Schémata a skupiny zapojení vinutí transformátoru

Převod třífázového napětí lze provést dvěma způsoby: pomocí jednoho třífázového transformátoru nebo pomocí skupiny tří jednofázových transformátorů.

Primární vinutí třífázového transformátoru je soustava tří vinutí napájených vodiči, které samostatně dodávají napětí každé ze tří fází nn, a sekundární vinutí je soustava tří vinutí spojených samostatnými vodiči, které odvádějí napětí z každé z nich. tři fáze NN.

Primární a sekundární vinutí třífázových transformátorů, jsou-li připojeny, mohou být zapojeny v různých vzorech: hvězda, trojúhelník nebo cik-cak. Typ připojení je obvykle uveden na typovém štítku transformátoru.

Schematické schéma třífázového transformátoru

Schémata zapojení vinutí třífázových transformátorů

Třífázový transformátor má dvě třífázová vinutí – vysoké napětí (VN) a nízké napětí (NN), z nichž každé obsahuje tři fázová vinutí nebo fáze.

Třífázový transformátor má tedy šest nezávislých fázových vinutí a 12 svorek s odpovídajícími svorkami a počáteční svorky fází vinutí vyššího napětí jsou označeny písmeny A, B, C, koncové svorky jsou X, Y, Z a pro podobné svorky fází nízkonapěťového vinutí se používají tato označení: a, b, c, x, y, z.

Každé z vinutí třífázového transformátoru – primární a sekundární – lze připojit třemi různými způsoby, a to:

• hvězda;
• trojúhelník;
• cikcak.

Ve většině případů jsou vinutí třífázových transformátorů zapojena buď do hvězdy nebo do trojúhelníku (obr. 1).

Volba schématu zapojení závisí na provozních podmínkách transformátoru. Například v sítích s napětím 35 kV a více je výhodnější připojit vinutí do hvězdy a uzemnit nulový bod, protože v tomto případě bude napětí vodičů přenosového vedení V 3krát menší než lineární, což vede ke snížení nákladů na izolaci.

Je výhodné budovat osvětlovací sítě na vysoké napětí, ale žárovky s vysokým jmenovitým napětím mají nízkou světelnou účinnost. Proto je vhodné je napájet ze sníženého napětí. V těchto případech je také výhodné zapojit vinutí transformátoru do hvězdy (Y) včetně výbojek pro fázové napětí.

Na druhou stranu z hlediska provozních podmínek samotného transformátoru je vhodné zařadit jedno jeho vinutí do trojúhelníku.

Poměr fázových transformací třífázového transformátoru se zjistí jako poměr fázových napětí naprázdno:

n f = U fvnkh / U fnnkh,

a lineární transformační poměr v závislosti na fázovém transformačním poměru a typu připojení fázových vinutí vysokého a nízkého napětí transformátoru podle vzorce:

n l = U lnx / U lnx.

Pokud jsou zapojení fázových vinutí provedena podle obvodů „hvězda-hvězda“ nebo „trojúhelník-trojúhelník“, pak jsou oba transformační poměry stejné, tzn. nf = nl.

Při připojení fází vinutí transformátoru podle obvodu „hvězda-trojúhelník“ – n l = n fV 3 a podle obvodu „trojúhelník-hvězda“ – n l = n f / V 3

Skupiny připojení vinutí transformátoru

Skupina zapojení vinutí transformátoru charakterizuje vzájemnou orientaci napětí primárního a sekundárního vinutí. Změna vzájemné orientace těchto napětí se provádí odpovídajícím přeznačením začátků a konců vinutí.

Standardní označení začátků a konců vinutí vysokého a nízkého napětí jsou na obr. 1. Obr.

Uvažujme nejprve vliv značení na fázi sekundárního napětí ve vztahu k primáru na příkladu jednofázového transformátoru (obr. 2 a).

Obě vinutí jsou umístěna na stejné tyči a mají stejný směr vinutí. Horní svorky budeme považovat za začátky a spodní svorky za konce vinutí. Potom budou EMF E1 a E2 ve fázi a v souladu s tím bude napětí sítě U1 a napětí zátěže U2 stejné (obr. 2 b). Pokud nyní akceptujeme obrácené značení svorek v sekundárním vinutí (obr. 2 c), pak ve vztahu k zátěži EMF E2 změní fázi o 180°. V důsledku toho se fáze napětí U2 změní o 180°.

U jednofázových transformátorů jsou tedy možné dvě skupiny zapojení, odpovídající úhlům posuvu 0 a 180°. V praxi se pro usnadnění označování skupin používá číselník hodin. Napětí primárního vinutí Ul je reprezentováno minutovou ručkou nastavenou konstantně na 1 a hodinová ručka zaujímá různé polohy v závislosti na úhlu posunu mezi U12 a U1. Posun o 2° odpovídá skupině 0 a posun o 0° odpovídá skupině 180 (obr. 6).

U třífázových transformátorů lze získat 12 různých skupin zapojení vinutí. Podívejme se na pár příkladů.

Vinutí transformátoru necháme zapojit podle obvodu Y/Y (obr. 4). Vinutí umístěná na jedné tyči budou umístěna pod sebou.

Spojujeme svorky A a a, abychom spojili potenciálová schémata. Polohu vektorů napětí primárního vinutí nastavíme trojúhelníkem ABC. Poloha vektorů napětí sekundárního vinutí bude záviset na označení svorek. Pro označení na Obr. 4a, EMF odpovídajících fází primárního a sekundárního vinutí se shoduje, proto se lineární a fázová napětí primárního a sekundárního vinutí budou shodovat (obr. 4, b). Obvod má skupinu Y/Y – O.

Změňme označení svorek sekundárního vinutí na opačné (obr. 5. a). Při zaznamenávání konců a začátků sekundárního vinutí se fáze EMF změní o 180°. Proto se číslo skupiny změní na 6. Tento obvod má skupinu Y/Y – b.

Na Obr. Obrázek 6 ukazuje schéma, ve kterém bylo ve srovnání se schématem na obrázku 4 provedeno kruhové přeznačení svorek sekundárního vinutí. V tomto případě se fáze odpovídajícího EMF sekundárního vinutí posunou o 120°, a proto se číslo skupiny změní na 4.

Schémata zapojení Y/Y umožňují získat sudá čísla skupin při zapojení vinutí podle obvodu hvězda-trojúhelník, čísla skupin jsou lichá. Jako příklad uvažujme schéma uvedené na obr. 7.

V tomto obvodu se fázové EMF sekundárního vinutí shoduje s lineárním, takže trojúhelník abc se otáčí o 30° proti směru hodinových ručiček vzhledem k trojúhelníku ABC. Ale protože úhel mezi lineárním napětím primárního a sekundárního vinutí se počítá ve směru hodinových ručiček, bude mít skupina číslo 11.

Z dvanácti možných skupin zapojení vinutí pro třífázové transformátory byly standardizovány dvě: „hvězda-hvězda“ – 0 a „hvězda-trojúhelník“ – 11. Zpravidla se používají v praxi.

Obvody hvězda-hvězda s nulovým bodem se používají především pro spotřebitelské transformátory s napětím 6 – 10/0,4 kV. Nulový bod umožňuje získat napětí 380/220 nebo 220/127 V, což je výhodné pro současné připojení třífázových i jednofázových elektrických přijímačů (elektromotorů a žárovek).

Obvody hvězda-trojúhelník se používají pro vysokonapěťové transformátory, spojující vinutí 35 kV do hvězdy a vinutí 6 nebo 10 kV do trojúhelníku. Obvod hvězda-neutrál se používá ve vysokonapěťových systémech pracujících s uzemněným neutrálem.

Skupiny připojení vinutí třífázových transformátorů:

Skupiny zapojení (velikost fázového posunu určená úhlem měřeným ve směru hodinových ručiček – od indikace vysokého napětí k indikaci fáze nízkého napětí) jsou důležité při zapojování transformátorů pro paralelní provoz, tzn. v podmínkách, kdy jsou primární vinutí transformátorů napájena ze společných sběrnic a sekundární vinutí také pracují na společných sběrnicích.

Při paralelním provozu třífázových transformátorů musí být napětí mezi stejnými svorkami sekundárního vinutí transformátoru navzájem ve fázi, proto musí být okamžité hodnoty odpovídajících upínacích napětí po celou dobu stejné. Jinak dojde ke zkratu. Více o tom naleznete zde: Paralelní provoz transformátorů

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře