Как читать электрические схемы трансформаторов: обозначения и соединения Y, Δ, Z

1. Введение

Силовые трансформаторы — это важнейшие элементы современных электрических сетей. Они преобразуют параметры электроэнергии, обеспечивая ее эффективную передачу и распределение. Для специалистов, работающих с трансформаторами – будь то проектировщики, эксплуатационники или ремонтный персонал – крайне важно владеть языком электрических схем. Именно на схемах отражены ключевые особенности подключения трансформатора, определяющие его работу в системе.

Цель данной статьи – разобрать наиболее распространенные схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов – "Звезда" (Y), "Треугольник" (Δ) и "Зигзаг" (Z) – используя стандартные условные обозначения. Мы научимся "читать" эти схемы, чтобы понимать, как именно соединены внутренние обмотки трансформатора, без необходимости представлять их физическое расположение на магнитопроводе.

2. Базовые условные обозначения на схемах h

На электрических схемах обмотки трансформатора изображаются с помощью простых графических символов.

• Условное обозначение обмотки:

     Основным символом является прямоугольник (или квадрат), представляющий одну фазную обмотку.

• Выводы обмотки:

     От прямоугольника отходят линии, символизирующие выводы обмотки – ее начало и конец. Часто начала обмоток обозначаются цифрой "1" или буквой "А", "В", "С" для разных фаз, а концы – цифрой "2" или "X", "Y", "Z". На схемах трехфазных трансформаторов обычно показываются три таких прямоугольника для каждой стороны (ВН и НН).

• Магнитопровод:

     Линии магнитной связи между обмотками могут быть показаны двумя параллельными линиями между условными обозначениями первичной и вторичной обмоток на схеме.

• Многообмоточные трансформаторы:

     Если у трансформатора три и более обмотки (например, ВН, СН, НН), на схеме для каждой из них будет свой набор символов обмоток.

3. Изображение основных схем соединения обмоток 

Тип соединения обмоток показывается тем, как условные обозначения обмоток для каждой фазы соединены между собой на схеме.

3.1. Соединение "Звезда" (Y или З) 

Эта схема образуется соединением либо всех начал (А, В, С), либо всех концов (X, Y, Z) фазных обмоток в одной общей точке. Эта точка называется нейтральной (нулевой).

• Как изображается на схеме:

     Три условных обозначения обмоток располагаются так, что концы (или начала) всех трех сходятся в одной точке. От трех других свободных концов отходят линии фазных проводов. Нейтральная точка часто обозначается буквой N (для ВН) или n (для НН), а если она выведена наружу для подключения, на схеме также показывается соответствующий вывод.

• Обозначения:

     На схемах рядом с изображением обмотки указывается буква Y (для стороны высокого напряжения) или y (для стороны низкого напряжения). Если нейтраль выведена, добавляется N или n (например, YN, yn).

3.2. Соединение "Треугольник" (Δ или Д) 

     Эта схема образуется последовательным соединением концов каждой обмотки с началами следующей, образуя замкнутый контур.

• Как изображается на схеме:

     Три условных обозначения обмоток соединяются в виде треугольника: конец одной обмотки соединяется с началом следующей, и так по кругу. Фазные провода подключаются к узлам (вершинам) этого треугольника, где соединены обмотки разных фаз. На схеме отсутствует нейтральная точка.

• Обозначения:

     На схемах рядом с изображением обмотки указывается буква Δ (для ВН) или d (для НН).

3.3. Соединение "Зигзаг" (Z или Ц) 

Схема "Зигзаг" используется в основном для обмоток низкого напряжения (хотя существует и для ВН). Особенность в том, что каждая фаза обмотки делится на две равные части, которые наматываются на разные стержни магнитопровода и соединяются последовательно. Это позволяет создать нейтральную точку и используется для выравнивания нагрузок и заземления нейтрали.

• Как изображается на схеме:

     Символ обмотки для каждой фазы часто показывается как две половины (два коротких прямоугольника), соединенные последовательно. Эти половины могут иметь условные обозначения, показывающие направление намотки или полярность (например, точки). Затем концы этих комбинированных фазных обмоток соединяются в нейтральную точку.

• Обозначения:

     На схемах рядом с изображением обмотки указывается буква Z (для ВН) или z (для НН). Если нейтраль выведена, добавляется N или n (например, ZN, zn).

4. Схемы трехфазных трансформаторов: Комбинации соединений ВН и НН на одной диаграмме 

На электрической схеме трехфазного трансформатора обычно показываются соединения обмоток как стороны высокого напряжения (ВН), так и стороны низкого напряжения (НН). Они изображаются рядом, часто с обмотками ВН сверху или слева, а НН - снизу или справа, и между ними показываются линии связи магнитопровода.

Примеры схематичного изображения распространенных комбинаций:

• Соединение Звезда-Треугольник (Y/Δ или Y/d):

     На схеме слева (или сверху) показано соединение обмоток ВН по схеме "Звезда" (сходящиеся в центре), а справа (или снизу) – соединение обмоток НН по схеме "Треугольник" (замкнутый контур).

• Соединение Треугольник-Звезда (Δ/Y или D/y):

     На схеме слева (или сверху) показан "Треугольник" ВН, а справа (или снизу) – "Звезда" НН.

• Соединение Звезда-Звезда (Y/Y или Y/y):

     На схеме обе стороны показаны как "Звезда".

• Соединение Треугольник-Треугольник (Δ/Δ или D/d):

     На схеме обе стороны показаны как "Треугольник".

• Соединение Звезда-Зигзаг (Y/Z или Y/z):

      На схеме сторона ВН показана как "Звезда", а сторона НН – как "Зигзаг".

Рядом с графическим изображением схемы соединения трансформатора наносится его буквенно-цифровое обозначение группы соединения (например, Dyn11, YNyn-0, YNd5). Это обозначение является "квинтэссенцией" схемы и полностью описывает тип соединения каждой стороны и фазовый сдвиг между линейными напряжениями ВН и НН. Хотя для полного понимания группы соединения необходимы векторные диаграммы, сама схема соединения наглядно показывает, как соединены обмотки.

5. Как правильно читать схемы соединений трансформаторов 

Чтобы "прочитать" схему соединения трансформатора, выполните следующие шаги:

• Определите стороны ВН и НН:

     Они обычно подписаны или различаются по напряжению, указанному на схеме. Сторона ВН часто изображается сверху или слева.

• Изучите соединение стороны ВН:

     Посмотрите, как соединены условные обозначения обмоток на этой стороне. Они сходятся в одной точке ("Звезда"), образуют замкнутый треугольник ("Треугольник") или показаны как зигзагообразное соединение частей ("Зигзаг"). Обратите внимание на наличие выведенной нейтрали (символ точки, соединенной с нейтралью, и обозначение N).

• Изучите соединение стороны НН:

     Повторите шаг 2 для стороны низкого напряжения (y, δ, z, n).

• Сопоставьте обозначения:

     Сравните увиденное на схеме с буквенными обозначениями рядом (Y, Δ, Z, y, δ, z, N, n) для самопроверки.

• Обратите внимание на маркировку:

     Если выводы обмоток промаркированы (А, В, С, X, Y, Z или цифрами), это помогает более точно проследить соединения.

6. Примеры чтения типовых схем 

Пример 1: Схема трансформатора с обозначением YNdn-11 

• Смотрим на схему стороны ВН: видим три обмотки, концы которых соединены в одной точке, от которой отходит линия и помечена N. Это "Звезда с выведенной нейтралью" (YN).

• Смотрим на схему стороны НН: видим три обмотки, соединенные концом к началу в замкнутый треугольник (Δ).

• Изображение схемы соответствует обозначению YNdn. Цифра 11 указывает на группу соединения (30 градусов сдвига), но тип соединения ясно виден из графики.

Пример 2: Схема трансформатора с обозначением Δ/YN-5 

• Смотрим на схему стороны ВН: видим обмотки, соединенные в замкнутый "Треугольник" (Δ).

• Смотрим на схему стороны НН: видим обмотки, концы которых соединены в нейтральную точку, от которой отходит линия и помечена n. Это "Звезда с выведенной нейтралью" (yn).

• Изображение схемы соответствует обозначению Δ/YN. Цифра 5 указывает на группу соединения.

7. Заключение 

Умение читать электрические схемы трансформаторов, понимая значение условных обозначений обмоток и принципов графического изображения соединений "Звезда", "Треугольник" и "Зигзаг", является фундаментальным навыком для любого специалиста, работающего в области электроэнергетики. Эти схемы – ключ к пониманию того, как трансформатор интегрируется в электрическую систему и как он будет вести себя в различных режимах работы. Освоив чтение этих базовых схем, вы получите прочную основу для понимания более сложных аспектов работы трансформаторов и электрических сетей.