Przekładnia transformatora. Połączenia uzwojeń. Kojarzenie uzwojeń.

Przekładnia transformatora, regulacja napięcia wtórnego

Ze względu na wymogi dotrzymania parametrów napięcia w sieci przyłączonej do strony napięcia dolnego przekładnia napięciowa transformatora liczona jako stosunek napięcia dolnego do napięcia górnego może podlegać w transformatorach rozdzielczych regulacji. Przekładnia transformatora powinna zapewnić utrzymanie poziomu napięcia dolnego w granicach dopuszczalnych (dla sieci niskiego napięcia – 10% do + 5%).

Na etapie produkcji transformatory wyposażane są w uzwojenia dzielone, które umożliwiają dokonanie zmiany przekładni. W spotykanych obecnie konstrukcjach regulacja odbywa się po stronie napięcia górnego (GN). Transformatory wyposażane są w przełącznik zaczepów przystosowany do użytku w stanie beznapięciowym.

Regulację zaczepową w stanie beznapięciowym wykonuje się ręcznie i stosuje, gdy konieczność zmiany przekładni występuje stosunkowo rzadko, np. w sieciach miejskich i wiejskich w zależności od pór roku. Właśnie takie uwarunkowania dotyczą większości transformatorów dystrybucyjnych.

Regulacja zaczepowa napięcia pod obciążeniem jest stosowana w stacjach, w których zmiany napięcia występują bardzo często i gdy wyłączenie transformatora w celach regulacyjnych nie jest możliwe. W odniesieniu do transformatorów SN/nn niekiedy ma miejsce w przemyśle. Może być wykonana ręcznie, sterowana zdalnie z nastawni lub automatycznie po zainstalowaniu regulatora. Musi zachodzić płynnie, aby zmiany były jak najmniej odczuwalne dla użytkowników sieci.

Połączenia uzwojeń transformatorów trójfazowych
Ponieważ liniami średniego i niskiego napięcia przesyłane jest napięcie trójfazowe, transformatory rozdzielcze są transformatorami trójfazowymi. Oznacza to, że uzwojenie pierwotne takiego transformatora stanowi układ trzech uzwojeń zasilanych z przewodów osobno doprowadzających napięcie każdej z trzech faz SN, natomiast uzwojenie wtórne stanowi układ trzech uzwojeń połączonych z osobnymi przewodami odprowadzającymi napięcie każdej z trzech faz nn.

Uzwojenia pierwotne i wtórne transformatorów trójfazowych mogą być połączone w układy:
• gwiazdy (oznaczanej symbolem Y – w przypadku strony napięcia górnego lub y – dla strony napięcia dolnego); układ ten charakteryzuje się możliwością wyprowadzenia punktu zerowego (rys. 3);
• trójkąta (oznaczonego symbolami odpowiednio D lub d); punkt zerowy jest niedostępny (rys. 4);
• zygzaka (oznaczanego symbolami Z lub z); charakteryzujący się możliwością wyprowadzenia punktu zerowego, spotykany często po stronie napięcia niskiego w transformatorach mniejszych mocy (rys. 5). 

Rys. 3. Schemat połączenia uzwojeń transformatora trójfazowego w gwiazdę (oznaczenia dla uzwojeń pierwotnych)

Rys.4.Schemat połączenia uzwojeń transformatora trójfazowego w trójkąt (oznaczenia dla uzwojeń pierwotnych)

Rys.5. Schemat połączenia uzwojeń transformatora trójfazowego w zygzak (oznaczenia dla uzwojeń wtórnych)

Kojarzenie uzwojeń

Ze względu na możliwość zastosowania odrębnego układu połączeń dla uzwojenia pierwotnego i wtórnego wyróżnić można następujące typy układów połączeń uzwojeń po stronie pierwotnej transformatorów trójfazowych z uzwojeniem po stronie wtórnej:

• układ gwiazda-gwiazda: w zależności od sposobu wyprowadzenia punktu zerowego uzyskuje się przesunięcie fazowe po stronie wtórnej 0° lub 180°;

- 0° w warunkach zgodnego połączenia zaczepów po obu stronach uzwojenia transformatora (wewnętrznych albo zewnętrznych zarówno po stronie napięcia górnego, jak i dolnego);
- 180° w przypadku połączenia zaczepów wewnętrznych po jednej stronie, natomiast zewnętrznych po drugiej stronie.

Jest przyjęte, że kąty przesunięcia fazowego oznacza się w godzinach tarczy zegarowej, na której 30° odpowiada jednej godzinie. Stąd powyższe typy układów można oznaczyć jako Yy0, Yy6.

 • układ trójkąt-gwiazda: w zależności od tego, czy w celu utworzenia gwiazdy wtórnej transformatora połączy się wszystkie końce albo wszystkie początki uzwojeń wtórnych (tak otrzymane gwiazdy byłyby odwrócone względem siebie o 180°), uzyska się przesunięcia fazowe między wskazami napięcia dolnego i górnego odpowiadające symbolom Dy11 i Dy5;

• układ gwiazda-trójkąt: łącząc uzwojenie wtórne transformatora w trójkąt podczas, gdy uzwojenie pierwotne jest połączone w gwiazdę, w zależności od konfiguracji połączenia uzwojeń oraz wyznaczenia punktów poboru napięcia (bezpośrednio z końcówek uzwojenia wtórnego bądź wyprowadzenia zacisków z punktów początkowych), można uzyskać następujące wartości przesunięć faz: 330° = 11h, 150° = 5h, 30° = 1h. Symbole tych układów połączeń to: Yd11, Yd5, Yd1.

• układ gwiazda-zygzak: przełączenie gwiazdy w zygzak wiąże się z obniżeniem napięć fazowych i międzyprzewodowych 2√3. Stąd wynika, że uzwojenie napięcia niskiego wymaga ok. 15% więcej materiału nawojowego (miedzi, aluminium) niż przy gwieździe. W związku z tym straty obciążeniowe transformatora przy połączeniu uzwojenia wtórnego w zygzak są o kilka procent większe niż przy połączeniu tego uzwojenia w gwiazdę.

Grupy połączeń
Wartość przesunięcia fazowego (określanego przez kąt mierzony w kierunku ruchu wskazówki zegara – od wskazu napięcia górnego do wskazu fazy napięcia dolnego) ma znaczenie podczas łączenia transformatorów do pracy równoległej, czyli w warunkach gdy uzwojenia pierwotne transformatorów zasilane są z szyn wspólnych, a uzwojenia wtórne pracują również na szyny wspólne.

Podczas pracy równoległej transformatorów trójfazowych napięcia między zaciskami jednoimiennymi strony wtórnej transformatora powinny być ze sobą w fazie, a zatem wartości chwilowe odpowiednich napięć międzyzaciskowych muszą być w każdej chwili sobie równe. W przeciwnym wypadku dojdzie do zwarcia.

Wszystkie możliwe układy połączeń transformatorów trójfazowych można podzielić na grupy, zaliczając do każdej z nich układy, w których kąty przesunięcia fazowego między wskazami odpowiednich napięć międzyzaciskowych (względnie fazowych) strony pierwotnej i wtórnej są jednakowe.

W Polsce stosuje się zasadniczo trzy przesunięcia: 0, 5 i 11 h. Bez żadnych dodatkowych operacji można łączyć ze sobą równolegle tylko układy należące do jednej grupy. Możliwe jest łączenie do pracy równoległej także układów nienadających się do łączenia równoległego po wewnętrznym przełączeniu końcówek uzwojeń (przy pozostawieniu tych samych połączeń uzwojeń pierwotnych i wtórnych) transformatorów według odpowiedniej kolejności.

W pewnych przypadkach uzyskuje się możliwość pracy równoległej bez wewnętrznego przełączania końcówek uzwojeń, jedynie poprzez przyłączanie do szyn zbiorczych strony pierwotnej i wtórnej zacisków transformatorów według odpowiedniej kolejności.

Czytaj więcej na temat transformatorów:

Podstawowe informacje o transformatorach. Model transformatora.

Transformatory rozdzielcze (dystrybucyjne). Zastosowanie oraz konstrukcja.

Transformatory. Ekonomika pracy. Koszty.

Polski rynek transformatorów dystrybucyjnych. Kierunki rozwoju.