Трехфазные симметрирующие трансформаторы — Симметрирующие трансформаторы

Напряжение между каждой фазой трехфазной сети переменного тока и нулевым проводом, в идеальном случае, составляет 220 Вольт. Однако, при подключении к каждой из фаз питающей сети различных нагрузок, отличающихся по характеру и по величине, возникает иногда довольно значительный перекос фазных напряжений.

Если бы соблюдалось равенство сопротивлений нагрузок, то и протекающие через них токи также были бы равны между собой. Их геометрическая сумма была бы обращена в нуль. Но в результате неравенства этих токов возникает уравнительный ток в нулевом проводе (происходит смещение нулевой точки) и появляетсянапряжение смещения.

Фазные напряжения меняются друг относительно друга, и получается перекос фаз. Следствием такого перекоса фаз становится увеличение потребления электроэнергии из сети и неправильная работа электроприемников, ведущая к сбоям, отказам, и преждевременному износу изоляции. Безопасность потребителя, в такой ситуации, ставится под угрозу.

Для автономных трехфазных источников электроэнергии неравномерность загрузки фаз чревата разного рода механическими повреждениями. В результате – нарушение работы электроприемников, износ источников электроэнергии, повышенный расход масла, топлива и охлаждающей жидкости для генератора. В конечном итоге увеличиваются расходы как на электроэнергию в целом, так и на расходные материалы для генератора.

Для устранения перекоса фаз, выравнивания фазных напряжений, следует изначально рассчитать токи нагрузок для каждой из трех фаз. Однако не всегда удается это сделать заранее. В промышленных же масштабах потери вследствие перекоса фазных напряжений могут быть просто колоссальными, а экономический эффект, в определенной степени, разрушительным.

Для устранения негативных тенденций следует применить симметрирование фаз. Для этой цели разработаны так называемые симметрирующие трансформаторы.

В трехфазный трансформатор, обмотки фаз как высшего, так и низшего напряжений которого соединены звездой, встраивается дополнительно симметрирующее устройство в виде дополнительной обмотки, которая опоясывает обмотки высокого напряжения. Эта дополнительная обмотка рассчитана так, чтобы выдерживать длительный ток номинальной нагрузки трансформатора, т.е. на номинальный ток одной фазы. Обмотка включается в разрыв нулевого провода трансформатора из следующего расчета.

При возникновении уравнительного тока в нулевом проводе, вследствие несимметричной нагрузки, потоки нулевой последовательности в магнитопроводе (рабочих обмоток трансформатора) будут полностью компенсированы направленными противоположно потоками нулевой последовательности симметрирующей обмотки. В конечном счете, перекос фазных напряжений целиком предотвращается.

Устройство симметрирующего трансформатора

Схема включения обмоток трехфазного трансформатора для симметрирования фаз показана на рисунке 1.

1. Трехстержневой магнитопровод трехфазного трансформатора.
2. Обмотки высокого напряжения.
3. Обмотки низкого напряжения.
4. Обмотка из компенсационных витков.
5. Дистанционные клинья.
6. Конец компенсационной обмотки, подключаемой к нейтрали обмоток низкого напряжения.
7. Конец компенсационной обмотки, который выводится наружу.

Энергетические характеристики таких трансформаторов, потери холостого хода, короткого замыкания, и другие, от добавления симметрирующего устройства почти не меняются, зато значительно сокращаются потери электроэнергии в сети. При неравномерной нагрузке фаз, система фазных напряжений симметрируется так же, как и при соединении обмоток по схеме звезда-зигзаг.

Симметрирующий трансформатор ТСТ

Расчеты и эксперименты исследователей показали, что при правильном согласовании витков компенсационных и рабочих обмоток, напряжение на компенсационной обмотке трансформатора с симметрирующим устройством, при равном номинальному токе в нулевом проводе, достигает величины номинального фазного напряжения, уравновешивая на нейтрали обмоток низкого напряжения ЭДС нулевой последовательности, возникающей от рабочих обмоток, до нуля.

Такая конструкция сильно снижает сопротивление нулевой последовательности трехфазного силового трансформатора. Это дает значительное увеличение токов короткого замыкания на одной фазе, и является одним из главных достоинств симметрирующих трансформаторов, так как обеспечивает надежную и легкую настройку релейной защиты и ее надежную работу при КЗ.

Более того, разрушающее воздействие большого тока однофазного КЗ на обмотки такого симметрирующего трансформатора значительно меньше, чем от тока КЗ в отсутствие обмотки симметрирования, так как разрушительный мощный несимметричный поток нулевой последовательности теперь полностью компенсируется.

по материалам Школа для электрика

Симметрирующий трансформатор. Принцип работы трансформатора

Несимметрией токов и напряжений в электротехнике называется появление в 3-фазной сети неравномерности амплитуд фазных токов и углов меж ними. Такая несимметрия может возникнуть при неравномерной межфазной нагрузке.

Например, при соединении обмоток по типу звезда и четырёхпроводном питании, возможны такие последствия несимметрии, как:

• обрыв «нуля». При этом линейное напряжение не меняется, а фазовые напряжения перераспределяются в прямой пропорциональности от электрического сопротивления нагрузки. При протекании тока по нулевой жиле разбалансировки не происходит (у каждого потребителя напряжение будет равно 220 В). Как только случается обрыв «нуля» по причине неравномерности, потребители могут выйти из строя;
• короткое замыкание «фазы на нуль». Напряжение между другими фазами и нулем вырастает. И по идее должен отключить цепь защитный автомат. Исход зависит от сопротивления проводов и самого трансформатора.

Что происходит при перекосе фаз?

Данное явление получается из-за нагрузочной неравномерности фаз. Происходит увеличение токов и падение напряжения, компенсирующегося другими фазами. При этом на остальных фазах возрастает напряжение, что плохо влияет на потребителей.

Самым энергоэффективным способом исправления перекоса фаз считается использование симметрирующих устройств (СУ), которые способны убрать токи нулевой и обратной последовательности.

Они делятся на виды:

• конденсаторные;
• преобразующие;
• компенсационные СУ.

Последние аппараты представляют собой устройства с подсоединением в рассечку «нуля» трансформатора симметрирующего трехфазного (ТСТ) компенсационной обмотки. Этот способ самый эффективный, так как характеризуется высокими показателями симметрирования.

Трансформатор симметрирующий трехфазный

Симметрирующие трансформаторы – это устройства, устраняющие

перекос фаз в 3-фазных электросетях.

Работа симметрирующего трансформатора заключается:

• в выравнивании тока нагрузки на сети питания вне зависимости от потребительской нагрузки;
• в уменьшении просадки в сети при подключении мощной нагрузки;
• в снижении потерь энергии, уменьшении гармоник и сопротивления.

Электрическая схема приведена на рисунке,

где 1 – магнитопровод, 2, 3 – обмотки высокого, низкого напряжения, 4 – компенсационная обмотка, 5 – клинья.

Конструкция хорошо понижает сопротивление нулевой последовательности 3-фазного трансформатора. Благодаря ей значительно увеличиваются токи КЗ – одно из основных преимуществ симметрирующих трансформаторов, поскольку это облегчает настройку релейной защиты при КЗ. Помимо этого, нет такого сильно разрушающего воздействия тока ОКЗ, так как обеспечивается компенсация несимметричного потока нулевой последовательности.

Посмотрим, что будет, если подключить однофазную несимметричную нагрузку в 3-фазную четырехпроводную электросеть с применением ТСТ и без него.

На изображении видно, что наибольшая нагрузка одной фазы равна 1/3 от 3-фазной мощности энергоисточника.

В результате включения мощного 1-фазного потребителя получится перекос фаз. Повысится риск выхода из строя присоединённых к источнику питания потребителей. Если мощность приёмников повысится на 1/3 трехфазной мощности источника, то возможна поломка прибора.

На этом рисунке показано, что наибольшая нагрузка на одну фазу может равняться половине 3-фазной мощности источника энергии. Тем не менее, источник станет принимать нагрузку как равномерно распределенную пофазно.

Использование ТСТ даёт возможность уменьшить мощность генератора, подключив к нему те же электроприемники. Для энергетического источника нагрузка будет приниматься равномерно распределенной по фазам.

Целесообразность решения о включении в схему ТСТ зависит от каждого конкретного случая.

Конструкция и применение симметрирующего трансформатора

Основными составляющими трансформатора являются силовой агрегат, устройство кабельного «ввода-вывода» с защитными автоматами. Способ электромонтажа стационарный. Выводы к сети и нагрузке располагаются в нижней панели. Трансформаторные катушки исполнены с помощью медного провода. Первичная со вторичной обмоткой обладают гальванической развязкой. Вторичная обмотка выполняется по схеме «звезда».

На входе трансформатора монтируется автомат, который обеспечивает защиту от перегрузок и КЗ. Трансформатор обладает световой индикацией наличия выходного напряжения.

Применение

Трансформаторы ТСТ широко применяются в следующих сферах:

• военное вооружение;
• технологические машины с ЧПУ;
• служба ЖКХ;
• садово-дачные поселения.

ТСТ размещаются между источником электроэнергии и электрическими потребителями.

Схемы симметрирующих трансформаторов

Рассмотрим для примера две схемы:

СУ с трехфазным трансформатором состоит из трёх обмоток. Обмотка «2» подключена с «4» последовательно, с обмоткой «2» на других стержнях – встречно зигзагообразно. Общее количество витков первой и третьей равно числу витков второй обмотки.

Эффективное применение СУ получается благодаря снижению сопротивления токам нулевой последовательности, что повышает надежность работы в аварийном режиме.

В схему между выводом «нуля» для подключения фазных нагрузок N2 и нулевым выводом N1 подключены последовательно тиристорный ключ (6 и 7), стабилитроны (8 и 9) и резистор 10.

Следующая схема включает в себя:

• 3-стержневой магнитопровод 1;
• 3-фазную симметричную первичную обмотку 2 с питанием от сети;
• вторичную обмотку 3, подсоединённую по схеме зигзага трёх лучей.

Особенность этой схемы заключается в неимении тока нулевой последовательности во всех обмотках при любых режимах. Такой трансформатор отличается простотой и надёжностью.

Заключение

ТСТ позволяют сократить потери энергии за счет снижения амплитуд гармоник, уменьшения сопротивления. Это увеличивает рабочий ресурс энергетических источников в сетях с перекосами фаз. Аппараты предназначены для повышения надежности автономных генераторов и потребителей, когда нагрузки несимметричны.

Трансформаторы дают возможность рационально применять электростанции с меньшей мощностью. Электрическим генераторам, производимым по синхронному типу, требуется равномерность нагрузки, при этом допускается лишь тридцати процентный перекос по фазам. В таком случае весьма полезным становится применение симметрирующего трансформатора.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Поделиться ссылкой:

Симметрирующий трансформатор. Устройство и работа. Применение

В идеале напряжение в трехфазной сети между каждой из фаз и нулевым проводником равно 220 В. Но, при подключении к фазам сети разных потребителей, которые различаются по величине и характеру, появляется перекос фаз. Если бы при подключении нагрузок обеспечивалось равенство сопротивлений потребителей, то и проходящие через них токи были бы одинаковыми. В результате того, что токи на фазах не равны, в нулевом проводнике появляется уравнительный ток и напряжение смещения.

Напряжения на фазах изменяются между собой, и возникает перекос фаз, следствием которого становится повышение расхода электрической энергии и неправильное функционирование потребителей, которое приводит к отказам, сбоям и быстрому износу изоляции.

Для трехфазных автономных источников энергии перекос фаз может привести к разным неисправностям механизмов. В результате может возрасти расход топлива и масла на приводном двигателе, а также жидкости для охлаждения генератора. Эти неисправности приводят к повышению расходов на электричество, расходные материалы.

Не всегда, получается, рассчитать токи потребителей на фазах, чтобы выровнять их напряжения. Поэтому для предотвращения отрицательных последствий используют симметрирующий трансформатор, который выравнивает напряжения на фазах.

Устройство и принцип работы

Симметрирующий трансформатор монтируется в стационарном исполнении. Выводы к нагрузке и сети обычно размещены на нижней панели. Для намотки катушек трансформатора используют только медные провода. Обмотки имеют гальваническую развязку, то есть, не имеют между собой электрического соединения. На входе в устройство устанавливается электрический автомат, позволяющий обеспечить защиту трансформатора от короткого замыкания и чрезмерных нагрузок. Трансформатор имеет индикаторы присутствия напряжения на выходе.

Первичная и вторичная обмотки трехфазного трансформатора соединены по схеме звезды. В них включена вспомогательная симметрирующая обмотка, охватывающая первичную высоковольтную обмотку трансформатора. Эта обмотка спроектирована таким образом, чтобы она могла выдержать продолжительный ток нагрузки трансформатора при работе в номинальном режиме на одной фазе. Вспомогательная симметрирующая обмотка включена в разрыв нулевого проводника трансформатора.

При появлении уравнительного тока в нулевом проводнике вследствие несимметричной нагрузки, магнитные потоки обмоток в магнитопроводе компенсируются противоположными потоками вспомогательной обмотки. В итоге перекос напряжений на фазах полностью исчезает.

Схема подключения обмоток для выравнивания фаз изображена на рисунке.

Энергетические параметры симметрирующих трансформаторов ввиду добавления вспомогательной обмотки практически не изменяются, однако заметно уменьшаются потери электрической энергии в сети. При возникновении перекоса напряжений на фазах происходит их выравнивание.

Эксперименты и исследования ученых показали, что при соответствующем расчете числа витков рабочих и вспомогательной обмоток, напряжение на вспомогательной обмотке трансформатора при номинальном токе в нулевом проводнике становится равным фазному напряжению. При этом симметрирующая обмотка выравнивает электродвижущую силу до нулевой величины.

Симметрирующий трансформатор значительно уменьшает сопротивление нулевой последовательности трансформатора. Это позволяет значительно повысить ток короткого замыкания на фазе, что стало основным достоинством симметрирующих устройств, из-за легкой и надежной регулировки релейной защиты и ее работы при коротком замыкании.

Разрушающее действие повышенного тока короткого замыкания, возникшего на одной фазе, такого выравнивающего трансформатора намного ниже, в отличие от тока короткого замыкания при отсутствии компенсирующей обмотки, так как этот разрушительный несимметричный поток полностью компенсируется.

Если рассмотреть, как работает симметрирующий трансформатор при подключении несимметричной нагрузки на одну фазу, то видно, что максимальная нагрузка на фазу равна третьей части от трехфазной мощности источника энергии.

После включения мощной нагрузки на одну фазу возникает перекос фаз, поэтому возрастает вероятность выхода из строя подключенных к источнику потребителей нагрузки. Если мощность потребителей возрастет на треть от мощности источника, то трансформатор может выйти из строя.

На рисунке видно, что максимальная нагрузка на фазу может быть равной половине трехфазной мощности источника. Однако, источник будет воспринимать нагрузку, распределенную равномерно по всем фазам.

Применение симметрирующего трансформатора позволяет снизить мощность генератора, при этом к нему будут подключены такие же по мощности приемники, как и без дополнительной обмотки. Для источника электричества нагрузка будет распределенной по фазам равномерным образом.

Как используется симметрирующий трансформатор

Такое устройство широко используется в различных областях:

• В работе жилищно-коммунального хозяйства.
• На садовых и дачных участках.
• В промышленном производстве на станках с программным управлением.
• В военной технике.

Симметрирующие трансформаторы располагают между потребителями нагрузки и источником электрической энергии.

Виды схем

• Симметрирующий прибор с 3-фазным трансформатором включает три обмотки. Вторая обмотка соединена с четвертой по последовательной схеме, а со второй на других магнитопроводах зигзагообразно. Общее количество витков 1-й и 3-й обмотки такое же, как во 2-й обмотке. Эффективное функционирование симметрирующего устройства создается с помощью уменьшения сопротивления протекающим токам нулевой последовательности. Это намного повышает надежность функционирования при возникновении аварии. Между нулевым выводом N2 и N1 в схему подключены тиристорные ключи (6,7), сопротивление (10) и стабилитроны (8,9) для подсоединения фазных нагрузок.

• Эта схема состоит из:
  — магнитопровод 1, состоящий из трех стержней;
  — первичная трехфазная симметричная обмотка 2 с сетевым питанием;
  — вторичная обмотка 3, подключенная тремя лучами зигзага.Особенностью такой схемы является отсутствие тока нулевой последовательности во время любых режимов. Симметрирующий трансформатор наиболее надежен и прост в устройстве.

Симметрирующие устройства могут снижать потери электроэнергии путем падения амплитуд колебаний, падения сопротивления, что увеличивает ресурс работы источников энергии в сетях, в которых возникли перекосы фаз. Такие устройства служат для увеличения надежности работы автономных бензиновых генераторов и различных потребителей энергии при перекосах фаз. Подобные устройства позволяют рационально использовать электростанции с небольшой мощностью.

Похожие темы:

О — симметрирующий трансформатор, преобразующий три фазы в одну

ТСТ2-О — симметрирующий трансформатор, преобразующий три фазы в одну

Трехфазно-однофазные симметрирующие трансформаторы ТСТ2-О, с выходным номинальным напряжением 220В в автотрансформаторном варианте представляют собой трехфазный симметрирующий трансформатор ТСТ2, в котором в качестве выводов для подключения однофазной нагрузки применяется одна из фаз и нулевой вывод данного трансформатора. В этом случае, симметрирующий трансформатор обеспечивает преобразование трехфазной сети в однофазную.

При этом, питающая сеть воспринимает однофазную нагрузку, включенную через симметрирующий трансформатор как трехфазную.

Трехфазно-однофазные симметрирующие трансформаторы ТСТ2-О, с выходным номинальным напряжением 380В в автотрансформаторном варианте представляют собой специальный симметрирующий трансформатор, в котором в качестве выводов для подключения однофазной нагрузки применяется два вывода от обмоток данного трансформатора. В этом случае, симметрирующий трансформатор обеспечивает преобразование трехфазной сети в однофазную с выходным напряжением 380В. При этом питающая сеть воспринимает однофазную нагрузку, включенную через симметрирующий трансформатор как трехфазную.

Примерное распределение однофазной мощности по фазам трехфазной питающей сети происходит в соотношении 2:1:1.

Фильтросимметрирующие трансформаторы  типа ТСТ2-О   обеспечивают преобразование трехфазной сети в однофазную без гальванической развязки с питающей сетью.

Использование симметрирующих трансформаторов ТСТ2-О

Такие трансформаторы используются для согласования (электромагнитной совместимости) мощных однофазных нагрузок с питающей сетью ограниченной мощности, в том числе автономных источников электрической энергии, перераспределения токов по трем фазам и для уменьшения влияния этой нагрузки на работу других ответственных электроприемников. Фильтросимметрирующиетрансформаторы ТСТ2-О обеспечивают при необходимости — номинальные напряжения отличные от напряжений 220В и 380В, например 12В, 24В, 36В и др.

По желанию Заказчиков трансформаторы могут устанавливаться в корпусах со степенью защиты IP20, IP31 или IP54 с возможностью вывода питающих кабелей через сальниковые уплотнения.

Массо-габаритные размеры в вышеуказанной таблице соответствуют исполнению в корпусах, со степенью защиты IP20. Габариты шкафов для исполнений со степенями защиты IP31 и IP54 рассчитываются дополнительно.

Симметрирующий трансформатор ТСТ2-ОР(3х1) — Электропривод

Доброго  дня бывалые!

Нужна поддержка людей знающих трехфазные трансформаторы.

Задача в миру стоит таким образом: Дизель-генератор трехфазный, один из мощных потребителей однофазный, сварочный пост.

дизель-генератор снабжен 3м классом автоматики, в том числе отключает генератор при перекосе фаз 20%.

-первоначальное решение подключение однофазной нагрузки через трехфазной трансформатор первичка треугольник-вторичка последовательно-встречное включение (обсуждалось в теме «Трехфазный трансформатор как?» Нагрузка на генератор распределялась по фазам в соотношении 2:1:1 

-изучение темы фазосимметрирующих устройств от одной питерской конторы а конкретно аппарата «фильтросимметрирующий трансформатор с гальванической развязкой ТСТ2-ОР(3х1)

который построен с применением патента №2668086 «Трехфазно-однофазный трансформатор» , дак вот в нем заявлено что посредством такого трансформатора продключение однофазной нагрузки приводит к практически равномерной нагрузки фаз источника.

вот схема соединения обмоток трансформатора:

и описание работы:

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, первичные обмотки трехфазного трансформатора соединены по схеме зигзаг, причем соединены обмотки фаз A и B, B и C, C и A, а вторичные обмотки фаз A и C включены встречно и соединены с выходными зажимам при этом первые крайние выводы первичных обмоток подключены к входным зажимам, а два из вторых крайних выводов фаз A и C соединены между собой, а третий из вторых крайних выводов фазы В соединен непосредственно с нулевым рабочим проводником питающей сети

На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит входные зажимы для подключения питающей сети A1, B1, C1, N1 и выходные зажимы для подключения нагрузки A2, C2, трехфазно-однофазный трехстержневой симметрирующий трансформатор 1, имеющий первичные обмотки, включенные по схеме «зигзаг» 2 и 3 причем соединены обмотки 2 фазы A1 с обмоткой 3 фазы B1, обмотки 2 фазы B1 с обмоткой 3 фазы C1, обмотка 2 фазы C1 с обмоткой 3 фазы A1, вторичные обмотки 4 и 5 фаз A1 и C1 соединены встречно и подключены к выходным зажимам A2 и C2 первые крайние выводы первичных обмоток 6, 7 и 8 подключены к входным зажимам A1, B1 и C1 два из вторых крайних выводов фаз A и C а именно 9 и 10 соединены между собой, а третий из вторых крайних выводов 11 фазы В соединен непосредственно с нулевым рабочим проводником питающей сети N1.

Устройство работает следующим образом: При подаче напряжения от питающей сети или от автономного источника электрической энергии, например дизель генератора на первичные обмотки включенные в зигзаг трехфазно-однофазного трансформатора 1 на первые крайние выводы 7 и 8 фаз B1 и C1 подается линейное напряжение поскольку вторые крайние выводы 9 и 10 соединены между собой и не соединяются с нулевым проводом питающей сети, а на вывод 6 фазы A1 и второй крайний вывод 11 подается фазное напряжение. Выходное однофазное напряжение снимается с включенных встречно вторичных обмоток фаз A и C. Величина этого напряжения определяется коэффициентом трансформации трансформатора. Благодаря такому включению магнитное равновесие в магнитопроводе трехфазного трехстержневого трансформатора 1, при работе на однофазную нагрузку, достигается при меньших значениях максимального тока со стороны питающей сети и симметричности входных токов со стороны питающей сети.

Технико-экономическая эффективность при использовании трехфазно-однофазного трансформатора достигается благодаря практически симметричности входных токов и равномерному распределению мощности однофазной нагрузки по трем фазам и соответственно увеличению пропускной способности питающей сети.

https://findpatent.ru/patent/266/2668086.html
© , 2012-2020

Вопрос: кто подскажет количественные  характеристики обмоток 2,3,4,5 при условии что, входное напряжение трехфазное 400 вольт, выходное 230 вольт, железо сердечника позволяет снимать с 1го витка 1,44 вольта (для упрощения расчета можно принять 1 виток- 1,5 волт).

Всем спасибо , благодарю за понимание, надеюсь на поддержку.

 

Повышение качества трехфазных систем электропитания с помощью симметрирующих трансформаторов — Симметрирующие трансформаторы

Почему при выборе трехфазных устройств, обеспечивающих улучшение качества электроэнергии, повышения надежности системы электроснабжения и снижение потерь предпочтение следует отдавать симметрирующим трансформаторам переменного напряжения типа ТСТ2 и ТСТ2Р?

Известно, что более 35% вырабатываемой электроэнергии, распределяется в низковольтных сетях с нулевым проводом. Исследование режимов работы таких сетей показывает, что качество электроэнергии во многих случаях не удовлетворяет требованиям ГОСТ 13109-97, и ниже уровня допустимого международными стандартами. Главными фактором, ухудшающим режим напряжения у потребителей и увеличивающим потери электроэнергии, является неуравновешенность трехфазной системы электропитания из-за смещения нейтрали фазных напряжений и влияния высших гармоник. Этому способствуют следующие причины:

1. Практически повсеместное использование трансформаторов с выходным линейным напряжением 380В со схемой соединения «звезда-звезда» с нулем, которая имеет в 10 раз большее значение сопротивления нулевой последовательности, чем значение сопротивлений прямой и обратной последовательностей.
2. Рост числа однофазных нагрузок большой мощности, нелинейный характер которых приводит к появлению третьей гармоники, имеющий нулевой порядок следования фаз, которая может достигать 100% тока основной частоты. Обычные нагрузки сменяются нелинейными , особенностью которых является импульсное и высокочастотное потребление мощности.
3. Большая протяженность городских и особенно сельских сетей 380В. Неуравновешенность напряжений, возникающая за счет большого сопротивления нулевой последовательности низковольтных сетей, не может быть исключена с помощью симметричных средств регулирования режима. Более того, симметричное регулирование напряжения, осуществляемое в центре питания при неуравновешенной системе напряжений, неизбежно приводит к увеличению отклонений напряжений у потребителей одной или двух фаз. Дополнительные отклонения напряжения, вызываемые смещением нейтрали фазных напряжений, в значительной степени способствуют установке индивидуальных стабилизаторов напряжения. Наряду с большими затратами дефицитных материалов, их применение вызывает увеличение потерь напряжения и мощности в электрических сетях, дополнительное потребление электроэнергии.
   Наличие высших гармоник в нелинейных нагрузках, приводит к дополнительным потерям электроэнергии,
   снижению срока службы электротехнического оборудования , а в ряде случаев — к выходу оборудования
   из строя.

В четырехпроводных электрических сетях России и других стран СНГ в основном используются трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда-звезда» с нулем. Однако, эти самые дешевые в изготовлении трансформаторы в эксплуатации экономичны лишь при симметричной нагрузке фаз. Реально несимметричная нагрузка фаз и нелинейный характер однофазных нагрузок – одна из главных причин возрастания потерь в силовых трансформаторах и в снижении качества электроэнергии, поставляемой потребителям, питающимся от этих трансформаторов. В последнее время эта проблема особенно актуальна в связи с распространением в современных системах электроснабжения электроприемников, явно и существенно искажающих сетевое напряжение, таких как управляемый электропривод , сварочные аппараты , компьютерная и другая электронная техника.

Потери короткого замыкания Рк силовых трансформаторов  зависят от величины тока в нулевом проводе и с его увеличением резко возрастают. Ток в нулевом проводе приводит к возникновению потоков нулевой последовательности в трехфазных магнитных системах и носит характер потоков рассеяния, аналогичных потокам короткого замыкания, но по величине значительно больших , о чем свидетельствуют соотношения полных сопротивлений для типов трансформаторов ТМ, ТМА, ТСМА — Zкз и Zо первые Zкз в ( 7 – 15) раз меньше Zо.

Таким образом для решения проблемы качества электроэнергии в сетях низкого напряжения 0,4кВ , целесообразно проведение мероприятий по снижению эквивалентного сопротивления нулевой последовательности сети, а также применению индивидуальных и групповых фильтрующих и корректирующих устройств.

Одним из эффективных способов снижения смещения нейтрали фазных напряжений и фильтрации высших гармоник , является значительное уменьшение сопротивления нулевой последовательности и сопротивление петли фаза-нуль , достигаемое применением фильтро-симметрирующих нормализаторов переменного напряжения типа ТСТ2 и ТСТ2Р.

Симметрирующие трансформаторы или фильтро-симметрирующие нормализаторы переменного напряжения типа ТСТ2 и ТСТ2Р обеспечивают:

1. Нормализацию фазных ( линейных ) напряжений.
2. Снижение потребления электроэнергии.
3. Фильтрацию высших гармоник.
4. Увеличение срока службы используемого оборудования.
5. Обеспечивают повышенную надежность и безопасность.
6. Срок окупаемости менее 24 месяцев.

В целом ряде случаев применение симметрирующих трансформаторов-нормализаторов ТСТ2 и ТСТ2Р позволяет исключить из системы электроснабжения стабилизаторы напряжения. В тех же случаях, когда без применения стабилизаторов напряжения не обойтись — совместное применение трехфазной группы однофазных стабилизаторов и фильтро-симметрирующих трансформаторов ТСТ2 позволяет обеспечить  стабилизацию фазных и линейных напряжений одновременно. В тоже время применение трехфазного стабилизатора состоящего их трех однофазных при стабилизации фазных напряжений, может приводить к существенной несимметрии линейных напряжений с весьма неблагоприятными последствиями для трехфазных нагрузок, например, электродвигателей.

Фильтро-симметрирующие трансформаторы (нормализаторы) переменного напряжения типа ТСТ2 изготавливаются по двум вариантам исполнения, а именно: исп.1- с последовательно — параллельным включением и исп.2 – с параллельным включением, а нормализаторы ТСТ2Р только с последовательно-параллельным включением ( исп.1).
При последовательно- параллельном включении нормализатор ТСТ2 ( ТСТ2 Р ) размещают между источником электрической энергии ( питающая сеть или автономный источник энергии ) и электроприемниками – потребителями электрической энергии.

При параллельном подключении ТСТ2 подключается параллельно источнику электрической энергии и нагрузке. Применение фильтро-симметрирующих нормализаторов ТСТ2, с последовательно – параллельным включением, также целесообразно в системе с автономными источниками электроэнергии: дизель — генераторными установками и источниками бесперебойного питания , существенно влияя на увеличение срока службы , надежности этих изделий и снижая потери электрической энергии. Фильтро-симметрирующий трансформатор исключает протекание токов нулевой последовательности по обмоткам генератора и источника бесперебойного питания и снижает нелинейные искажения .

Преимущества применения симметрирующих трансформаторов в трехфазных автономных источниках электрической энергии

Дизель-генераторные установки (газовые, бензиновые и др.) и преимущества их совместного применения с фильтро-симметрирующими трансформаторами ТСТ2, ТСТ2Р и их модификациями.

Применение в системе автономного электроснабжения симметрирующих трансформаторов ТСТ2, ТСТ2Р и их модификаций позволяет:

1. Нормализовать фазные и линейные напряжения при несимметрии токов нагрузки как установившихся, так и динамических режимов работы.
2. Обеспечить нормальную работу генераторов при несимметрии токов нагрузки, существенно превышающую допустимую (20-25%).
3. Уменьшить провалы и скачки напряжения при включении и отключении нагрузок.
4. Обеспечить длительную работу автономных источников электрической энергии при превышении нагрузки по одной из фаз до 50% мощности генератора.
5. Возможна реализация дополнительной функции — опция догрузочного устройства.
6. Снизить потери электрической энергии из-за снижения сопротивления, уменьшения гармоник и повысить надежность автономных источников электрической энергии и электроприемников за счет фильтрации высших гармоник, нормализации напряжения и уменьшения отказов электрооборудования в сетях с несимметричными и нелинейными нагрузками.
7. Исключить протекание токов нулевой последовательности, создающих дополнительное подмагничивание стали, ухудшение характеристик генераторов и дополнительный нагрев сердечников и обмоток.
8. Обеспечить электромагнитную совместимость электронного и силового оборудования с автономными источниками электрической энергии.

Негативное влияние несимметрии напряжений,  токов и высших гармоник на работу электродвигателей, генераторов, трансформаторов, выпрямителей и установок для компенсации реактивной мощности.

• Несимметрия линейных напряжений 4% сокращает срок службы асинхронных электродвигателей в 2 раза. При несимметрии напряжений больше или равной 5% резко увеличиваются вибрация двигателей и нагрев их обмоток.
• Несимметрия напряжения в 1% создает несимметрию токов в обмотках электродигателей 7-9%, а это дополнительные потери и уменьшение полезного момента.
• Уменьшение полезного момента примерно равно квадрату коэффициента несимметрии напряжения.
• При наличии в питающем напряжении электродвигателей высших гармоник, возникает перегрев за счет дополнительных потерь как в статоре так и в роторе.
• Трехфазные синхронные генераторы очень чувствительны к несимметрии токов. Несимметрия токов трехфазных генераторов приводит к колебаниям активной мощности, механическим перенапряжениям вала, к износу и разрушению подшипниковых щитов, повышенному расходу дизельного топлива дизель-генераторных установок. Согласно ГОСТа на электрические машины длительная работа при несимметрии токов генератора превышающей 20-25% не допустима.
• При наличии в сети высших гармоник, вызываемыми мощными нелинейными нагрузками, возникают дополнительные потери активной мощности, что приводит к перегреву генератора и снижению КПД
• Несимметрия входных напряжений питающего трансформатора, как и токов нагрузки приводит,  к появлению неуравновешанности и несимметрии выходных напряжений. В зависимости от схемы соединения обмоток могут возникнуть условия перегрева магнитопровода и обмоток. Трансформаторы с нулевым выводом  могут существенно перегреваться токами высших гармоник нулевой последовательности, особенно третьей гармоникой.
• Несимметрия напряжений и высшие гармоники увеличивают диэлектрические потери в конденсаторах установок  для компенсации реактивной мощности из-за того ,что их сопротивление с ростом гармоник уменьшается по экспоненциальному закону, что вызывает повышение температуры и сокращение срока службы конденсаторов.
• Несимметрия напряжений и высшие гармоники усложняют работу установок для компенсации реактивной мощности из-за возможного резонанса токов в сети, который возможен на двух частотах.

Обоснование применения симметрирующих трансформаторов ТСТ2 и ТСТ2Р — Симметрирующие трансформаторы

Обоснование применения симметрирующих трансформаторов ТСТ2 , ТСТ2Р, ТСТ2-О – вместо трехфазных и однофазных стабилизаторов напряжения.

В настоящее время широкое распространение получило применение трехфазных стабилизаторов переменного напряжения, в которых для обеспечения заданного номинального фазного напряжения 220В, применяются три независимых однофазных стабилизатора напряжения. Наряду с этим в большинстве случаев декларируется одновременная стабилизация линейных напряжений 380В, что не всегда обоснованно.

Принцип действия трехфазных стабилизаторов

Каждый из однофазных стабилизаторов повышает или понижает напряжение данной фазы до номинального, что автоматически приводит к изменению двух линейных напряжений, в которые входит данная фаза. Так, при необходимости повысить напряжение фазы А автоматически повышаются линейные напряжения АВ и АС, но поскольку, основной причиной отклонения фазных напряжений является смещение нейтрали, то обеспечение стабилизации фазных напряжений во многих случаях приводит к несимметрии линейных напряжений. А несимметрия линейных напряжений весьма неблагоприятно сказывается на работе трехфазных потребителей, например электродвигателей, значительно сокращая срок их службы.
На векторных диаграммах линейных и фазных напряжений, которые представлены хорошо видно (рис.1) , как для повышения так и для понижения напряжения на одной из фаз стабилизатор выравнивает модули векторов фазных напряжений 0A, 0B и 0C, из-за этого равносторонний треугольник, образованный векторами изначально равных по величине линейных напряжений AB, BC, CA превращается в произвольный треугольник с неодинаковым по величине линейными напряжениями, то есть возникает несимметрия линейных напряжений.

Вид 1 на рисунке
Таким образом, трехфазные стабилизаторы напряжения решая поставленную задачу стабилизации фазных напряжений одновременно обеспечивают, несимметрию линейных напряжений. Также необходимо учитывать значительные потери электрической энергии и надежность стабилизаторов напряжения, имеющих изнашивающиеся подвижные и электронные компоненты .

Преимущества симметрирующих трансформаторов

Мы предлагаем решение проблемы и рекомендуем применять симметрирующие трансформаторы ТСТ2 и ТСТ2Р , которые обеспечивают нормализацию фазных, а при необходимости и линейных напряжений, устраняют перекос фазных напряжений, и ПЕРЕраспределяют несимметричный ток нагрузки по трем фазам питающей сети.

На Рисунке 2 показано выравнивание фазных напряжений при помощи фильтросимметрирующих трансформаторов ТСТ2. Равносторонний треугольник, образованный векторами изначально равных по величине линейных напряжений AB, BC, CA остается неизменным, а выравнивание модулей векторов фазных напряжений 0A, 0B и 0C происходит за счет устранения смещения нейтрали и создания устойчивой нулевой точки 0.

Вид 2 на рисунке
Применение ТСТ2 вместо трехфазного стабилизатора напряжения рекомендовано в том случае, если линейных напряжения симметричны и находятся в диапазоне 380 В±5% (360-400 В). Если линейные напряжения несимметричны и или выходят за указанные диапазоны, то рекомендовано применение ТСТ2Р или ТСТ2 совместно с трехфазной группой однофазных стабилизаторов. В отличии от известных трехфазных регуляторов (стабилизаторов) переменного напряжения типа СТС, Lider, Sassin и других, в фильтросимметрирующих нормализаторах ТСТ2Р вольтодобавочная обмотка подключается со стороны питающей сети. Это для того, чтобы по ней не протекал нагрузочный ток нулевой последовательности, протекание которого вызывает дополнительные потери и искажения.
Преимущества очевидны: повышенная надежность, меньше цена, меньше потери электрической энергии. Фильтросимметрирующий трансформатор обеспечивает параметрическое симметрирование напряжений, более равномерное распределение фазных и линейных нагрузок при работе от питающей сети, а также устойчивую работу дизель — генератора при загрузке одной, двух фаз и при несимметрии нагрузок по трем фазам — увеличение срока службы, снижение расхода топлива, уменьшение износа при работе от дизель – генератора.

Преимущества применения трехфазно-однофазного трансформатора ТСТ2-О  в сравнении с однофазными стабилизаторами переменного напряжения:

1. Уменьшение максимального значения потребляемого от питающей сети тока в 1,5 раза, что создает дополнительные возможности увеличения мощности.
2. Отсутствие необходимости симметрирования нагрузок (особенно актуально когда нагрузки нельзя разделить на три группы).
3. Фильтрация третьей и кратных ей высших гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.
4. Исключение влияния неуравновешенности напряжений (смещения нейтрали) на величину однофазного напряжения.
5. Простота и надежность, при минимуме коммутирующих элементов в изделии.