Векторные диаграммы токов и напряжений при КЗ на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора (Лабораторная работа № 1)

Лабораторная работа № 1

Векторные диаграммы токов и напряжений при КЗ на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора со схемой  соединения обмоток Y/Y_н-0.

1. Цель работы: построение векторных диаграмм токов и напряжений при переходе через трехфазный трансформатор со схемой  соединения обмоток Y/Yн0 при различных видах КЗ.

2. Краткая теория

2.1. Общие положения

Изучение вопроса об изменении векторных диаграмм имеет большое значение на практике при определении токов КЗ в отдельных фазах и при проектировании и анализе работы устройств релейной защиты. Токи и напряжения при различных видах КЗ изменяются при переходе через трансформатор не только по абсолютной величине, но и по фазе в зависимости от группы соединения его обмоток.

 Группой соединения трансформатора считается сдвиг по фазе линейного (фазного) напряжения обмотки низкого напряжения (НН) по отношению к одноименному линейному (фазному)  напряжению обмотки высшего напряжения (ВН).  Группы соединения принято определять по циферблату часов, считая вектор напряжения ВН исходным и направленным на цифру 12. Цифра на циферблате, на которую укажет вектор напряжения обмотки НН и определяет группу соединения обмоток.

Группа соединения трансформатора определяется схемой соединения его обмоток и обозначается целым числом m в зависимости от сдвига по фазе между линейными первичным и вторичным напряжениями на одноименных зажимах трансформатора. Угол сдвига m · 30° соответствует m группе соединений. В зависимости от cхемы  соединения обмоток трансформатора (в звезду или треугольник),  возможно получение различных групп соединения.

В системах электроснабжения наибольшее распространение получили следующие схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов:

а) схема соединения обмоток трансформатора Y/Yн-0;

б) схема соединения обмоток трансформатора Y/D-11.

2.2. Векторные диаграммы при наличии трансформации.

При наличии в электрической цепи силовых трансформаторов необходимо ввести дополнительные условия, для того чтобы сопоставлять векторные диаграммы токов и напряжений на разных сторонах трансформатора. Положительные направления токов при этом следует задавать с учетом полярности обмоток трансформатора. В зависимости от направления намотки обмоток трансформатора взаимное направление токов в них изменяется. Для того чтобы определять направление токов в обмотках силового трансформатора  и сопоставлять их между собой, обмоткам трансформатора дают условные обозначения «начало»   и «конец».

В схеме, приведенной на  рис. 1.1,а между источником ЭДС и нагрузкой включим трансформатор. Обозначим начала обмоток ВН и НН силового трансформатора буквами А и а, концы — X и х. При этом следует иметь в виду, что начало одной из обмоток принимается произвольно, а второй  определяется на основании условных положительных направлении токов, заданных для обеих обмоток трансформатора.

Рис.1.1. Принцип работы трансформатора (а) и  определение условных положительных направлений токов и напряжений в обмотках трансформатора.    б –cxeмa цепи;  в – диаграмма токов и напряжений в обмотках трансформатора.

На рис. 1.1, б показаны положительные направления токов в обмотках силового трансформатора. В первичной обмотке положительным считается направление тока от начала к концу, а во вторичной — от конца к началу. При таких условно принятых положительных направлениях токов в обмотках трансформатора направление тока в нагрузке остается таким же, каким оно было бы при отсутствии трансформатора и непосредственном подключении нагрузки к генератору (рис. 1.1). При этом, поскольку магнитные потоки, создаваемые в магнитопроводе трансформатора обоими токами (первичным и вторичным), направлены встречно (рис. 1.1,а), для идеального трансформатора, пренебрегая током намагничивания, можно записать следующее равенство:

          или  через магнитодвижущие силы                (1.1)

где Ф₁ и Ф₂  –- магнитные потоки в магнитопроводе трансформатора,  I₁W1 и I_2wW₂– магнитодвижущие силы (МДС), создающие эти потоки, W1, W2 - число витков обмоток ВН и НН.

Из уравнения (1.1):                                                          (1.2)      Согласно равенству (1.2) векторы I₁  и I₂ имеют одинаковые знаки и, следовательно, будут совпадать по направлению (рис. 1.1, в). Таким образом, условно принятые положительные направления токов в обмотках трансформатора удобны тем, что векторы первичного и вторичного токов на векторной диаграмме совпадают по направлению (рис. 1.2,в). Для напряжений также удобно принять такие положительные направления, чтобы векторы первичного и вторичного напряжений на обмотках совпадали, как показано на рис. 1.1,в

 2.3. Токи и напряжения при переходе через трехфазный трансформатор со схемой соединения  обмоток Y/Yн-0 при трехфазном КЗ

Для трехфазного трансформатора Y/Yн-0  схема соединений и векторные