В силовой энергетике для питания сетей разным напряжением применяют трехобмоточные трансформаторы. Экономическая целесообразность их применения объясняется тем, что один такой трансформатор заменяет два двухобмоточных трансформатора, вследствие чего капитальные затраты на сооружение подстанции уменьшаются и схема коммутации становится проще.
Конструктивно трехобмоточный трансформатор не отличается от двухобмоточного трансформатора. В трехобмоточном трансформаторе на каждом стержне концентрически располагают три обмотки. Обмотка высшего напряжения по условиям изоляции является внешней, обмотки среднего и низшего напряжения можно менять местами в зависимости от того, между какими обмотками желательно иметь меньшее значение напряжения короткого замыкания.
Трехобмоточные трансформаторы выполняют с обмотками как одинаковой, так и разной мощности — разного исполнения (табл. 1). Обмотку ВН всегда выполняют на полную мощность. Эту мощность принимают за номинальную мощность трансформатора.
В последние годы отечественные трехобмоточные трансформаторы изготовляют с обмотками ВН, СН и НН одинаковой мощности (100%). Ранее выпускались такие трехобмоточные трансформаторы, у которых обмотки НН и СН могли иметь мощность в 1,5 раза меньшую, нежели мощность обмотки ВН (100/1,5 = 66,7%).
Первое исполнение называется исполнением на полную мощность. В этом случае с учетом вероятного в условиях эксплуатации несовпадения графиков нагрузок трансформатор допускает работу любой пары обмоток или сочетания всех трех обмоток на полную номинальную мощность. Остальные исполнения при тех же условиях допускают работу трансформатора при нагрузке обмоток НН и СН на неполную номинальную мощность.
Изготавливают трехфазные трехобмоточные трансформаторы с группой соединения обмоток У/У /Д-0-11 или У/Д/Д-11-11 (рис.1). Параметры трехобмоточного трансформатора определяют из опытов холостого хода и короткого замыкания. Из опыта холостого хода определяют ток холостого хода, сопротивление ветви намагничивания, потери в магнитопроводе и коэффициенты трансформации kх2 = U1 /U2 , k13 = U 1/U3 , k23 =U2 /U3 . Остальные параметры определяют из опытов короткого замыкания.
Когда проводится опыт короткого замыкания между парой обмоток при разомкнутой третьей, трехобмоточный трансформатор работает как двухобмоточный, поэтому сопротивление между любой парой зажимов схемы замещения равно сопротивлению короткого замыкания между соответствующей парой обмоток:
Таким образом, у трехобмоточного трансформатора напряжение Uк % и потери короткого замыкания Рк определяют для каждой пары обмоток, причем в целях единообразия метода расчета все значения и % и Р приводят к номинальной мощности, если даже одна или две обмотки рассчитаны на неполную мощность.
Напряжения короткого замыкания определяются в основном реактивными составляющими, которые, в свою очередь, определяются индуктивными сопротивлениями обмоток.
Напряжение короткого замыкания между внутренней и внешней обмотками значительно больше, чем напряжения между другими обмотками.
Параллельная работа трехобмоточных трансформаторов, а также с двухобмоточными трансформаторами, подчиняется тем же требованиям, что и параллельная работа двухобмоточных трансформаторов.
Разновидностью трехобмоточного трансформатора является трехфазный трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения. В таком трансформаторе обмотка низшего напряжения каждой фазы выполняется из двух частей (ветвей), расположенных симметрично по отношению к обмотке высшего напряжения. Номинальные напряжения ветвей обмотки одинаковы. Мощность каждой обмотки низшего напряжения составляет часть номинальной мощности трансформатора (при двух ветвях — 1/2, при трех ветвях — 1/3). В трехфазных трансформаторах обе части расщепленной обмотки размещены на общем стержне соответствующей фазы одна над другой, а в однофазных трансформаторах части обмотки размещены на разных стержнях. Каждая ветвь расщепленной обмотки имеет самостоятельные выводы. Допускается любое распределение нагрузки между ветвями расщепленной обмотки, например при двух ветвях одна ветвь может быть полностью нагружена, а вторая отключена, или обе ветви нагружены полностью.
Достоинством трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения является большое сопротивление короткого замыкания между ветвями, что дает возможность ограничить ток КЗ на стороне низшего напряжения, например на подстанциях.