Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов (звезда, треугольник, зигзаг)

Определения:

• Трехфазный трансформатор - это трансформатор, в магнитной системе которого создается трехфазное магнитное поле.
• Двухобмоточный трансформатор - это трансформатор, имеющий две основные гальванически не связанные обмотки.
• Первичная обмотка трансформатора - это обмотка трансформатора, к которой подводится энергия преобразуемого переменного тока.
• Вторичная обмотка трансформатора - это обмотка, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока.
• Нейтраль обмотки - это общая точка обмоток фаз трехфазного трансформатора, соединяемых в "звезду" или "зигзаг".

Звезда, треугольник, зигзаг - cхемы соединения обмоток трансформаторов

Трехфазный двухобмоточный трансформатор имеет 2 трехфазные обмотки - высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, в каждую из которых входят по 3 фазы (фазные обмотки).

То есть, трехфазный трансформатор имеет 6 независимых фазных обмоток и 12 выводов с зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки ВН обозначают прописными буквами A, B, С; конечные выводы ВН - X, Y, Z, а выводы фаз обмотки НН обозначают маленькими буквами: a, b, c и x, y, z.

Условные буквенные обозначения различных обмоток трансформатора указывают в порядке уменьшения номинального напряжения.

Каждая первичная и вторичная фазная обмотка трехфазного двухобмоточного силового трансформатора может быть соединена 3-мя способами:

• "звезда" (У или Y - условное обозначение) или "звезда с нулем" (Ун или Yн или Yn или Y₀)
• "треугольник" (Д или Δ или D)
• "зигзаг" (Z) или "зигзаг с нулем" (Zн или Zn или Z₀)

В схемах соединений "звезда" (У) и "зигзаг" (Z) можно вывести общую точку (нейтраль), которая обозначается прибавлением буквы "н" к обозначению соединения обмоток - Ун, Zн. Если нейтраль обмоток, соединенных в «звезду» или «зигзаг», выведена на крышку бака силового трансформатора, то обозначение будет иметь вид Ун или Zн соответственно.

Наиболее распространенные схемы соединения обмоток масляных силовых трехфазных двухобмоточных трансформаторов серии ТМГ (МЭТЗ им. В.И. Козлова):

• У/Ун (Y/Yн) - звезда - звезда с нулём,
• Д/Ун (D/Yн или Δ/Yн) - треугольник - звезда с нулём
• У/Zн (Y/Zн) - звезда - зигзаг с нулём.

В зависимости от схемы соединения обмоток и порядка соединения их начал и концов получаются различные группы соединения обмоток силового масляного трансформатора.

Группы соединения обмоток трансформатора

Группа соединения обмоток трансформатора - это угловое смещение векторов линейных электродвижущих сил (ЭДС) обмотки низшего напряжения к векторам соответствующих электродвижущих сил обмотки высшего напряжения.

Буквенное обозначение схем соединения всех обмоток высшего и низшего напряжений должно включать в себя указание их группы соединения в часовой символике согласно ГОСТ 30830.

Обозначение групп соединения обмоток трансформатора в часовой символике

Группа соединения обмоток силового трехфазного двухобмоточного трансформатора определяется углом сдвига между векторами одноименных линейных ЭДС обмоток высшего (ВН) и низшего напряжений (НН).

Для обозначения группы (угла сдвига) векторы линейных ЭДС уподобляют стрелкам 12-ти часового циферблата стрелочных часов. Каждому часу соответствует сдвиг в 30°. Вектор линейной ЭДС обмотки BН совмещают с минутной стрелкой часов и устанавливают постоянно неподвижной напротив цифры 12 (0). Вектор линейной ЭДС обмотки НН, совмещают с часовой стрелкой, и устанавливают напротив той цифры часового циферблата, которая определяет номер группы соединения обмоток, причем угол между стрелками равен углу сдвига между векторами одноименных линейных ЭДС.

Цифровые обозначения 12-и групп соединения обмоток силовых трансформаторов, начиная от 0-й (12 часов), соответствуют 12-и положениям часовой стрелки на циферблате с шагом в 30°: 

Для определения сдвига (в градусах) для каждой группы нужно номер группы умножить на 30°. Группа 0 даст нулевой сдвиг, группа 1 – 30°, группа 2 – 60° и т. д.

Возможно получение 12-и групп соединения обмоток трехфазных трансформаторов: 0-я, 1-я, 2-я, 3-я, 4-я, 5-я, 6-я, 7-я, 8-я, 9-я, 10-я и 11-я группы.

Этим группам соответствуют углы сдвига с шагом в 30° между векторами одноименных линейных ЭДС обмоток ВН и НН: 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°, 180°, 210°, 240°, 270°, 300° и 330°.

Для силовых масляных трехфазных двухобмоточных трансформаторов используются только две группы соединения обмоток:

• 0-я группа - угол сдвига между напряжениями ВН и НН равен 0° (12 часов - 0 часов)
• 11-я группа - угол сдвига между напряжениями ВН и НН равен 330° (11 часов)

Пример условного обозначения схемы и группы соединения обмоток трансформаторов в часовой символике

На рисунке применена следующая система обозначений:

На электрических схемах соединения и "часовых" диаграммах показаны:

• сверху - обмотки высшего напряжения (ВН), обозначенные большими буквами A, B, C
• внизу - обмотки низшего напряжения (НН), обозначенные маленькими буквами a, b, c

Диаграмма векторов напряжений обмотки высшего напряжения ориентирована таким образом, чтобы вектор фазы "A" совпадал с 12-ю часами (или ноль часов). Вектор обмотки низшего напряжения фазы "a" ориентирован в соответствии с указанной схемой соединения.

Вращение векторов напряжений на диаграмме направлено против часовой стрелки с последовательностью фаз: A - B - C.

Пример условного обозначения схемы и группы соединения обмоток силового масляного трансформатора ТМГ 1000 кВА / 10 кВ / 0,4 кВ  Д/Ун-11: трансформатор напряжением 1000 кВА с обмоткой ВН на напряжение 10 кВ, соединенной в «треугольник» - Д, и обмоткой НН на напряжение 0,4 кВ, соединенной в «звезду с выведенной нейтралью» - Ун; сдвиг вектора напряжения обмотки НН относительно обмотки ВН составляет 330°, что соответствует 11-и часам на часовом циферблате, т.е. относится к 11-й группе соединения обмоток.

Схемы и группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов по ГОСТ 11677 и ГОСТ Р 52719

ГОСТ 11677 (п. 2.7, таблица 3) и ГОСТ Р 52719 (Приложение Б, пункт Б1, таблица Б.1) предусматривают изготовление трехфазных двухобмоточных трансформаторов имеющих следующие 7 схем и 2 группы соединения обмоток: У/Ун-0, Ун/У-0, У/Д-11, Ун/Д-11, У/Zн-11, Д/Ун-11, Д/Д-0. При этом первым обозначено соединение обмотки ВН, вторым – соединение обмотки НН, а цифрами 0 и 11 - номер группы соединения. 

На практике применяются обычно следующие схемы и группы соединения обмоток масляных силовых трехфазных двухобмоточных трансформаторов:

• У/Ун-0 (Y/Yн-0) - звезда - звезда с нулём, группа 0;
• Д/Ун-11 (D/Yн-11 или Δ/Yн-11) - треугольник - звезда с нулём, группа 11;
• У/Zн-11 (Y/Zн-11) - звезда - зигзаг с нулём, группа 11.

В схемах соединений "звезда" и "зигзаг" можно вывести нейтральную точку (Ун, Zн). В зависимости от схемы соединения обмоток и порядка соединения их начал и концов (направление намотки обмоток предполагается одинаковым) получаются различные группы соединения обмоток.

Обмотка каждой фазы силового трансформатора имеет начало и конец. На рисунке обозначены:

• начала обмоток ВН заглавными (большиими) латинскими буквами A, B, C, а концы ВН – X, Y, Z.
• начала обмоток НН строчными латинскими буквами a, b, c, а концы НН - x, y, z.

Расшифровка схемы и группы соединения обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора ТМГ

Для трехфазных двухобмоточных трансформаторов в соответствии с ГОСТ 11677-85 приняты следующие условные обозначения схем и груп соединения обмоток:

• У/Ун-0 (Y/Yн-0 или Yyn0 - альтернативные российское и международное обозначения): "звезда - звезда с нулём" - обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН – в звезду c выведенной нейтралью; группа 0;
• Ун/У-0 (Yн/Y-0 или Yny0): "звезда с нулём - звезда" - обмотка ВН соединена в звезду c выведенной нейтралью, обмотка НН – в звезду; группа 0;
• У/Д-11 (Y/D-11 или Yd11): "звезда - треугольник" - обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН – в треугольник; группа 11;
• Ун/Д-11 (Yн/D-11 или Ynd11): "звезда с нулем - треугольник" - обмотка ВН соединена в звезду с выведеной нейтралью, обмотка НН – в треугольник; группа 11;
• У/Zн-11 (Y/Zн-11 или Yzn11): "звезда - зигзаг с нулем" - обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН - в зигзаг с выведенной нейтралью; группа 11;
• Д/Ун-11 (D/Yн-11 или Dyn11): "треугольник - звезда с нулём" - обмотка ВН соединена в треугольник, обмотка НН – в звезду с выведеной нейралью; группа 11;
• Д/Д-0 (D/D-0 или Dd0): "треугольник - треугольник" - обмотка ВН соединена в треугольник, обмотка НН – в треугольник; группа 0.

Цифры 0 и 11 в условных обозначениях схемы и группы соединения обмоток трансформаторов обозначают группу соединения, а вывод нуля (нейтрали) обозначается маленькой буквой "н" рядом с обозначением схемы соединения - Ун (звезда с выведенным нулём), Zн (зигзаг с выделенным нулем).