а, и Ocj были бы также одноименны по знаку и одинаковы по величине, и векторы вторичных обмоток имели бы одинаковое направление (рис. 152Ь). Это значит, что в рассматриваемом случае между вторичными напряжениями смещения по фазе не будет; вследствие

Рис. 152.

Этого мы можем соединить между собою металлически начала й, и Пг. Так как напряжения в цепи, состоящей из вторичных обмоток, направлены друг против друга и они взаимно равны, то в обмотках никакого уравнительного тока не появится. Следовательно оба трансформатора действительно будут работать вхолостую. Но если бы напряжения вторичных обмоток не были равны между собою, например У^У^, то в цепи вторичных обмоток проходил бы уравнительный ток

У\-У\

где z\ и z\ - полные сопротивления вторичных обмоток.

Следовательно в этом случае трансформаторы не работали бы вхолостую. При значительной разнице вторичных напряжений вторичные обмотки могли бы пострадать от излишнего нагрева их уравнительным током.

Соединим теперь между собою конец л:, первой вторичной обмотки с началом второй вторичной обмотки. В таком случае свободные начало а, и конец будут иметь разноименные потенциалы, и если бы мы соединили их с вольтметром, то обнаружили бы на них удвоенное вторичное напряжение, т. е. 2V. В этом случае векторы вторичных напряжений имели бы взаимно противоположные направления (рис. 152с). Следовательно, смещение по фазе между вторичными напряжениями было бы в 180°. Соединять металлически между собою свободные начало ау и конец х^ нельзя, ибо в обмотках пройдет слишком большой уравнительный ток.

При наличии у трансформаторов заводских обозначений концов обмоток необходимо к первичным шинам подводить одноименные концы первичных обмоток и ко вторичным шинам подводить одноименные концы вторичных обмоток.

Чтобы исключить неприятные последствия ошибочных соединений, рекомендуется после соединения двух концов вторичной обмотки измерить вольтметром напряжение между двумя оставшимися свободными концами. Если это напряжение равно нулю, то свободные концы соединять друг с другом можно; если же оно вдвое больше нормального вторичного напряжения, то соединять концы между собою нельзя. Вместо вольтметра можно использовать лампочку накаливания; перекал лампочки сигнализирует о неправильном соединении концов вторичных обмоток.

Следует заметить, что пересоединение концов первичной обмотки у первичных шин влечет за собою изменение полярностей концов вторичной обмотки. Поэтому, если бы оказалось, что со стороны вторичной свободные концы не имеют одинаковой полярности, то можно, оставив соединение вторичных обмоток нетронутым, пересоединить концы первичной обмотки одного трансформатора. В таком случае свободные концы вторичных обмоток окажутся одной полярности.

§ 77. Параллельное включение трехфазных трансформаторов.

Трехфазные трансформаторы, предназначенные для параллельного включения, должны удовлетворять тем же условиям, что и однофазные, а именно: 1) вторичные линейные напряжения должны быть одинаковы, 2) между соответствующими фазными напряжениями угол смещения должен быть равен нулю. Оба условия сводятся к одному: металлически между собою можно соединять только те концы вторичных обмоток, которые имеют одинаковый потенциал по полярности и по величине в любой момент времени.

У трехфазных трансформаторов однопотенциальные концы вторичных обмоток находятся также по потенциальным диаграммам.

Если, например, первичные и -

вторичные обмотки намотаны в одном и том же направлении и к первичной сети подключены концы первичных обмоток АуВуСу и Аф; (рис. 153), причем другие концы связаны между собою в нейтраль, то потенциальные диаграммы для первичных обмоток изобразятся векторами 0Л„ ОВу, ОСу и ОА, ОВ, ОС. Так как потенциалы концов первичных обмоток задаются сетью, то диаграммы АфуСу и А^В^С^, очевидно, должны перекрывать друг друга.

Относительное положение и вид потенциальных диаграмм вторичных цепей зависит от порядка соединения отдельных обмоток. Если соединить между собою у первого трансформатора концы вторичных обмоток Ху,уу, г, и у второго трансформатора концы лга, 22, то получатся потенциальные диаграммы, изображенные на рис. 154. При построении потенциальных диаграмм вторичных соединений всегда нужно помнить, что векторы вторичных электродвижущих сил параллельны соответствующим векторам первичных электродвижущих сил, ибо первичная и вторичная обмотки, наложенные на один стержень, пронизываются одним и тем же агнит-ным потоком. Вращая вокруг точек О, и О, линии времени, легко видеть, что начала а^а^, byb, СуС^ имеют в один .и тот же момент времени соответственно одинаковый потенциал; смещение по фазе фазных вторичных напряжений V\ и V\ равно нулю. Поэтому концы а,а2, аф и c,c<j можно связать между собою металлически.

Ради наглядности на рис. 155 изображены волны первичных и вторичных напряжений для расматриваемого соединения первичных и вторичных обмоток двух рансформаторов I и II звездою.

Рис. 153.

Рис. 154а.

Рис. 154Ь.

Волны напряжений нанесены со сдвигом во времени на периода,

причем на рис. 155 расстояние между шинами /, 2, 3 взято равным расстоянию, соответствующему одной трети периода. Из рисунка видно, что волны вторичных напряжений, отходящих от од:

поименных зажимов вторичных обмоток, совпадают. Это значит, что в какой-либо момент времени t потенциалы одноименных концов одинаковы.

Соединим теперь между собою у первого трансформатора концы л: г„ а у второго трансформатора начала а^, Ь^, с.; тогда потенциальные диаграммы будут иметь вид рис. 154Ь, т. е. первая диаграмма останется без изменения - потенциалы концов первой вторичной обмотки будут совпадать с потенциалами сети, тогда как вторая диаграмма повернется на 180°, ибо на свободных концах какой-либо фазы второй вторичной обмотки потенциал будет, например, отрицательным в тот момент, когда иа свободном конце соответствующей фазы первой вторичной обмотки потенциал положительный. Вращая вокруг точек О, и О, линии времени, мы замечаем, что в данном случае нет такой пары зажимов, у которых потенциалы были бы равны в один и тот же момент времени. Следовательно осуществить параллельное соединение вторичных обмоток не представляется возможным. Это и понятно: линейные напряжения первой обмотки дают треугольник а, by с„ второй -треугольник лга Уг повернутый относительно первого на 180°.

Чтобы иметь возможность и в этом последнем случае осуществить параллельное соединение вторичных обмо-

то!<, необходимо пересоединить концы первичной обмотки какого-либо трансформатора, т. е. свободные концы соединить в нейтраль, а освободившиеся концы подвести к шинам. В этом случае потенциальная диаграмма первичной обмотки не изменится, так как потенциалы концов ее попрежнему будут задаваться шинами, но потенциальная диаграмма вторичной обмотки повернется на 180° и будет совпадать с потенциальною диаграммою другого трансформатора. В самом деле, при обмене концами первичной обмотки 176

Рис. 155.

Рис. 156.

ТОКИ в ней будут итти в противоположном направлении, и магнитные потоки будут пронизывать вторичную обмотку также в противоположном направлении, а это значит, что векторы электродвижущих сил ее повернутся на 180°.

Соединяя вторичные обмотки треугольником, мы можем получить потенциальные диаграммы рис. 156. Первые диаграммы получатся, когда у обеих вторичных обмоток будут соединены: начало первой фазы с концом второй, начало второй фазы с концом третьей и начало третьей фазы с концом первой. Вторые диаграммы получатся, когда у первой вторичной обмотки соединение останется прежним, а у второй будут соединены: начало первой фазы с концом третьей, начало третьей фазы с концом второй и начало второй фазы с концом первой. Нетрудно видеть, что только в первой комбинации имеются

зажимы с одинаковыми потенциалами в

Л{ один и тот же момент времени. Во вто-

рой комбинации таких зажимов не име-\ ется, и потому вторичные обмотки не мо-

гут быть соединены параллельно. J у , Но если концы первичной обмотки pr-xv А какого-либо трансформатора переключить, w т. е. свободные концы соединить в ней-

L i ! траль, а освободившиеся соединить с ши-

нами, то параллельное соединение вторичных обмоток будет уже возможно, так как с переключением первичной обмотки одного трансформатора потенциальная диаграмма вторичной его обмотки повернется на 180°. С помощью потенциальных диаграмм можно было бы показать, что параллельное соединение трехфазных трансформаторов с обмотками, соединенными звезда - звезда и звезда - треугольник, невозможно. В верхней части рис. 157 изображены потенциальные диаграммы вторичных напряжений обоих трансформаторов, а в нижней части того же рисунка изображены волны первичных напряжений. Из рисунка ясно видно, что потенциальные диаграммы вторичных напряжений не перекрывают друг друга, или волны вторичных напряжений, отходящие от одноименных вторичных зажимов, не совпадают друг с другом. Это значит, что в какой-либо момент времени t потенциалы одноименных концов неодинаковы.

Л

Рис. 157.

ТАБЛИЦА 12.

Обозначения групп соединений

Диаграммы векторов

Высшее напряжение

Низшее напряжение

1 Jt

Схема соединений

Высшее напряжение

Низшее напряжение

~В-Ъ--А-В-С-с-Ь-9-

в тех случаях, когда способ намотки обмоток неизвестен, однопотенциальные зажимы приходится отыскивать опытным путем. Соединяют между собою наугад какие-либо два зажима вторичных обмоток и вольтметром высокого напряжения отыскивают такие два зажима, между которыми напряжение равно нулю. При

неудаче соединяют два каких-либо зажима обмоток и снова ищут пару однопотенциальных зажимов. Если при всевозможных комбинациях не удается найти три пары однопотенциальных зажимов, то следует изменить соединение какой-либо вторичной или первичной обмотки на обратное, т. е. перевернуть на 180° потенциальную диаграмму соединения. Если и после этого не удастся отыскать однопотенциальные зажимы, то, очевидно, параллельно соединять данные трансформаторы вообще невозможно.

Чтобы облегчить установку трехфазных трансформаторов и получить большую гарантию в правильности соединения их, Правила и нормы для испытания трансформаторов , одобренные ix ВЭС, рекомендуют заводам совершенно определенным образом обозначать выведенные наружу концы первичных и вторичных обмоток и указывать, к какой установленной нормами группе относится трансформатор.

в таблице 12 приведены схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов, которые, в соответствии с нормами ix ВЭС, применялись в СССР до введения общесоюзного стандарта ОСТ 4815.

Как видно из таблицы, трансформаторы по способу соединения обмоток, разбиваются на четыре группы: 12, 6, 5 и И. У трансформаторов группы 12 первичные и вторичные напряжения совпадают по фазе; другими словами, угол смещения между векторами соответствующих первичных и вторичных напряжений равен нулю. Такое угловое смещение векторов напряжений соответствует угловому смещению стрелок часов в 12 часов дня. Отсюда и происходит условное обозначение первой группы числом 12. У трансформаторов группы б векторы соответствующих первичных и вторичных напряжений расходятся по фазе на угол 180°. Такое расхождение между векторами соответствует расхождению стрелок часов в б часов; отсюда происходит условное обозначение второй группы числом 6. У трансформаторов группы 5 векторы первичных и вторичных напряжений расходятся на угол 150°, что соответствует расхождению стрелок часов в 5 часов; отсюда происходит обозначение этой группы числом 5. Наконец, у трансформаторов группы 11 векторы первичных и вторичных напряжений расходятся на угол 330°, что соответствует расхождению стрелок часов в 11 часов; отсюда и происходит условное обозначение группы числом 11.

Соединение обмоток в звезду обозначается буквою Y, соединение обмоток в треугольник - буквою Д, соединение обмоток в зигзаг - буквою Z. Над чертой помещается буква, обозначающая соединение обмоток высшего напряжения, под чертою - соединение обмоток низшего напряжения. Буквенные обозначения в схемах соединений указаны в том порядке, в каком они представляются наблюдателю, стоящему перед трансформатором со стороны соответствующего напряжения.

Параллельно можно соединить трансформаторы одной группы простым соединением одноименных зажимов. Трансформаторы групп 12 и 6 могут быть соединены параллельно после соответствующих изменений внутренних соединений первичной или вто-

ричной обмотки, т. е. взаимным обменом начала и конца каждой фазы. Если, например, вторичная обмотка первого трансформатора группы б была соединена в порядке ay - bz-cx, то для того, чтобы потенциальный треугольник повернулся на 180°, необходимо соединить вторичную обмотку в порядке az-cy-bx.

Трансформаторы группы 5 могут быть параллельно соединены с трансформаторами группы И или после внутренних пересоединений, или же, при условии соединения зажимов трансформаторов с собирательными шинами, в порядке, указанном в таблице 13.

ТАБЛИЦА 13

Чтобы уяснить себе последние соединения, предположим, что требуется включить параллельно трансформатор группы 5 с трансформатором группы

*; Ъ)

в(г) в(г)

группа Of

у; т а) Ъ)

Рис. 158.

П. На рис. 158 изображены векторные диаграммы для трансформаторов 5а (группа Cj) и По (группа Д).

Согласно 3-й строке таблицы 13 у трансформатора группы II меняются местами зажимы С и Л: зажим С присоединяется к шине /, а зажим А - к шине 3. Вследствие этого векторные диаграммы первичной и вторичной обмоток повернутся около вертикали rs на 180° и представятся рис. 158а. Если теперь у вторичной обмотки зажим b соединить с шиною /, а зажим а соединить с шиною 2, то вторичные обмотки трансформаторов Па и 5а окажутся в параллельном соединении: потенциалы концов вторичных обмоток, присоединенных к одним и тем же шинам, будут одноименны.

§ 78. Параллельная работа трансформаторов под нагрузкою.

Трансформаторы, предназначенные для параллельной работы со стороны вторичных обмоток под нагрузкою, должны иметь,

кроме одинаковых вторичных напряжений при холостой работе, еще одинаковые падения напряжений при токах, пропорциональных их номинальным мощностям. Если, например, мощность одного трансформатора равна 1, а другого в пять раз больше, т. е. равняется 5, то падения напряжения должны быть одинаковы при токах: / - для первого трансформатора и 5 /-для второго. Только при этом условии внешняя нагрузка распределится между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям.

Для выполнения этого условия

у трансформаторов, предназначенных для параллельной работы, должны быть равны треугольники короткого замыкания при номинальном для каждого токе, или же должны быть равны напряжения короткого замыкания при номинальном для каждого токе.

Необходимость равенства напряжений короткого замыкания при номинальных токах трансформаторов выте!<ает из потенциальной диаграммы двух параллельно работающих трансформаторов, изображенной на рис. 159. Так как первичные обмотки трансформаторов между собою соединены металлически, точно так же соединены металлически и вторичные обмотки, то при любой нагрузке первичное напряжение V, является общим для первичных обмоток и вторичное напряжение является общим лля вторичных обмоток обоих трансформаторов. Но на потенциальной диаграмме векторы первичных и вторичных напряже1ий связаны общим вектором Уу, равным полному падению напряжения в трансформаторах. Это значит, что полные падения напряжения в трансформаторах должны быть одинаковы, т. е.

у ==1\ z;=i; z-

где i и Il-токи трансформаторов, а zk и г'-полные сопротивления короткого замыкания трансформаторов.

Из последнего равенства следует

т. е. общий ток нагрузки распределяется между трансформаторами так, что токи их будут находиться в обратном отношении полных сопротивлений короткого замыкания. Если это отношение суще-

ствует при номинальных для каждого из трансформаторов токах, т. е. существует соотношение

1\н

то и при любой нагрузке токи в трансформаторах будут находиться в таком же соотношении, как и при номинальной нагрузке. В этом случае один трансформатор не перегрузится за счет другого.

Равенство напряжений короткого замыкания при номинальных токах не является исчерпывающим условием для хорошей параллельной работы трансформаторов. С точки зрения наименьших потерь в трансформаторах желательно, чтобы были равны и треугольники коротких замыканий при номинальных токах. Только при этом условии общий ток нагрузки будет равен алгебраической (а не геометрической) сумме токов отдельных трансформаторов. В последнем нетрудно убедиться из потенциальной диаграммы рис. 159, на которой иллюстрирован случай неравенства треугольников короткого замыкания, аЬс - для одного трансформатора и abd - для другого трансформатора. Это неравенство треугольников короткого замыкания при номинальных токах имеет место в том случае, когда неравны друг другу в отдельности падения напряжения в активных сопротивлениях, т. е.

и в реактивных сопротивлениях

другими словами, когда отношение реактивного сопротивления к активному сопротивлению трансформаторов не равны друг другу, т. е.

Последнее неравенство равносильно неравенству углов сдвига токов короткого замыкания относительно напряжений короткого замыкания, т. е. так как Xi:Ri, = tg <. Итак,

если отношение сопротивлений у параллельно

работающих трансформаторов одно и то же, то их токи совпадут по фазе друг с другом и с общим током нагрузки.

В этом случае общий ток нагрузки будет равен алгебраической

сумме токов всех трансформаторов. Если отношение у парал-

лельно работающих трансформаторов неодинаково, то токи их сдвинуты на разные углы относительно напряжения, и общий ток нагрузки будет определяться геометрической суммой токов всех трансформаторов. При двух трансформаторах общий ток нагрузки

в этом случае может быть определен равенством получаемым из диаграммы рис. 159:

р=11Г-{-21[ /{cos (?;;-?;).

Зная напряжение короткого замыкания трансформатора и Vl при нормальных токах Г^ и /{ и углы сдвига токов короткого замыкания <р*. и <эй (величины, определяемые опытом короткого замыкания), можно найти отношение между полными

сопротивлениями трансформаторов, т. е. отношение а следо-

вательно, и отношение токов Это последнее отношение и вы-

ше написанное равенство дают возможность найти при заданном общем токе / распределение его между трансформаторами.

Если речь идет о трансформаторах одинаковой мощности, но разных фирм, а следовательно, с разными внутренними сопротивлениями, то для разрешения поставленной выше задачи достаточно знать только напряжения короткого замыкания при нормаль-

ных токах, так как отношение -77- равно отношению . , ибо

Z h V hH

ТОКИ короткого замыкания в этом случае равны между собою.

Необходимо заметить, что если у трансформаторов одинаковой мощности общие сопротивления равны, но общие активные и реактивные их сопротивления и соответственно не равны друг другу, то хотя в этом случае токи их равны (ибо /,: / , = z\: z\), мощности их не одинаковы, так как токи трансформаторов по фазе совпадать не будут.

Равенства треугольников короткого замыкания при номинальных токах от параллельно работающих трансформаторов требовать почти невозможно. Довольно трудно требовать и строгого равенства напряжений короткого замыкания при номинальных токах, в особенности от трансформаторов, резко отличающихся по мощности, и в частности разных заводов, ибо условия проектирования требуют неодинаковых напряжений короткого замыкания у трансформаторов с одним и тем же коэфициентом трансформации, но разных мощностей.

Поэтому считается достаточным, если напряжения короткого замыкания трансформаторов, предназначенных для параллельной работы, будут отличаться на dt IOV0 от их средних значений для трансформаторов того же типа. Желательно при этом, чтобы меньший трансформатор имел большее напряжение короткого замыкания во избежание его перегрузки.

В том случае, когда трансформаторы работают параллельно не от одних и тех же шин, а присоединены к разным, иногда довольно отдаленным точкам линии, ра.зница в величинах напряжений короткого замыкания может быть допущена и больше указанной выше. Если бы напряжения короткого замыкания трансформаторов, предназначенных для параллельной работы, отличались на большую указанной выше величину, то последовательно с трансформатором с меньшим напряжением короткого замыкания