симметрирующий трансформатор что это
Симметрирующие трансформаторы
Напряжение между каждой фазой трехфазной сети переменного тока и нулевым проводом, в идеальном случае, составляет 220 Вольт. Однако, при подключении к каждой из фаз питающей сети различных нагрузок, отличающихся по характеру и по величине, возникает иногда довольно значительный перекос фазных напряжений.
Для автономных трехфазных источников электроэнергии неравномерность загрузки фаз чревата разного рода механическими повреждениями. В результате – нарушение работы электроприемников, износ источников электроэнергии, повышенный расход масла, топлива и охлаждающей жидкости для генератора. В конечном итоге увеличиваются расходы как на электроэнергию в целом, так и на расходные материалы для генератора.
Для устранения перекоса фаз, выравнивания фазных напряжений, следует изначально рассчитать токи нагрузок для каждой из трех фаз. Однако не всегда удается это сделать заранее. В промышленных же масштабах потери вследствие перекоса фазных напряжений могут быть просто колоссальными, а экономический эффект, в определенной степени, разрушительным.
В трехфазный трансформатор, обмотки фаз как высшего, так и низшего напряжений которого соединены звездой, встраивается дополнительно симметрирующее устройство в виде дополнительной обмотки, которая опоясывает обмотки высокого напряжения. Эта дополнительная обмотка рассчитана так, чтобы выдерживать длительный ток номинальной нагрузки трансформатора, т.е. на номинальный ток одной фазы. Обмотка включается в разрыв нулевого провода трансформатора из следующего расчета.
При возникновении уравнительного тока в нулевом проводе, вследствие несимметричной нагрузки, потоки нулевой последовательности в магнитопроводе (рабочих обмоток трансформатора) будут полностью компенсированы направленными противоположно потоками нулевой последовательности симметрирующей обмотки. В конечном счете, перекос фазных напряжений целиком предотвращается.
Схема включения обмоток трехфазного трансформатора для симметрирования фаз показана на рисунке 1.
Рис. 1. Устройство симметрирующего трансформатора
1) Трехстержневой магнитопровод трехфазного трансформатора.
2) Обмотки высокого напряжения.
3) Обмотки низкого напряжения.
4) Обмотка из компенсационных витков.
5) Дистанционные клинья.
6) Конец компенсационной обмотки, подключаемой к нейтрали обмоток низкого напряжения.
7) Конец компенсационной обмотки, который выводится наружу.
Энергетические характеристики таких трансформаторов, потери холостого хода, короткого замыкания, и другие, от добавления симметрирующего устройства почти не меняются, зато значительно сокращаются потери электроэнергии в сети. При неравномерной нагрузке фаз, система фазных напряжений симметрируется так же, как и при соединении обмоток по схеме звезда-зигзаг.
Симметрирующий трансформатор ТСТ
Расчеты и эксперименты исследователей показали, что при правильном согласовании витков компенсационных и рабочих обмоток, напряжение на компенсационной обмотке трансформатора с симметрирующим устройством, при равном номинальному токе в нулевом проводе, достигает величины номинального фазного напряжения, уравновешивая на нейтрали обмоток низкого напряжения ЭДС нулевой последовательности, возникающей от рабочих обмоток, до нуля.
Такая конструкция сильно снижает сопротивление нулевой последовательности трехфазного силового трансформатора. Это дает значительное увеличение токов короткого замыкания на одной фазе, и является одним из главных достоинств симметрирующих трансформаторов, так как обеспечивает надежную и легкую настройку релейной защиты и ее надежную работу при КЗ.
Более того, разрушающее воздействие большого тока однофазного КЗ на обмотки такого симметрирующего трансформатора значительно меньше, чем от тока КЗ в отсутствие обмотки симметрирования, так как разрушительный мощный несимметричный поток нулевой последовательности теперь полностью компенсируется.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения.. Симметрирующие_трансформаторы. Реферат Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
Политехнический институт
Кафедра электротехнологии и электротехники
Реферат
« Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения. »
Выполнил: ст. гр. ЗФЭ19-05Б
1 Устройство симметрирующих трансформаторов и принцип работы 5
2 Назначение и схемы включения 9
Список используемой литературы 13
Введение
Напряжение между каждой фазой трехфазной сети переменного тока и нулевым проводом, в идеальном случае, составляет 220 Вольт. Однако, при подключении к каждой из фаз питающей сети различных нагрузок, отличающихся по характеру и по величине, возникает иногда довольно значительный перекос фазных напряжений.
Если бы соблюдалось равенство сопротивлений нагрузок, то и протекающие через них токи также были бы равны между собой. Их геометрическая сумма была бы обращена в нуль. Но в результате неравенства этих токов возникает уравнительный ток в нулевом проводе (происходит смещение нулевой точки) и появляется напряжение смещения.
Фазные напряжения меняются друг относительно друга, и получается перекос фаз. Следствием такого перекоса фаз становится увеличение потребления электроэнергии из сети и неправильная работа электроприемников, ведущая к сбоям, отказам, и преждевременному износу изоляции. Безопасность потребителя, в такой ситуации, ставится под угрозу.
Для автономных трехфазных источников электроэнергии неравномерность загрузки фаз чревата разного рода механическими повреждениями. В результате – нарушение работы электроприемников, износ источников электроэнергии, повышенный расход масла, топлива и охлаждающей жидкости для генератора. В конечном итоге увеличиваются расходы как на электроэнергию в целом, так и на расходные материалы для генератора.
Для устранения перекоса фаз, выравнивания фазных напряжений, следует изначально рассчитать токи нагрузок для каждой из трех фаз. Однако не всегда удается это сделать заранее. В промышленных же масштабах потери вследствие перекоса фазных напряжений могут быть просто колоссальными, а экономический эффект, в определенной степени, разрушительным.
Для устранения негативных тенденций следует применить симметрирование фаз. Для этой цели разработаны так называемые симметрирующие трансформаторы.
Актуальность использования симметрирующих трансформаторов присутствует всегда. От сюда и выбор рассматриваемой темы данной работы.
В настоящее время широкое распространение получило применение трехфазных стабилизаторов переменного напряжения, в которых для обеспечения заданного номинального фазного напряжения 220В, применяются три независимых однофазных стабилизатора напряжения.
Целью данной работы является раскрытие темы: «Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения».
1 Устройство симметрирующих трансформаторов и принцип работы
В идеале напряжение в трехфазной сети между каждой из фаз и нулевым проводником равно 220 В. Но, при подключении к фазам сети разных потребителей, которые различаются по величине и характеру, появляется перекос фаз. Если бы при подключении нагрузок обеспечивалось равенство сопротивлений потребителей, то и проходящие через них токи были бы одинаковыми. В результате того, что токи на фазах не равны, в нулевом проводнике появляется уравнительный ток и напряжение смещения.
Напряжения на фазах изменяются между собой, и возникает перекос фаз, следствием которого становится повышение расхода электрической энергии и неправильное функционирование потребителей, которое приводит к отказам, сбоям и быстрому износу изоляции.
Для трехфазных автономных источников энергии перекос фаз может привести к разным неисправностям механизмов. В результате может возрасти расход топлива и масла на приводном двигателе, а также жидкости для охлаждения генератора. Эти неисправности приводят к повышению расходов на электричество, расходные материалы.
Не всегда, получается, рассчитать токи потребителей на фазах, чтобы выровнять их напряжения. Поэтому для предотвращения отрицательных последствий используют симметрирующий трансформатор, который выравнивает напряжения на фазах.
Симметрирующий трансформатор монтируется в стационарном исполнении. Выводы к нагрузке и сети обычно размещены на нижней панели. Для намотки катушек трансформатора используют только медные провода. Обмотки имеют гальваническую развязку, то есть, не имеют между собой электрического соединения. На входе в устройство устанавливается электрический автомат, позволяющий обеспечить защиту трансформатора от короткого замыкания и чрезмерных нагрузок. Трансформатор имеет индикаторы присутствия напряжения на выходе.
Первичная и вторичная обмотки трехфазного трансформатора соединены по схеме звезды. В них включена вспомогательная симметрирующая обмотка, охватывающая первичную высоковольтную обмотку трансформатора. Эта обмотка спроектирована таким образом, чтобы она могла выдержать продолжительный ток нагрузки трансформатора при работе в номинальном режиме на одной фазе. Вспомогательная симметрирующая обмотка включена в разрыв нулевого проводника трансформатора.
При появлении уравнительного тока в нулевом проводнике вследствие несимметричной нагрузки, магнитные потоки обмоток в магнитопроводе компенсируются противоположными потоками вспомогательной обмотки. В итоге перекос напряжений на фазах полностью исчезает.
Схема подключения обмоток для выравнивания фаз изображена на рисунке 1.
Эксперименты и исследования ученых показали, что при соответствующем расчете числа витков рабочих и вспомогательной обмоток, напряжение на вспомогательной обмотке трансформатора при номинальном токе в нулевом проводнике становится равным фазному напряжению. При этом симметрирующая обмотка выравнивает электродвижущую силу до нулевой величины.
Симметрирующий трансформатор значительно уменьшает сопротивление нулевой последовательности трансформатора. Это позволяет значительно повысить ток короткого замыкания на фазе, что стало основным достоинством симметрирующих устройств, из-за легкой и надежной регулировки релейной защиты и ее работы при коротком замыкании.
Разрушающее действие повышенного тока короткого замыкания, возникшего на одной фазе, такого выравнивающего трансформатора намного ниже, в отличие от тока короткого замыкания при отсутствии компенсирующей обмотки, так как этот разрушительный несимметричный поток полностью компенсируется.
Если рассмотреть, как работает симметрирующий трансформатор при подключении несимметричной нагрузки на одну фазу, то видно, что максимальная нагрузка на фазу равна третьей части от трехфазной мощности источника энергии.
После включения мощной нагрузки на одну фазу возникает перекос фаз, поэтому возрастает вероятность выхода из строя подключенных к источнику потребителей нагрузки. Если мощность потребителей возрастет на треть от мощности источника, то трансформатор может выйти из строя.
На рисунке видно, что максимальная нагрузка на фазу может быть равной половине трехфазной мощности источника. Однако, источник будет воспринимать нагрузку, распределенную равномерно по всем фазам.
Применение симметрирующего трансформатора позволяет снизить мощность генератора, при этом к нему будут подключены такие же по мощности приемники, как и без дополнительной обмотки. Для источника электричества нагрузка будет распределенной по фазам равномерным образом.
2 Назначение и схемы включения
Радикальным средством снижения несимметрии токов в трехфазных ЛЭП при питании однофазных тяговых нагрузок является применение на подстанциях переменного тока специальных симметрирующих трансформаторов.
Симметрирующий прибор с 3-фазным трансформатором включает три обмотки. Вторая обмотка соединена с четвертой по последовательной схеме, а со второй на других магнитопроводах зигзагообразно. Общее количество витков 1-й и 3-й обмотки такое же, как во 2-й обмотке. Эффективное функционирование симметрирующего устройства создается с помощью уменьшения сопротивления протекающим токам нулевой последовательности. Это намного повышает надежность функционирования при возникновении аварии. Между нулевым выводом N2 и N1 в схему подключены тиристорные ключи (6,7), сопротивление (10) и стабилитроны (8,9) для подсоединения фазных нагрузок.
Эта схема состоит из: — магнитопровод 1, состоящий из трех стержней; — первичная трехфазная симметричная обмотка 2 с сетевым питанием; — вторичная обмотка 3, подключенная тремя лучами зигзага.
Особенностью такой схемы является отсутствие тока нулевой последовательности во время любых режимов. Симметрирующий трансформатор наиболее надежен и прост в устройстве.
Симметрирующие устройства могут снижать потери электроэнергии путем падения амплитуд колебаний, падения сопротивления, что увеличивает ресурс работы источников энергии в сетях, в которых возникли перекосы фаз. Такие устройства служат для увеличения надежности работы автономных бензиновых генераторов и различных потребителей энергии при перекосах фаз. Подобные устройства позволяют рационально использовать электростанции с небольшой мощностью.
Заключение
Трансформаторы симметрирующие трехфазные позволяют сократить потери энергии за счет снижения амплитуд гармоник, уменьшения сопротивления. Это увеличивает рабочий ресурс энергетических источников в сетях с перекосами фаз. Аппараты предназначены для повышения надежности автономных генераторов и потребителей, когда нагрузки несимметричны.
Трансформаторы дают возможность рационально применять электростанции с меньшей мощностью. Электрическим генераторам, производимым по синхронному типу, требуется равномерность нагрузки, при этом допускается лишь тридцати процентный перекос по фазам. В таком случае весьма полезным становится применение симметрирующего трансформатора.
Основная цель работы достигнута, тему «Симметрирующие трансформаторы. Принцип действия, назначение, схемы включения» раскрыли.
Симметрирующие трансформаторы
экспертное мнение
Сергей Сергеевич Кустов, заведующий лабораторией надежности электроснабжения ОАО «РОСЭП»:
В статье белорусских специалистов затрагивается проблема потерь электроэнергии – довольно болезненная для российской энергетики. Основные потери у нас приходятся на сети 0,4 кВ. Несмотря на довольно короткие фидеры, огромные потери здесь образуются за счет несимметрии, вызванной большим количеством однофазных потребителей.
Повсеместно работающие трансформаторы со схемой «звезда–звезда–ноль» имеют собственные достаточно ощутимые потери. Мало того, в случае несимметрии сети 0,4 кВ они создают еще большую дополнительную несимметрию. Установка трансформаторов со схемами «звезда–зигзаг–ноль» или «треугольник» решает эту проблему, однако такое оборудование существенно дороже, поэтому широко не применяется.
Значительно улучшить ситуацию при относительно небольших финансовых вложениях поможет использование симметрирующих устройств. Пример тому – Беларусь, в которой накоплен большой положительный опыт эксплуатации трансформаторов с этими устройствами.
В свое время в руководящих указаниях по проектированию (РУМ) наш институт рекомендовал российским энергетикам применять симметрирующие устройства, о которых пишут белорусские коллеги. К сожалению, ни эти устройства, ни подобные им до сих пор не находят массового спроса и не производятся в нашей стране. При этом их установку вполне можно наладить на любом предприятии, занимающемся ремонтом трансформаторного оборудования
Более того, не обязательно покупать в Беларуси готовые симметрирующие устройства, достаточно приобрести технологию и наладить в России их не слишком сложное производство.
Причина равнодушного отношения к столь важной задаче заключается, на мой взгляд, в том, что до последнего времени в России никому не было дела до потерь электроэнергии, реально за них никто не отвечал, поэтому и решением этого вопроса никто не занимался. Экономическая же выгода от применения симметрирующих устройств очевидна
Их внедрение в российских сетях 0,4 кВ может стать одним из первоочередных шагов на пути реального снижения потерь электроэнергии.
Трансформатор симметрирующий трёхфазный (ТСТ)
Симметрирующий трансформатор ТСТ — это устройство, которое уменьшает (устраняет) несимметрию напряжений (перекос фаз) в трёхфазных электрических сетях низкого напряжения (0,4 кВ), а также выравнивает токи нагрузки по фазам. Кроме того, ТСТ снижает несинусоидальность напряжения, увеличивает ток короткого замыкания, повышает пропускную способность линии и уменьшает в ней потери. ТСТ обеспечивает работу при наличии как трехфазной нагрузки с значительной несимметрией токов, так и при питании подключённых к разным фазам сети однофазных нагрузок разной мощности. 
Принцип действия ТСТ состоит в выравнивании фазных напряжений путём перераспределения мощности между фазами. При подключении нагрузки к одной из фаз происходит перераспределение мощности этой нагрузки: половина мощности отбирается от той фазы, к которой подключена нагрузка, а от двух других фаз отбирается по одной четвертой части мощности нагрузки. Это создает более равномерное распределение мощности между фазами, что уменьшает разницу между величинами фазных напряжений. Поскольку на практике нагрузки подключены ко всем трём фазам, эффект симметрирования возрастает. Важно отметить, что ТСТ формирует искусственный нулевой провод, который соединяется с нулевым проводом нагрузки.
Представленный ниже видеосюжет наглядно демонстрирует работу ТСТ на практике. Исходные данные – коттедж, подведённая к нему трёхфазная сеть, мощная однофазная нагрузка, создающая разницу фазных напряжений и ТСТ.
Если сравнивать ТСТ с трёхфазными стабилизаторами напряжения, то ТСТ обладает рядом достоинств. Главным достоинством является более высокая надёжность, поскольку ТСТ не содержит, в отличие от стабилизатора, подвижных элементов, электронных компонентов. ТСТ при прочих равных условиях обладают меньшими массогабаритными показателями, меньшей стоимостью.
Симметрирующий трансформатор имеет три вывода для соединения с фазными проводами питающей сети (1, 2, 3) и вывод так называемой искусственной нулевой точки (вывод 5). Существуют два варианта подключения вывода 5: 1) он может быть соединён с нейтралью нагрузки, при этом с нейтралью сети не соединён, и 2) он может быть соединён с нейтралью сети, к которой также подключена и нейтраль нагрузки.
Первый способ (способ 1, рисунок ниже) подключения используется в том случае, когда имеет место перекос фаз, вызванный смещением потенциала нейтрали, при этом линейные напряжения фаз остаются примерно одинаковыми (см. рис. 3 материала 11 в разделе «Информация» сайта ТЗТ). В этом случае применение ТСТ практически полностью симметрирует фазные напряжения, приложенные к нагрузке. Однако при этом напряжение питающей сети сохраняет свою несимметрию, а между нейтралью сети и нейтралью нагрузки имеется напряжение величиной от 5…10 В до 20…50 В (так называемое напряжение смещения нейтрали).
Второй способ (способ 2, рисунок ниже) применяется тогда, когда имеется как перекос фаз, так и неодинаковость линейных напряжений питающей сети, а также в том случае, если нейтраль нагрузки нельзя разъединить с нейтралью сети.
Мощность ТСТ должна быть не меньше мощности равномерной трехфазной нагрузки, а в случае неравномерной нагрузки — утроенной мощности самой нагруженной фазы. Эффект симметрирования тем больше, чем больше мощность применяемого ТСТ.
Изделия производятся в двух исполнениях: без корпуса (IP00) и в корпусе со степенью защиты от внешних воздействий IP22.
В приведенной ниже таблице приведены основные электрические и конструктивные параметры ТСТ для исполнения IP00.
Симметрирующий трансформатор- устраняем перекос фаз
Несимметрией токов и напряжений в электротехнике называется появление в 3-фазной сети неравномерности амплитуд фазных токов и углов меж ними. Такая несимметрия может возникнуть при неравномерной межфазной нагрузке.
Например, при соединении обмоток по типу звезда и четырёхпроводном питании, возможны такие последствия несимметрии, как:
Что происходит при перекосе фаз?
Данное явление получается из-за нагрузочной неравномерности фаз. Происходит увеличение токов и падение напряжения, компенсирующегося другими фазами. При этом на остальных фазах возрастает напряжение, что плохо влияет на потребителей.
Самым энергоэффективным способом исправления перекоса фаз считается использование симметрирующих устройств (СУ), которые способны убрать токи нулевой и обратной последовательности.
Они делятся на виды:
Последние аппараты представляют собой устройства с подсоединением в рассечку «нуля» трансформатора симметрирующего трехфазного (ТСТ) компенсационной обмотки. Этот способ самый эффективный, так как характеризуется высокими показателями симметрирования.
Симметрирующий трансформатор трехфазный
Симметрирующие трансформаторы – это устройства, устраняющие перекос фаз в 3-фазных электросетях.
Работа симметрирующего трансформатора заключается:
Электрическая схема приведена на рисунке,
где 1 – магнитопровод, 2, 3 – обмотки высокого, низкого напряжения, 4 – компенсационная обмотка, 5 – клинья.
Конструкция хорошо понижает сопротивление нулевой последовательности 3-фазного трансформатора. Благодаря ей значительно увеличиваются токи КЗ – одно из основных преимуществ симметрирующих трансформаторов, поскольку это облегчает настройку релейной защиты при КЗ. Помимо этого, нет такого сильно разрушающего воздействия тока ОКЗ, так как обеспечивается компенсация несимметричного потока нулевой последовательности.
Посмотрим, что будет, если подключить однофазную несимметричную нагрузку в 3-фазную четырехпроводную электросеть с применением ТСТ и без него.
На изображении видно, что наибольшая нагрузка одной фазы равна 1/3 от 3-фазной мощности энергоисточника.
В результате включения мощного 1-фазного потребителя получится перекос фаз. Повысится риск выхода из строя присоединённых к источнику питания потребителей. Если мощность приёмников повысится на 1/3 трехфазной мощности источника, то возможна поломка прибора.
На этом рисунке показано, что наибольшая нагрузка на одну фазу может равняться половине 3-фазной мощности источника энергии. Тем не менее, источник станет принимать нагрузку как равномерно распределенную пофазно.
Использование ТСТ даёт возможность уменьшить мощность генератора, подключив к нему те же электроприемники. Для энергетического источника нагрузка будет приниматься равномерно распределенной по фазам.
Целесообразность решения о включении в схему ТСТ зависит от каждого конкретного случая.
Конструкция и применение симметрирующего трансформатора
Основными составляющими трансформатора являются силовой агрегат, устройство кабельного «ввода-вывода» с защитными автоматами. Способ электромонтажа стационарный. Выводы к сети и нагрузке располагаются в нижней панели. Трансформаторные катушки исполнены с помощью медного провода. Первичная со вторичной обмоткой обладают гальванической развязкой. Вторичная обмотка выполняется по схеме «звезда».
На входе трансформатора монтируется автомат, который обеспечивает защиту от перегрузок и КЗ. Трансформатор обладает световой индикацией наличия выходного напряжения.
Применение
Трансформаторы ТСТ широко применяются в следующих сферах:
ТСТ размещаются между источником электроэнергии и электрическими потребителями.
Схемы симметрирующих трансформаторов
Рассмотрим для примера две схемы:
СУ с трехфазным трансформатором состоит из трёх обмоток. Обмотка «2» подключена с «4» последовательно, с обмоткой «2» на других стержнях – встречно зигзагообразно. Общее количество витков первой и третьей равно числу витков второй обмотки.
Эффективное применение СУ получается благодаря снижению сопротивления токам нулевой последовательности, что повышает надежность работы в аварийном режиме.
В схему между выводом «нуля» для подключения фазных нагрузок N2 и нулевым выводом N1 подключены последовательно тиристорный ключ (6 и 7), стабилитроны (8 и 9) и резистор 10.
Следующая схема включает в себя:
Особенность этой схемы заключается в неимении тока нулевой последовательности во всех обмотках при любых режимах. Такой трансформатор отличается простотой и надёжностью.
Заключение
ТСТ позволяют сократить потери энергии за счет снижения амплитуд гармоник, уменьшения сопротивления. Это увеличивает рабочий ресурс энергетических источников в сетях с перекосами фаз. Аппараты предназначены для повышения надежности автономных генераторов и потребителей, когда нагрузки несимметричны.
Трансформаторы дают возможность рационально применять электростанции с меньшей мощностью. Электрическим генераторам, производимым по синхронному типу, требуется равномерность нагрузки, при этом допускается лишь тридцати процентный перекос по фазам. В таком случае весьма полезным становится применение симметрирующего трансформатора.