Особенности схемы Скотта.

Преимущества применения схемы Скотта:

1) возможность регулирования напряжения на высотном и базисном трансформаторах;

2) при равенстве токов левого и правого плеча трансформатор преобразует симметричную двухфазную систему в симметричную трехфазную.

Недостатки схемы:

1) изоляция обмоток первичного напряжения трансформатора выполняется на линейное напряжение. Трансформатор является специальным, а не типовым, это его удорожает;

2) невозможность питания районных и нетяговых потребителей. Необходимо использовать трехфазную ЛЭП, которая дороже ДПР. Также для питания районных трехфазных потребителей необходимо устанавливать отдельные трехфазные трансформаторы.

Трансформатор применяется на электрифицированных железных дорогах в Европе и Японии. В России рассматриваемая схема не применяется,
так как основной причиной является сложность изготовления и невозможность питания районных потребителей.

2.3.4. Схема питания тяговой сети трансформатором
«звезда–треугольник–11» (Y/∆-11)

В России на электрифицированных железных дорогах переменного тока наибольшее распространение получило питание тяговой сети от трехфазных трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/∆-11. Применение трехфазных трансформаторов позволяет питать и трехфазные (нетяговые) потребители.

Рис. 2.18. Векторная диаграмма напряжений первичной и вторичной обмоток

Первичная обмотка соединена в звезду, вторичная обмотка трансформаторов – в треугольник. Треугольник на вторичной обмотке образован соединением первой фазы (a) с концом второй (y), начала второй (b) с концом третьей (z) и начала третьей (c) с концом первой (x). При этом вектор линейного напряжения первичной стороны отстает от вектора напряжения вторичной обмотки на 30°. Если вектор совместить с минутной стрелкой на цифре 12, то вектор совпадет с цифрой 11, т. е. получаем группу Ү/Δ-11 (рис. 2.18).

Первичная обмотка соединена в звезду и, следовательно, напряжение в тяговой сети между контактным проводом и рельсом U_ас (слева) и –U_cb (справа) совпадают по фазе с напряжением первичной стороны соответственно U_A и –U_С. Схема на рис. 2.19 является трехфазно-двухфазной, так как тяговую сеть, состоящую из 2 плеч, питает только 2 фазы первичного напряжения из 3 фаз. В общем случае при этой схеме трехфазная система нагружается неравномерно. Для устранения этого эффекта тяговые подстанции чередуют при подключении к ЛЭП.

а

б

в	Напряжение первичной обмотки Напряжение вторичной обмотки   Рис. 2.19. Схема соединения трансформатора «звезда–треуголь­ник–11»: а – схема питания; б – векторная диаграмма напряжений первичной и вторичной обмоток трансформатора; в – векторная диаграмма питания тяговой сети

Построим векторную диаграмму (рис. 2.19, в). Вектор следует ориентировать относительно “своего” вектора напряжения и сдвинуть на некоторый угол (поскольку характер нагрузки индуктивный).

Вектор следует ориентировать относительно “своего” вектора напряжения , противоположному и тоже сдвинуть на угол .

Зная и можно определить . По закону Кирхгофа + + =0 .

(2.14)

Определим токи в обмотках вторичного треугольника, а значит, и в фазах первичной “звезды”. Т. е. возникает задача определения участия вторичных обмоток в питании 2 фидерных зон (плеч питания). Для схемы Ү/Δ и Ү/Ү/Δ отсутствуют токи нулевой последовательности, а значит, фазу трансформатора при несимметричной загрузке можно рассматривать независимо от других, т. е. как однофазный трансформатор. Распределение нагрузок на вторичной стороне между фазами трансформатора определяется только сопротивлением обмоток. Левое плечо питается от напряжения . Это напряжение генерируется как в обмотке ax, так и в обмотках by и cz (где оно получается в результате геометрического сложения напряжений обмоток by и cz). Но сопротивление обмотки ax в 2 раза меньше сопротивления двух других обмоток, соединенных последовательно. Поэтому ток разделяется между двумя генерирующими напряжение , обмотками в отношении 2:1. Аналогично делится ток . Визуально это можно представить, используя метод наложения (рис. 2.20). Тогда на диаграмме построим (ток обмотки ax) как сумму и . Аналогично ток в обмотке cz складывается из и . Сложив их, получим ток .
А ток (ток обмотки by) равен сумме и . Получается, что фаза B (обмотка by) менее загружена, так как не соединена с рельсом

(2.15)

Рис. 2.20. Распределение токов правого и левого плеча по обмоткам трансформатора методом наложения: – “+” направление тока; – “–” направление тока

Построим векторную диаграмму токов в обмотках трансформатора (причём примем, что , рис. 2.21).

Рис. 2.21. Векторная диаграмма в обмотках трансформатора

В схеме «Y/∆-11» ток в обмотке bу всегда намного меньше, чем в обмотках ax и cz. Обмотка, непосредственно несвязанная с рельсами, всегда будет недогруженной.

Таким образом, напряжения U_ac (U_A) и –U_cb (–U_C) – рабочие напряжения, напряжение U_ba (U_B) – нерабочее. По ходу вращения векторов рабочих напряжений –U_cb (–U_C) опережающее напряжение U_пр и фаза В трансформатора (правое плечо) – опережающая фаза, напряжение U_ac (U_A) отстающее напряжение U_лев и фаза А трансформатора (левое плечо) – отстающая фаза. Нерабочее напряжение U_ba (U_B).

Особенности схемы «звезда – треугольник – 11» (Y/∆–11).

1. При разных по величине токах плеч питания ≠ и разных угловых сдвигах ≠ в первичной сети внешнего электроснабжения создаётся несимметричная система фазных токов I_А ≠ I_B ≠ I_C и несимметричные угловые сдвиги фазных токов относительно соответствующих напряжений. Следовательно, активные, реактивные и полные значения токов и мощностей по фазам трансформатора и ЛЭП несимметричны.

2. Наиболее загруженные фазы присоединены к заземлённой фазе С трансформатора.

3. Обмотка ву всегда остается недогруженной.

4. При равных токах плеч питания потери напряжения отстающей фазы больше, чем опережающей фазы.

2.4. Схемы питания группы тяговых подстанций
от линии электропередачи