Háromfázisú transzformátorok kapcsolása

Az áramváltók a váltakozó áramú elektromos hálózat kulcsfontosságú elemei közé tartoznak . Ezek a gyakorlatban háromfázisúak. A transzformátorok tekercsei , függetlenül attól, hogy egy háromfázisú transzformátor esetén ugyanabban a tartályban vannak-e, vagy 3 egyfázisú transzformátor között vannak elosztva, különböző módon köthetők egymáshoz és a hálózat három fázisához. Ezeket a különböző kapcsolatokat csatolásnak nevezzük . A három lehetséges összekapcsolás: csillag, háromszög és cikk-cakk. A transzformátor tengelykapcsolója az elsődleges, a másodlagos vagy akár a harmadlagos oldalon lévő tengelykapcsoló kombinációját jelenti. A transzformátor kapcsolását a primer kapcsolásával kezdjük. Ha az elsődleges csillagban van, a másodlagos pedig a delta-ban, akkor ez csillag-delta-kapcsolatot eredményez. A tengelykapcsolók különböznek egymástól a feszültség és az áram tekintetében, amelyet a tekercseknek el kell viselniük, a semleges pont jelenléte vagy sem, valamint a nulla szekvencia impedancia . Ez utóbbi választható magasnak az aszimmetrikus rövidzárlat korlátozása érdekében, vagy alacsonynak az egészséges fázisok túlfeszültségének korlátozása érdekében aszimmetrikus hibák esetén. A nulla szekvencia-impedancia csökkentésére megoldást jelent egy harmadik, delta-ba kapcsolt tekercs hozzáadása, amely ráadásul szimmetrálja a rövidzárlati áramokat.

Leírás

Csillag kapcsolat

A csillagkapcsolatban a háromfázisú transzformátor minden fázistekercselése egy közös ponthoz (semleges ponthoz) csatlakozik, amelyet földelhet, vagy nem. A másik vég csatlakozik a megfelelő vonal terminálhoz. A tekercsek közötti feszültség a fázis-fázis feszültség elosztva . A tekercseken átfolyó áram a vonaláram. Y betű képviseli.

Háromszög kapcsolat

A delta csatlakozásnál a háromfázisú transzformátor fázistekercselésének összekapcsolását zárt áramkör elérése érdekében hajtják végre. A tekercsek közötti feszültség a fázis-fázis feszültség. A tekercseken átfolyó áram a vonaláram osztva . D vagy Δ betű képviseli. Nem lehet megalapozni.

Cikk-cakk kapcsolat

Két tekercselő szakaszból álló tekercsek összekapcsolása, az első szakasz csillaggal, a második pedig az első szakasz és a vezeték sorkapcsai között sorosan csatlakozik: a két szakasz úgy van elrendezve, hogy a második szakasz minden fázisa különböző transzformátoroszlopra van tekerve attól az első szakasztól, amelyhez kapcsolódik. Z betű képviseli. Egyesíti a csillag és a háromszög összekapcsolásának néhány előnyét. Így ugyanúgy földelhető, mint a csillagkapcsolat.

A delta kapcsolathoz hasonlóan a cikk-cakk kapcsolat is kiküszöböli a harmadrendű harmonikusokat, a csillagkapcsolathoz hasonlóan semleges pontot, ezért egy végtelen nulla szekvencia impedanciát kínál. Hiányosságai között viszonylag összetett az építése.

Csatolási szimbólum

A transzformátor primerje egy kapcsolás szerint van összekötve, csakúgy, mint a szekunder, a kettő kombinációja a transzformátor összekapcsolása. A kapcsolási szimbólum a tekercsek kapcsolási módjait és a relatív fáziseltolódásokat jelöli, betűk és óránkénti index (ek) kombinációjával kifejezve. A nagybetű a transzformátor nagyfeszültségét jelöli. A kisbetű a transzformátor alacsony feszültségét jelöli. Az „n” a semleges kimenetet jelenti a szekundernél (csillag vagy cikk-cakk kapcsolás). A kapcsolási index egészíti ki egy „időindex”, amely megadja, a 30 ° -os lépésekben , az idő fáziseltolás a 12 th viszont (mint egy órát) közötti az elsődleges és a másodlagos a transzformátor (például: 11 = 11 × 30 ° = 330 ° az óramutató járásával megegyező vagy 30 ° az óramutató járásával ellentétes irányban).

Például egy „Dyn11” kapcsolási index ezért meghatároz egy transzformátort, amely a következőket tartalmazza:

A leggyakrabban használt kapcsolók Németországban: YNy0, Yzn5, YNd5, YNd11, Dyn5.

Összehasonlító

A csillagkapcsolatnak a következő előnyei vannak:

A háromszög csatlakozásnak a következő előnyei vannak:

És a következő hátrányok:

A cikk-cakk kapcsolatnak a következő előnyei vannak:

Használ

A különféle tengelykapcsolók előnyei és hátrányai függnek felhasználásuktól.

Nulla szekvencia impedancia

Bevezetés

Fortescue átalakulás

A Fortescue transzformációt a kiegyensúlyozatlan háromfázisú elektromos rendszerek elemzésének egyszerűsítésére használják . A háromfázisú rendszert a következőkre bontja:

A háromfázisú rendszer (a, b és c) feszültségének és áramerősségének nulla szekvenciakomponensét a Fortescue mátrix segítségével számítják ki:

Amennyiben egy olyan komplex szám a modul 1 és argumentum  : . Tehát a kiegyensúlyozott rendszer érdekében:

A Fortescue transzformációt elsősorban a rövidzárlati áramok kiszámítására használják .

Rövidzárlat

Aszimmetrikus rövidzárlat esetén az áram értékének meghatározásához elengedhetetlen a rendszer nulla szekvenciájú impedanciájának ismerete. Egyfázisú hiba esetén tehát az áram egyenlő , ahol U n a hálózat névleges feszültsége, feszültségtényező a feszültség értékére elfogadott tűrések szerint, Z d a feszültség közvetlen impedanciája a rendszer, Z i, amely közvetett, és Z 0 a nulla szekvencia.

A mágneses tér forgásiránya, amely nincs hatással a transzformátor viselkedésére, közvetlen és közvetett impedanciájuk megegyezik: Z d = Z i .

Az elektromos transzformátor nulla szekvenciájú impedanciája csatolásától és mágneses áramkörétől függ. A magas nulla szekvencia impedancia lehetővé teszi a rövidzárlat áramának korlátozását, azonban ez aszimmetrikus hibák során túlfeszültséget okoz az egészséges fázisokban.

Két tekercselő transzformátor nulla szekvencia impedanciája

T-modell

A két tekercselésű transzformátor közvetlen impedanciája modellezhető egy T-modell segítségével, az ellentétes ábra szerint. a fő impedancia, más néven mágnesező impedancia. Az elsődlegeshez kapcsolt mennyiségeket I-vel , a másodlagoshoz II-t jelöljük . Egy másik széles körben elterjedt konvenció az 1 vagy a p elsődleges és egy s 2 másodlagos nagyságának jelölése. A két feltüntetett tekercs közötti rövidzárlat vagy szivárgás impedancia két részre oszlik az elsődleges és a másodlagos számára. Csökkentve elsődlegesre, ha a rövidzárlat impedanciáját százalékban jegyezzük kisbetűvel , akkor:

Hol van a primer tekercs névleges feszültsége és a transzformátor látszólagos ereje.

A fő impedancia több nagyságrenddel nagyobb, mint a rövidzárlat impedanciája.

Amint azt egy transzformátor esetében már jeleztük, Z d = Z i . Ez azt jelenti, hogy és . Általában Z d nem egyenlő Z 0-val . A két fő tekercs közötti nulla szekvenciájú rövidzárlat-impedancia azonban általában csak kismértékben tér el az előremenő impedanciától. Ez a különbség 10% és 20% közötti nagyságrendű, a tekercsek helyzetétől függően. Ha azonban további induktorokat csatlakoztatnak egy delta kapcsolatba, akkor annak nulla szekvencia impedanciája sokkal nagyobb lesz.

Feltárt kapcsolatok esete

A nulla szekvenciaáram nem léphet be és nem léphet ki egy delta kapcsolatban, valamint egy olyan csillag- és cikk-cakk kapcsolatban, amelynek semleges nincs földelve. Valójában a rendszerbe belépő áramnak el kell hagynia. A jelen lévő egyetlen három áram azonban a három fázisé. Tehát automatikusan megvan; . A nulla szekvencia impedancia a földeletlen transzformátor oldaláról nézve ebben az esetben végtelen. Az egyik ezt az esetet nyitott áramkörrel modellezi.

Nulla szekvenciaáramok indukálhatók delta összefüggésben. A delta tekercsen áthaladó fázis-fázis feszültség a zárt delta-kapcsolás miatt automatikusan nullával egyenlő összeget eredményez. A delta tekercs tehát rövidzárlatot jelent a nulla szekvencia komponens számára, ezért csak a rövidzárlat impedanciáit kell figyelembe venni a nulla szekvencia impedancia kiszámításakor. Ezután a tekercsekben forognak anélkül, hogy befolyásolnák a hálózatot. Az a nulla szekvencia fluxus, amelyet a magban indukál, kompenzálja a többi tekercsből származó áramot.

Fő nulla szekvencia impedancia

A transzformátor fő impedanciája, más néven mágnesezés, nagy a rövidzárlat impedanciájához képest. Közvetlen és közvetett rendszerekben a legtöbb esetben elhanyagolható az azon áthaladó mágnesezési áram. Nem ez a helyzet a homopoláris rendszerben, ahol például az YNy transzformátoroknál az áramok egyetlen lehetséges útját mutatja be. Két tekercses háromfázisú transzformátor esetén a fő nulla szekvencia impedancia a mágneses mag felépítésétől függ:

  • Tekercs nélküli oszlopokkal rendelkező mag esetén a homopoláris fluxus vonakodása alacsony: a fluxus a magban korlátozott marad. Valóban, ezekben az oszlopokban akadály nélkül keringhet. Csillag-csillag kapcsolások esetén ez a mágneses áramkör telítettségét eredményezi, mivel semmilyen tekercs nem kompenzálja a nulla szekvencia fluxust. Ez a nulla szekvencia fluxus magas nulla szekvencia feszültséget is indukál. Csillag-csillag kapcsolás esetén, ahol a nulla szekvenciaáramhoz nem adnak váltakozó utat (lásd az ellentétet), akkor a nulla szekvencia impedancia majdnem megegyezik a fő impedanciával . Ez sokkal nagyobb, mint a rövidzárlat impedanciája, az arány 10 és 100 között van.
  • Ha a magnak nincs letekercselt oszlopa, a hengerfejekben az áramlások összege nulla. Más szavakkal, a homopoláris fluxus nem keringhet a magban. Csak a transzformátor tartályán keresztül tud keringeni. A mágneses mag és a tartály közötti intervallum légrésként működik, a homopoláris fluxus vonakodása nagy, induktivitása ezért alacsony. Az előny a letekercselt oszlopokkal rendelkező maghoz képest az, hogy a mágneses áramkör nulla szekvenciájú áram jelenléte esetén nem telít. A transzformátor számára a névleges áram körülbelül 10% -ának megfelelő érték fogadható el. Nincs indukált nulla szekvenciájú feszültség sem. A hiba az, hogy a tartály falai örvényáram hatására felmelegednek . Ezek viszont fluxust indukálnak a magban. Összhangban Lenz-törvény , a teljes fluxus a magban csökken. Modellezés szempontjából a tartály által a nulla szekvenciájú fluxusok útját egy induktivitás képviseli, amely párhuzamosan helyezkedik el a transzformátor fő induktivitásával. Tudjuk kombinálni a két tekercsek helyett a fő impedancia által k kevesebb, mint egy. A letekercselő oszlop nélküli transzformátor nulla szekvencia-impedanciája ennél alacsonyabb, mint egy transzformátoré, amelyik van felszerelve. Csillag-csillag kapcsolás esetén, ahol a nulla szekvenciájú áramhoz nem adnak váltakozó utat, a frakció jellemzően 3 és 10 között van.
  • Az egyfázisú, bankhoz kapcsolt transzformátorok mindig letekercselt oszlopokkal rendelkeznek, hogy a fluxus áramolhasson. Ezért egyenértékűek a háromfázisú, letekercselt oszlopokkal rendelkező transzformátorokkal.
Nulla szekvencia impedancia modellezése különböző kapcsolásokhoz

A két tekercselésű transzformátorok nulla sorrendű impedanciája a tengelykapcsolástól függően az alábbiak szerint modellezhető:

Három tekercselő transzformátor nullpontos impedanciája

Ötlet

A transzformátorhoz hozzá lehet adni egy harmadik tekercset, amely delttel van összekötve, hogy elérje a nulla szekvenciaáram útját. YNyn transzformátor esetén a csatlakoztatott rendszer nulla szekvencia impedanciájának csökkentésére szolgál (csak aszimmetria esetén, például hiba esetén hasznos) és egyidejűleg a földfeszültség-tényezőt is. Cserébe aszimmetrikus hibák esetén a rövidzárlati áram nő. Ha ez a tekercselés nem kapcsolódik egyetlen fázishoz sem, akkor stabilizációs tekercselésről beszélünk. Használható azonban kisfeszültségű terhelések táplálására. Megjegyezzük , hogy a tengelykapcsoló szimbólumában „+ d” jelű stabilizációs tekercs van .

A stabilizációs tekercseket méretezni kell ahhoz, hogy ellenállhassanak a csatlakoztatott hálózatokban előforduló rövidzárlati áramoknak. A deltába integrált induktivitási tekercsek összekapcsolása (lásd: A nem földelt csatlakozások esete ) lehetővé teszi az indukált hibaáram elfogadható értékre való csökkentését. Hagyományosan a stabilizációs tekercs névleges teljesítményét a főtekercsek egyharmadával választják meg.

T-modell

A három tekercses transzformátor közvetlen impedanciája modellezhető egy T-modell segítségével, az ellentétes ábra szerint. Ami a két tekercselésű transzformátort illeti, a fő impedancia, más néven mágnesező impedancia. Már nincs egy, hanem három különálló rövidzárlat-impedancia: az elsődleges és a másodlagos , az elsődleges és a harmadlagos, valamint a másodlagos és a harmadlagos között . Kifejezhetõk a transzformátor impedanciájának százalékában. Levezetni az értékeit , és , tudjuk meg a következő egyenletrendszert:

.

Következtethetünk:

.

Valójában a harmadik tekercset figyelmen kívül hagyják a közvetlen és közvetett impedanciák kiszámításakor, az átfolyó áram gyenge. Másrészt a nulla szekvencia impedancia kiszámításakor figyelembe veszik.

Nulla szekvencia impedancia modellezése Yyd-kapcsoláshoz

Csillag-csillag összekapcsolás esetén az elsődleges földeléssel a stabilizációs tekercs nulla szekvenciaimpedanciája párhuzamos a transzformátor fő impedanciájával. Az első sokkal kisebb, mint a második, az egész nulla szekvenciaimpedanciája jelentősen csökken.

Összefoglaló táblázat

A Z 0 nulla szekvenciájú impedancia és a közvetlen Z d impedancia arányát a következő táblázat tartalmazza a különböző konfigurációkhoz:

Z 0 / Z d arány
Mágneses mag típus Csatolás
Yzn5 YNd vagy Dny YNy ÉNy + d
3 tekercses oszlop 0,1-0,15 0,7 - 1 3 - 10 1 - 2.4
3 feltekert oszloppal és 2 letekercselt oszloppal 0,1-0,15 1 10 - 100 1 - 2.4
3 egyfázisú transzformátor 0,1-0,15 1 10 - 100 1 - 2.4

3 th  harmonikus

Csatlakozások földelt teszi, hogy áram folyjon a 3 th  harmonikus (150  Hz ). Valójában a harmadrendű harmonikusok esetében a három fázisból származó áramok összege nem törli egymást: valójában nulla szekvenciaáramok. Az utóbbival kapcsolatos megjegyzések tehát a jelenlegi 3 e  harmonikusra vonatkoznak. Például nem léphet háromszög kapcsolatokba.

Lásd is

Bibliográfia

  • (de) Eckhard Spring , Elektrische Maschinen , Berlin, Heidelberg, New York, Springer,2006( ISBN  3-540-28241-6 )
  • (de) D. Oeding és BR Oswald , Elektrische Kraftwerke und Netze , Berlin, Springer,2004( online olvasható ) , p.  217–255
  • (en) James H. Harlow , elektromos transzformátor tervezés , CRC Press,2004, P.  128-160
  • Háromfázisú hálózatok elemzése zavart körülmények között szimmetrikus komponensek segítségével ,2005( online olvasás )
  • en) Karim Shaarbaf , Transformer modellezési útmutató , Teshmont,2014( online olvasás )
  • (de) BR Oswald , Vorlesung Elektrische Energieversorgung I, Skript Transformatoren , Hannoveri Egyetem,2005( online olvasás )

Hivatkozások

  1. Vektoros csoport angolul és Schaltgruppe németül
  2. IEC 60076-1, 3.10.1. Szakasz, 2011. évi változat
  3. IEC 60076-1, 3.10.2. Szakasz, 2011. évi változat
  4. IEC 60076-1, 3.10.4. Szakasz, 2011. évi változat
  5. (in) PP Khera , "cikk-  cakk transzformátorok alkalmazása a harmonikusok csökkentésére a kisfeszültségű elosztórendszer semleges vezetőjénél  " , IEEE Trans. az ipari alkalmazásokról ,1990. október( DOI  10.1109 / IAS.1990.152320 , online olvasás )
  6. Oeding , p.  217–255
  7. Oswald 2005 , p.  18.
  8. IEC 60076-8, 2.1.1. Pont, 1997. verzió
  9. IEC 60076-8, 2.1.2. Pont, 1997. verzió
  10. Harlow 2004 , p.  307
  11. IEC 60076-8, 2.1.3. Pont, 1997. verzió
  12. 2006. tavasz , p.  187
  13. Oswald 2005 , p.  40
  14. (de) Josef Kindersberger , Energieübertragungstechnik TU München,2010, P.  51
  15. Oeding 2004 , p.  223
  16. Háromfázisú hálózatok elemzése zavart körülmények között szimmetrikus komponensekkel , Schneider electric,2005( online olvasás )
  17. Kindersberger 2010 , p.  52
  18. Oswald 2005 , p.  26.
  19. IEC 60076-8, cl. 4.2 és 5.2, 1997-es verzió
  20. IEC 60076-8, cl. 4.2, 1997-es verzió
  21. IEC 60076-8, cl. 5.3, 1997. verzió
  22. IEC 60076-8, cl. 4.5, 1997-es verzió
  23. Kindersberger 2010 , p.  56
  24. Oswald 2005 , p.  27.
  25. Oswald 2005 , p.  31
  26. Shaarbaf 2014 , p.  50
  27. Kindersberger 2010 , p.  54.
  28. Harlow 2004 , p.  305
  29. Oswald 2005 , p.  56
  30. Shaarbaf 2014 , p.  51-53
  31. Oswald 2005 , p.  43
  32. IEC 60076-8, 4.7.2. Szakasz, 1997. verzió
  33. Kindersberger 2010 , p.  58
  34. IEC 60076-8, cl. 4.7.2, 1997-es verzió
  35. Oswald 2005 , p.  34
  36. IEC 60076-8, cl. 4.7, 1997-es verzió