Samenvatting – Driefasige transformatoren
Een driefasige transformator transformeert de drie lijnspanningen van een net naar een ander spanningsniveau.
Dit deel bouwt voort op de basiswetten van de eenfasige transformator en behandelt vervolgens de opbouw, de
schakelgroepen, het equivalent schema, parallelschakeling, de constructie en de beveiliging.
1. Basiswetten van de transformator
Drie wetten beheersen het gedrag van elke transformator en gelden ook per been van een driefasige
transformator.
Wet 1 – De flux hangt af van de spanning, niet van de belasting
De flux wordt bepaald door de grootte en de frequentie van de aangelegde spanning, niet door de belasting.
E = 4,44 · f · N · Φm
Hieruit volgt een belangrijk aandachtspunt: een transformator die van de VS (60 Hz) naar de EU (50 Hz) gaat,
raakt bij dezelfde spanning in verzadiging, omdat een lagere frequentie een hogere flux vraagt.
Wet 2 – De spanning per winding is primair en secundair gelijk
E1/N1 = E2/N2 ⟹ E1/E2 = N1/N2 = k
Door het aantal aangesloten primaire windingen te veranderen, kan men de secundaire spanning constant
houden, onafhankelijk van een primaire spanning die hoger of lager is dan nominaal. Dit is het principe van de
spanningsregeling in HS/MS.
Wet 3 – De kortsluitspanning
De kortsluitspanning uk is de spanning (in % van de nominale spanning) die men aan de primaire moet
aanleggen om bij kortgesloten secundaire de nominale stroom te krijgen.
N1·I1 = N2·I2 ⟹ I1/I2 = 1/k · Ik = In/uk
De kortsluitstroom volgt dus rechtstreeks uit de nominale stroom en de kortsluitspanning. Bij parallelschakeling
moeten de kortsluitspanningen gelijk zijn, anders verdeelt de stroom zich niet in verhouding met de nominale
vermogens.
2. Principiële opbouw
Transformatoren in het HS-net bestaan meestal uit 3 afzonderlijke eenfasige transformatoren. Dat is
makkelijker te transporteren, en bij een defect hoeft slechts één eenheid vervangen te worden. Om
isolatieredenen schuift men de LS-wikkeling rond de kern en plaatst men de HS-wikkeling daaroverheen.
Bij een symmetrische belasting is de som van de drie fluxen nul, waardoor het centrale been kan wegvallen. Zo
ontstaan twee bouwvormen wanneer de transformator niet te hoog mag zijn:
Kerntransformator: de wikkelingen zitten rond de benen; bezit een beperkte magnetische asymmetrie.
Manteltransformator: de magnetische kring omsluit de wikkelingen langs beide zijden.
Magnetische asymmetrie
, De kerntransformator vertoont een beperkte magnetische asymmetrie: de fluxpaden van de drie deelketens zijn
niet even lang. De middelste flux kan zich over twee gelijke ketens sluiten, terwijl Φ1 en Φ3 zich door twee
ongelijke ketens moeten sluiten. Wordt niet voldaan aan de evenwichtsvoorwaarde Φm = Φ1 + Φ2 + Φ3 = 0 (bv.
bij asymmetrische belasting met de primaire in ster), dan ontstaat een flux die zich sluit door de lucht en de
ijzeren constructiedelen, met extra verliezen tot gevolg.
3. Schakelgroepen en transformatieverhoudingen
Schakelgroep en klokgetal
De schakelgroep beschrijft een driefasige transformator met drie symbolen (bv. Yy0, Dy5): de schakelwijze van
de HS-zijde, die van de LS-zijde en het klokgetal.
HS-zijde (hoofdletter): Y = ster, D = driehoek.
LS-zijde (kleine letter): y = ster, d = driehoek, z = zigzag (enkel LS).
Klokgetal (0…11): de faseverschuiving (na-ijling) van de secundaire t.o.v. de primaire spanning, uitgedrukt
als veelvoud van 30°.
Bepaling van het klokgetal: de spoelen op één been hebben dezelfde wikkelzin; de primaire wordt met een direct
spanningssysteem gevoed. Wijzen de spanningspijlen op hetzelfde been in dezelfde zin, dan liggen de spanningen in fase (bij
aansluitingen naar beneden net in tegenfase).
Transformatieverhouding
De transformatieverhouding k' is de verhouding van de primaire lijnspanning tot de secundaire lijnspanning.
Bij driefasige transformatoren is deze niet noodzakelijk gelijk aan de windingsverhouding k: de schakelwijze
speelt een cruciale rol. De spanningen van twee wikkelingen op hetzelfde been verhouden zich wél als hun
windingen (Uw/uw = N1/N2 = k).
Schakeling Transformatieverhouding k′
Yy k
Dd k
Yd √3 · k
Dy k / √3
Yz 2/√3 · k
Dz 2/3 · k
Tip bij zigzag: elk stukje van een zigzagwikkeling bestaat uit N2/2 windingen.
Toepassing van schakelgroepen
Yd – koppelt generatoren van grote centrales aan het net (Y aan HS, d aan de generatorzijde). Voorkomt dat
aardsluitingen van de generator het HS-net beïnvloeden; de generator wordt geaard.
Yy0 – gebruikt in HS om de spanning per wikkeling zo klein mogelijk te houden: minder windingen en
minder isolatiemateriaal.
Een driefasige transformator transformeert de drie lijnspanningen van een net naar een ander spanningsniveau.
Dit deel bouwt voort op de basiswetten van de eenfasige transformator en behandelt vervolgens de opbouw, de
schakelgroepen, het equivalent schema, parallelschakeling, de constructie en de beveiliging.
1. Basiswetten van de transformator
Drie wetten beheersen het gedrag van elke transformator en gelden ook per been van een driefasige
transformator.
Wet 1 – De flux hangt af van de spanning, niet van de belasting
De flux wordt bepaald door de grootte en de frequentie van de aangelegde spanning, niet door de belasting.
E = 4,44 · f · N · Φm
Hieruit volgt een belangrijk aandachtspunt: een transformator die van de VS (60 Hz) naar de EU (50 Hz) gaat,
raakt bij dezelfde spanning in verzadiging, omdat een lagere frequentie een hogere flux vraagt.
Wet 2 – De spanning per winding is primair en secundair gelijk
E1/N1 = E2/N2 ⟹ E1/E2 = N1/N2 = k
Door het aantal aangesloten primaire windingen te veranderen, kan men de secundaire spanning constant
houden, onafhankelijk van een primaire spanning die hoger of lager is dan nominaal. Dit is het principe van de
spanningsregeling in HS/MS.
Wet 3 – De kortsluitspanning
De kortsluitspanning uk is de spanning (in % van de nominale spanning) die men aan de primaire moet
aanleggen om bij kortgesloten secundaire de nominale stroom te krijgen.
N1·I1 = N2·I2 ⟹ I1/I2 = 1/k · Ik = In/uk
De kortsluitstroom volgt dus rechtstreeks uit de nominale stroom en de kortsluitspanning. Bij parallelschakeling
moeten de kortsluitspanningen gelijk zijn, anders verdeelt de stroom zich niet in verhouding met de nominale
vermogens.
2. Principiële opbouw
Transformatoren in het HS-net bestaan meestal uit 3 afzonderlijke eenfasige transformatoren. Dat is
makkelijker te transporteren, en bij een defect hoeft slechts één eenheid vervangen te worden. Om
isolatieredenen schuift men de LS-wikkeling rond de kern en plaatst men de HS-wikkeling daaroverheen.
Bij een symmetrische belasting is de som van de drie fluxen nul, waardoor het centrale been kan wegvallen. Zo
ontstaan twee bouwvormen wanneer de transformator niet te hoog mag zijn:
Kerntransformator: de wikkelingen zitten rond de benen; bezit een beperkte magnetische asymmetrie.
Manteltransformator: de magnetische kring omsluit de wikkelingen langs beide zijden.
Magnetische asymmetrie
, De kerntransformator vertoont een beperkte magnetische asymmetrie: de fluxpaden van de drie deelketens zijn
niet even lang. De middelste flux kan zich over twee gelijke ketens sluiten, terwijl Φ1 en Φ3 zich door twee
ongelijke ketens moeten sluiten. Wordt niet voldaan aan de evenwichtsvoorwaarde Φm = Φ1 + Φ2 + Φ3 = 0 (bv.
bij asymmetrische belasting met de primaire in ster), dan ontstaat een flux die zich sluit door de lucht en de
ijzeren constructiedelen, met extra verliezen tot gevolg.
3. Schakelgroepen en transformatieverhoudingen
Schakelgroep en klokgetal
De schakelgroep beschrijft een driefasige transformator met drie symbolen (bv. Yy0, Dy5): de schakelwijze van
de HS-zijde, die van de LS-zijde en het klokgetal.
HS-zijde (hoofdletter): Y = ster, D = driehoek.
LS-zijde (kleine letter): y = ster, d = driehoek, z = zigzag (enkel LS).
Klokgetal (0…11): de faseverschuiving (na-ijling) van de secundaire t.o.v. de primaire spanning, uitgedrukt
als veelvoud van 30°.
Bepaling van het klokgetal: de spoelen op één been hebben dezelfde wikkelzin; de primaire wordt met een direct
spanningssysteem gevoed. Wijzen de spanningspijlen op hetzelfde been in dezelfde zin, dan liggen de spanningen in fase (bij
aansluitingen naar beneden net in tegenfase).
Transformatieverhouding
De transformatieverhouding k' is de verhouding van de primaire lijnspanning tot de secundaire lijnspanning.
Bij driefasige transformatoren is deze niet noodzakelijk gelijk aan de windingsverhouding k: de schakelwijze
speelt een cruciale rol. De spanningen van twee wikkelingen op hetzelfde been verhouden zich wél als hun
windingen (Uw/uw = N1/N2 = k).
Schakeling Transformatieverhouding k′
Yy k
Dd k
Yd √3 · k
Dy k / √3
Yz 2/√3 · k
Dz 2/3 · k
Tip bij zigzag: elk stukje van een zigzagwikkeling bestaat uit N2/2 windingen.
Toepassing van schakelgroepen
Yd – koppelt generatoren van grote centrales aan het net (Y aan HS, d aan de generatorzijde). Voorkomt dat
aardsluitingen van de generator het HS-net beïnvloeden; de generator wordt geaard.
Yy0 – gebruikt in HS om de spanning per wikkeling zo klein mogelijk te houden: minder windingen en
minder isolatiemateriaal.
