Transformatory równoważące
Napięcie między każdą fazą trójfazowej sieci prądu przemiennego a przewodem neutralnym wynosi idealnie 220 woltów. Jednak w przypadku podłączenia do każdej z faz sieci elektroenergetycznej różnych obciążeń, różniących się charakterem i wielkością, dochodzi czasem do dość znacznej nierównowagi napięć fazowych.
Gdyby rezystancje obciążenia były równe, przepływające przez nie prądy również byłyby sobie równe. Ich suma geometryczna wynosiłaby zero. Ale w wyniku nierówności tych prądów w przewodzie neutralnym powstaje prąd wyrównawczy (przesunięcie punktu zerowego) i pojawia się odchylenie napięcia.
Napięcia fazowe zmieniają się względem siebie i stwierdza się asymetrię faz... Konsekwencją takiej asymetrii faz jest wzrost poboru energii elektrycznej z sieci oraz nieprawidłowa praca odbiorników elektrycznych, co prowadzi do awarii, uszkodzeń i przedwczesnego zużycia izolacja. W takiej sytuacji bezpieczeństwo użytkowników jest zagrożone.
W przypadku autonomicznych trójfazowych źródeł zasilania nierównomierne obciążenie faz jest obarczone wszelkiego rodzaju uszkodzeniami mechanicznymi. W rezultacie dochodzi do awarii odbiorników elektrycznych, pogorszenia jakości źródeł zasilania, zwiększonego zużycia oleju, paliwa i płynu chłodzącego do generatora. Ostatecznie koszty zarówno energii elektrycznej w ogóle, jak i materiałów eksploatacyjnych do generatora rosną.
Aby wyeliminować asymetrię faz, wyrównaj napięcia fazowe, musisz najpierw obliczyć prądy obciążenia dla każdej z trzech faz. Jednak nie zawsze można to zrobić z wyprzedzeniem. W skali przemysłowej straty spowodowane asymetrią napięć fazowych mogą być po prostu kolosalne, a efekt ekonomiczny w pewnym stopniu katastrofalny.
Aby wyeliminować negatywne trendy, należy zastosować równoważenie faz... W tym celu stosuje się tak zwane transformatory balunowe.
W transformatorze trójfazowym uzwojenia fazowe zarówno wyższego, jak i niższego napięcia są połączone w gwiazdę, wbudowane jest dodatkowe urządzenie równoważące w postaci dodatkowego uzwojenia otaczającego uzwojenia wysokiego napięcia. To dodatkowe uzwojenie jest zaprojektowane tak, aby wytrzymać ciągły prąd obciążenia znamionowego transformatora, tj. dla prądu znamionowego jednej fazy. Uzwojenie jest uwzględnione w zerwaniu przewodu neutralnego transformatora z poniższych obliczeń.
W przypadku wystąpienia prądu wyrównawczego w przewodzie neutralnym, na skutek niezrównoważenia obciążenia, strumienie składowej zerowej w obwodzie magnetycznym (uzwojeniach transformatorów roboczych) zostaną w pełni skompensowane przez przeciwnie skierowane strumienie składowej zerowej uzwojenia równoważącego. W końcu asymetria napięcia fazowego jest całkowicie wyeliminowana.
Schemat okablowania uzwojeń trójfazowego transformatora równoważącego fazy pokazano na rysunku 1.
Ryż. 1. Urządzenie transformatora równoważącego
1) Trójstopniowy obwód magnetyczny transformatora trójfazowego.
2) Cewki wysokiego napięcia.
3) Uzwojenia niskiego napięcia.
4) Uzwojenie ze zwojów kompensacyjnych.
5) Kliny dystansowe.
6) Koniec uzwojenia kompensacyjnego podłączony do części neutralnej uzwojeń niskiego napięcia.
7) Wysunięty koniec cewki kompensacyjnej.
Charakterystyki energetyczne takich transformatorów, bezczynne straty, zwarcie i inne, od czasu dodania urządzenia równoważącego prawie się nie zmienia, ale straty energii elektrycznej w sieci są znacznie zmniejszone. Przy nierównomiernym obciążeniu fazowym układ napięcia fazowego jest symetryczny w taki sam sposób, jak przy podłączaniu uzwojeń zgodnie ze schematem gwiazda-zygzak.
Transformator równoważący TST
Obliczenia i eksperymenty naukowców wykazały, że przy prawidłowym dopasowaniu zwojów uzwojenia kompensacyjnego i roboczego, napięcie na uzwojeniu kompensacyjnym transformatora z urządzeniem wyważającym, równe prądowi znamionowemu w przewodzie neutralnym, osiąga wartość wyrównania znamionowego napięcia fazowego na części neutralnej uzwojeń przy niskim napięciu EMF składowej zerowej powstającym z uzwojeń roboczych do zera.
Taka konstrukcja znacznie zmniejsza rezystancję składowej zerowej trójfazowego transformatora mocy. Daje to znaczny wzrost jednofazowych prądów zwarciowych i jest jedną z głównych zalet transformatorów balunowych, gdyż zapewnia niezawodną i łatwą regulację zabezpieczenie przekaźnika i jego niezawodne działanie zwarciowe.
Ponadto destrukcyjny wpływ dużego jednofazowego prądu zwarciowego na uzwojenia takiego transformatora równoważącego jest znacznie mniejszy niż prąd zwarciowy przy braku uzwojenia równoważącego, ponieważ niszczący silny strumień asymetryczny o sekwencji zerowej jest już w pełni zrekompensowany.