Dreiphasen-Transformatorschaltungen

Da dreiphasig in Stromverteilungssystemen so oft verwendet wird, ist es sinnvoll, dass wir dreiphasige Transformatoren benötigen, um Spannungen nach oben oder unten zu stufen.

Dies ist nur teilweise richtig, da normale einphasige Transformatoren zusammengeschaltet werden können, um Strom zwischen zwei dreiphasigen Systemen in einer Vielzahl von Konfigurationen umzuwandeln, wodurch kein spezieller dreiphasiger Transformator erforderlich ist.

Für diese Aufgaben werden jedoch spezielle Drehstromtransformatoren gebaut, die mit weniger Materialbedarf, geringerer Größe und geringerem Gewicht arbeiten als ihre modularen Gegenstücke.

Dreiphasige Transformatorwicklungen und Anschlüsse

Ein dreiphasiger Transformator besteht aus drei Sätzen von Primär- und Sekundärwicklungen, wobei jeder Satz um einen Schenkel einer Eisenkernbaugruppe gewickelt ist. Im Wesentlichen sieht es aus wie drei einphasige Transformatoren, die sich einen verbundenen Kern teilen, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Der dreiphasige Transformatorkern hat drei Wicklungssätze.

Diese Sätze von Primär- und Sekundärwicklungen werden entweder in - oder Y-Konfiguration verbunden, um eine vollständige Einheit zu bilden. Die verschiedenen Kombinationen, wie diese Wicklungen miteinander verbunden werden können, werden in diesem Abschnitt im Mittelpunkt stehen.

Unabhängig davon, ob sich die Wicklungssätze eine gemeinsame Kernbaugruppe teilen oder jedes Wicklungspaar ein separater Transformator ist, die Wicklungsanschlussoptionen sind dieselben:

Primär - Sekundär

• Y - Y
• Y - Δ
• Δ - Y
• Δ - Δ

Die Gründe für die Wahl einer Y- oder Δ-Konfiguration für Transformatorwicklungsanschlüsse sind die gleichen wie für jede andere dreiphasige Anwendung:Y-Schaltungen bieten die Möglichkeit für mehrere Spannungen, während Δ-Schaltungen eine höhere Zuverlässigkeit genießen (bei Ausfall einer Wicklung offen, die anderen beiden können immer noch die volle Netzspannung an der Last aufrechterhalten).

Der wahrscheinlich wichtigste Aspekt beim Verbinden von drei Sätzen von Primär- und Sekundärwicklungen zu einer dreiphasigen Transformatorbank besteht darin, auf die richtige Wicklungsphasenlage zu achten (die Punkte, die zur Bezeichnung der „Polarität“ der Wicklungen verwendet werden).

Denken Sie an die richtigen Phasenbeziehungen zwischen den Phasenwicklungen von Δ und Y:(Abbildung unten)

(Y) Der Mittelpunkt des „Y“ muss entweder alle „-“ oder alle „+“ Windungspunkte miteinander verbinden. (Δ) Die Wicklungspolaritäten müssen sich komplementär stapeln (+ bis -).

Es kann schwierig sein, diese Phasenlage richtig einzustellen, wenn die Wicklungen nicht in der regulären Y- oder Δ-Konfiguration angezeigt werden. Lassen Sie mich das veranschaulichen, beginnend mit der Abbildung unten.

Eingaben A₁ , B₁ , C₁ kann entweder mit „Δ“ oder „Y“ verdrahtet werden, ebenso wie die Ausgänge A₂ , B₂ , C₂ .

Phasenverdrahtung für „Y-Y“-Transformator

Drei Einzeltransformatoren sollen zusammengeschaltet werden, um Strom von einem Drehstromsystem in ein anderes umzuwandeln. Zuerst zeige ich die Kabelverbindungen für eine Y-Y-Konfiguration:

Phasenverdrahtung für „Y-Y“-Transformator.

Beachten Sie in der Abbildung oben, wie alle mit Punkten markierten Wicklungsenden mit ihren jeweiligen Phasen A, B und C verbunden sind, während die nicht-punktierten Enden miteinander verbunden sind, um die Mittelpunkte jedes „Y“ zu bilden.

Wenn sowohl Primär- als auch Sekundärwicklungssätze in "Y"-Formation verbunden sind, können Neutralleiter (N₁ .) verwendet werden und N₂ ) in jedem Stromsystem.

Phasenverdrahtung für „Y-Δ“-Transformator

Sehen wir uns nun eine Y-Δ-Konfiguration an:

Phasenverdrahtung für „Y-Δ“-Transformator.

Beachten Sie, wie die Sekundärwicklungen (unterer Satz, Abbildung oben) in einer Kette verbunden sind, wobei die „Punkt“-Seite einer Wicklung mit der „Nicht-Punkt“-Seite der nächsten verbunden ist, wodurch die Δ-Schleife gebildet wird.

An jedem Verbindungspunkt zwischen Wicklungspaaren wird eine Verbindung zu einer Leitung des zweiten Stromnetzes (A, B und C) hergestellt.

Phasenverdrahtung für „Δ-Y“-Transformator

Betrachten wir nun ein Δ-Y-System in der Abbildung unten.

Phasenverdrahtung für „Δ-Y“-Transformator.

Eine solche Konfiguration (Abbildung oben) würde die Bereitstellung mehrerer Spannungen (Leitung-zu-Leitung oder Leitung-zu-Neutral) im zweiten Stromsystem von einem Quellstromsystem ohne Neutralleiter ermöglichen.

Phasenverdrahtung für „Δ-Δ“-Transformator

Und schließlich wenden wir uns der Δ-Δ-Konfiguration zu:

Phasenverdrahtung für „Δ-Δ“-Transformator.

Wenn kein Neutralleiter im sekundären Stromversorgungssystem erforderlich ist, werden Δ-Δ-Verbindungsschemata (Abbildung oben) aufgrund der inhärenten Zuverlässigkeit der Δ-Konfiguration bevorzugt.

Phasenverdrahtung für „V“- oder „offen-Δ“-Transformator

Angesichts der Tatsache, dass eine Δ-Konfiguration ohne eine Wicklung zufriedenstellend betrieben werden kann, entscheiden sich einige Netzplaner dafür, eine dreiphasige Transformatorbank mit nur zwei Transformatoren zu erstellen, die eine Δ-Δ-Konfiguration mit einer fehlenden Wicklung sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite darstellt:

„V“ oder „open-Δ“ liefert 2φ Leistung mit nur zwei Transformatoren.

Diese Konfiguration wird „V“ oder „Open-Δ“ genannt. Natürlich muss jeder der beiden Transformatoren überdimensioniert sein, um dieselbe Leistung wie drei in einer Standardkonfiguration zu bewältigen, aber die Gesamtgröße, das Gewicht und die Kostenvorteile sind es oft wert.

Beachten Sie jedoch, dass dieses System mit einem fehlenden Wicklungssatz in der Δ-Form nicht mehr die Fehlertoleranz eines normalen Δ-Δ-Systems bietet. Wenn einer der beiden Transformatoren ausfällt, würden die Lastspannung und der Strom definitiv beeinflusst.

Beispiel aus dem wirklichen Leben

Das folgende Foto (Abbildung unten) zeigt eine Reihe von Aufwärtstransformatoren am Staudamm Grand Coulee im Bundesstaat Washington.

Von diesem Aussichtspunkt aus sind mehrere Transformatoren (grün) zu sehen, und sie sind zu dreien gruppiert:drei Transformatoren pro Wasserkraftgenerator, die in einer Form von dreiphasiger Konfiguration miteinander verdrahtet sind.

Das Foto zeigt nicht die Primärwicklungsanschlüsse, aber es scheint, dass die Sekundärwicklungen in einer Y-Konfiguration verbunden sind, da nur ein großer Hochspannungsisolator aus jedem Transformator herausragt.

Dies deutet darauf hin, dass die andere Seite der Sekundärwicklung jedes Transformators auf oder nahe dem Erdpotential liegt, was nur in einem Y-System zutreffen könnte.

Das Gebäude links ist das Krafthaus, in dem die Generatoren und Turbinen untergebracht sind. Rechts ist die schräge Betonwand die stromabwärts gelegene Wand des Damms:

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt für Delta- und Wye-Dreiphasenschaltungen