Найбільш поширений питання у початківців вивчення пристрою трансформаторів чи інших електротехнічних пристроїв це «Що таке зірка і трикутник?». Чим же вони відрізняються і як влаштовані, спробуємо роз'яснити в нашій статті.
Розглянемо схеми з'єднань обмоток на прикладі трифазного трансформатора. У своїй будові він має магнітопровід, що складається з трьох стрижнів. На кожному стрижні є дві обмотки - первинна і вторинна. На первинну подається висока напруги, а з вторинною знімається низька напруга і йде до споживача. В умовному позначенні схема з'єднань позначається дробом (наприклад, Y/Δ або Y / D або У / Д), значення чисельника - з'єднання обмотки вищої напруги (ВН), а значення знаменника - нижчої напруги (НН).
Кожен стрижень має як первинну обмотку так і вторинну (три первинних і три вторинних обмотки). У кожної обмотки є початок і кінець. Обмотки можна з'єднати між собою способом зірка або трикутник. Для наочності позначимо вищеперелічене схематично (рис. 1)
При з'єднанні зіркою, кінці обмоток з'єднуються разом, а з почав йдуть три фази до споживача. З виведення сполук кінців обмоток, виводять нейтральний провід N (він же нульовий). У підсумку виходить чотирьох - провідна, трифазна система, яка часто зустрічається уздовж ліній повітряних електропередач. (Рис. 2)
Переваги такої схеми з'єднання в тому, що ми можемо отримати 2 види напруги: фазну (фаза + нейтраль) і лінійне. У такому поєднанні лінійна напруга більше фазного в √3 раз. Знаючи, що фазна напруга дає нам 220В, то помноживши його на √3 = 1,73, отримаємо приблизно 380 - напруга лінійне. Але що стосується електричного струму, то в цьому випадку фазний струм дорівнює лінійному, тому що що лінійний, що фазний струми однаково виходять з обмотки, і іншого шляху у нього немає. Так само варто відзначити що тільки в з'єднанні зірка є нейтральний провід, який є «зрівнювачем» навантаження, щоб напруга не змінювалося і не стрибав.
Розглянемо тепер з'єднання обмоток трикутником. Якщо ми кінець фази А, з'єднаємо з початком фази В, кінець фази В з'єднаємо з початком фази С, а кінець фази С з'єднаємо з початком фази А, то отримаємо схему з'єднання обмотки трикутником. Тобто в цій схемі обмотки з'єднані послідовно. (Рис. 3)
В основному така схема з'єднання застосовується для симетричного навантаження, де за фазами навантаження не змінюється. У такому поєднанні фазна напруга одно лінійному, а ось електричний струм, навпаки, в такій схемі різний. Струм лінійний більше фазного струму в √3 раз. З'єднання обмотки трикутником забезпечує баланс ампер-виток для струму нульової
послідовності. Простими словами, схема з'єднання трикутником забезпечує збалансоване напруга.
Підведемо підсумки. Для базового визначення схем з'єднання обмоток силових трансформаторів, необхідно розуміти, що різниця між цими сполуками полягає в тому, що в зірці все три обмотки з'єднані разом одним кінцем кожної з обмоток в одній (нейтральної) точці, а в трикутнику обмотки з'єднані послідовно. З'єднання зірка дозволяє нам створювати два види напруги: лінійне (380) і фазну (220), а в трикутнику тільки 380В.
Вибір схеми з'єднання обмоток залежить від ряду причин:
- Схеми живлення трансформатора
- потужності трансформатора
- рівня напруги
- асиметрії навантаження
- економічних міркувань
Так наприклад, для мереж з напругою 35 кВ і більше вигідно з'єднати обмотку трансформатора схемою зірка, заземливши нульову точку. В даному випадку вийде, що напруга висновків трансформатора і проводів лінії передачі щодо землі буде завжди в √3 разів менше лінійного, що призведе до зниження вартості ізоляції.
На практиці найчастіше зустрічаються такі групи сполук: Y / Y, D / Y, Y / D.
Група з'єднань обмоток Y / Y (зірка / зірка) найчастіше застосовується в трансформаторах невеликої потужності, що живлять симетричні трифазні електроприлади / електроприймачі. Так само іноді застосовується в схемах великої потужності, коли потрібно заземлення нейтральної точки.
Група з'єднання обмоток D / Y (трикутник / зірка) застосовується, в основному в понижуючих трансформаторах великих потужностей. Найчастіше трансформатори з таким з'єднанням працюють в складі систем харчування Токорозподілюючі мереж низької напруги. Як правило, нейтральна точка зірки заземлюється, для використання як лінійного, так і фазного напруги.
Група з'єднань обмоток Y / D (зірка / трикутник) використовується, в основному, в головних трансформаторах великих силових станцій та підстанцій, які не служать для розподілу.