Силовые трансформаторы и автотрансформаторы

Со стороны, соединенной в "треугольник" или "звезду" без заземленной нейтрали, независимо от того, как соединены другие обмотки индуктивное сопротивление нулевой последовательности трансформатора бесконечно велико (x₀ = ¥), так как при этих условиях вообще исключена возможность циркуляции тока нулевой последовательности в данном трансформаторе [2].

На рис.8.5. приведены основные варианты соединения обмоток двух- и трехобмоточных трансформаторов и автотрансформатора. Буквами В, С, Н обозначены соответственно обмотки высшего, среднего и низшего напряжений. Справа, против каждого варианта соединения обмоток, приведены схемы замещения трансформатора для токов нулевой последовательности.

При соединении обмоток, приведенном на рис.8.5,а и коротком замыкании на стороне трансформатора со схемой "звезда" в точке КЗ приложены напряжения нулевой последовательности U_0A, U_0B, U_0C (без сдвига по фазе), поэтому ЭДС нулевой последовательности трансформатора полностью расходуется на проведение тока той же последовательности только через индуктивное сопротивление рассеяния обмотки, соединенной "треугольником", то есть ток нулевой последовательности не вытекает за пределы "треугольника". Потенциал, равный нулю, на конце ветви сx_н схемы замещения не указывает на искусственный перенос заземления нейтрали (это распространенная ошибка); он только соответствует условию, что данной ветвью схемы заканчивается путь циркуляции токов нулевой последовательности. Сопротивление нулевой последовательности такого трансформатора будет:

, (8.15)

где x_m0 - сопротивление цепи намагничивания для токов нулевой последовательности, которое во много раз превышает сопротивления x_в и x_н;

x₁ - сопротивление трансформатора прямой последовательности.

Рис. 8.5. Соединение обмоток трансформаторов и автотрансформаторов и их схемы замещения для токов нулевой последовательности

При соединении обмоток трансформатора "звезда - звезда" с заземленными нейтралями (см. рис.8.5, б) путь для тока нулевой последовательности будет обеспечен только в том случае, если в цепи обмотки низшего напряжения имеется хотя бы одна заземленная нейтраль (см. на рис.8.5 пунктиром): x₀ = x₁.

Если же этого не будет, то x₀ = ¥, так как x₀ = x_в + x_m0, то есть током нулевой последовательности, протекающим через такой трансформатор, можно пренебречь.

При соединении трансформатора "звезда с заземленной нейтралью - звезда" (Y₀ /Y) (см. рис.8.5, в) сопротивление нулевой последовательности также можно принять равным бесконечно большой величине, что соответствует режиму холостого хода трансформатора.

На рис. 8.5, г показаны трехобмоточный трансформатор со схемой Y₀/Y/D и его схема замещения для токов нулевой последовательности. Из схемы видно, что она составляется также, как для двухобмоточных трансформаторов со схемами соединения Y₀ /D и Y₀ /Y. Аналогично составляется схема для трехобмоточных трансформаторов с другими схемами соединений.

На рис. 8.5,д приведена одна из схем автотрансформатора, на которой видно, что обмотки высшего и среднего напряжения (при составлении схемы замещения нулевой последовательности) рассматриваются как две обмотки со схемами Y₀ /Y₀, то есть схема составляется также как для трехобмоточного трансформатора (см. рис.8.5, а, б).

Сопротивления схемы замещения x_в, x_c, x_нрассчитывают по формулам, как для случая трехфазного КЗ.

Воздушные линии

Ток нулевой последовательности воздушной линии возвращается через землю и по заземленным цепям, расположенным параллельно данной линии (защитные тросы, рельсовые пути вдоль линии и пр.). Главная трудность достоверного определения сопротивления нулевой последовательности воздушной линии связана с учетом распределения тока в земле. Достоверное определение всех путей распределения тока в земле представляет достаточно сложную проблему [2]. В виду того, что токи нулевой последовательности протекают по иным путям, чем токи прямой и обратной, то сопротивление нулевой последовательности не будет равно сопротивлениям прямой и обратной. Пути протекания токов нулевой последовательности показаны на рис. 8.6.

Индуктивное сопротивление нулевой последовательности фазы линии определяется индуктивным сопротивлением самоиндукции петли тока провод - земля и индуктивными сопротивлениями взаимной индукции провода данной фазы с проводами двух других фаз. Если линия защищена от прямых ударов молнии заземленным тросом, то ток нулевой последовательности частично протекает в земле, а частично в тросе (рис.8.6,б). В результате этого заземленный трос уменьшает индуктивное сопротивление нулевой последовательности линии.

Рис.8.6. Протекание токов нулевой последовательности в воздушных линиях: а - без защитного троса; б, в - с защитным тросом

В настоящее время стали применять одностороннее заземление троса на линии (см. рис. 8.6, в), а второй конец троса присоединяют через искровой промежуток, который пробивается при появлении на тросе волны перенапряжения [5].

Индуктивное сопротивление нулевой последовательности двухцепных линий больше, чем одноцепных, вследствие индуктивного влияния токов нулевой последовательности, протекающих в проводах соседней цепи. При этом параллельная цепь может находиться на расстоянии до 400-500 м [2]. Если линия будет находиться далее указанного расстояния, то сопротивление нулевой последовательности вследствие влияния взаимоиндукции параллельной цепи не превышает 10%.

В приближенных расчетах токов КЗ можно принимать следующие значения соотношений сопротивления нулевой последовательности к сопротивлению прямой x₀/x₁ [5]:

– одноцепная линия без тросов 3,5

– то же, с тросами, выполненными из цветного металла и

заземленными с обоих концов линии 2,0

– двухцепные линии без тросов 5,5

– то же, с тросами, выполненными из цветного металла и

заземленными с обоих концов линии 3,0