Обяснение на векторната група на трансформатора: Dyn1, Dyn11 и Yyn0, и защо часовото число определя вашия проект

Двата трансформатора изглеждаха идентични на документи: всеки по 1250 kVA, 13,8 kV към 480Y/277 V, импеданс с разлика по-малка от половин процент. Въпреки това не можеха да работят паралелно. Причината беше един ред на табелката — векторната група на трансформатора — където монтираният агрегат е маркиран като Dyn11, а резервният, който трябваше да съответства, е Dyn1. При трифазни системи това часовово число решава дали два агрегата са близначки или напълно различни, а този ред най-често остава празен в заявките.

Какво всъщност ви казва векторната група на един трансформатор

Буквите описват начините на свързване на намотките, а числата – фазовото изместване. Главните букви се отнасят до ВН намотката, а малките букви – до НН намотката: D и d означават триъгълник, Y и y – звезда, Z и z – зигзаг, а малкото n означава, че неутралната точка е изведена и завършена. векторната група на трансформатора записано като Dyn11, това означава триъгълник за ВН намотката, звезда за НН намотката с изведена неутрална точка и фазово изместване от 11 × 30 = 330 градуса.

Конвенцията с часовниковата стрелка се дефинира със символите за свързване в IEC 60076-1 (https://webstore.iec.ch/en/publication/588/). Представете си високоволтовия фазор, сочещ към 12 часа; нисковолтовият фазор е разположен на часа, посочен от числото. 11 часа са 330 градуса, което означава, че нисковолтовият фазор изпреварва високоволтовия с 30 градуса. 1 час е 30 градуса в обратна посока, така че при трансформатор Dyn1 нисковолтовият фазор изостава от високоволтовия с 30 градуса. И двете конфигурации са допустими и изключително разпространени. Освен това те са разделени на 60 градуса, а не на 0 градуса – това е детайла, който често подвежда специалистите.

Нито едно от тези неща не е настройка, която може да се промени по време на пускане в експлоатация. Групата се определя от начина, по който намотките са физически свързани вътре в резервоара и как водовете са изведени към терминалите, следователно тя се фиксира още на етапа на проектиране, посочва се на табелката за данни и се потвърждава чрез заводски тест. При смесени поръчки ще срещнете също YNd11 (звезда за високото напрежение с неутрална точка, триъгълник за ниското напрежение) при повишаващи функции, Yzn11 за зигзаг вторични намотки и Dd0 за триъгълник-към-триъгълник индустриални трансформатори.

 

Векторните групи, с които ще се сблъскате в реални проекти

Шестте групи обхващат почти всичко, което минава през нашата изпитателна зона. Таблицата по-долу е практическата версия, която изпращаме на инженерите по проекти, когато те попитат коя група да включат в спецификацията.

Векторна група	Фазово изместване (НН спрямо ВН)	Където го срещате	Причина за избора ѝ
Yyn0	0 градуса, във фаза	Малки разпределителни устройства и мрежи за НН, които трябва да останат във фаза с ВН захранването	Просто четирижично захранване, но без делта намотка за поглъщане на триплени хармоници
Dyn1	НН изостава от ВН с 30 градуса	Трехфазни разпределителни устройства и наземни уредби, изградени според северноамериканската практика	Познатото разпределение според ANSI и CSA; делтата задържа триплени хармоници
Dyn11	НН изпреварва ВН с 30 градуса	Европейски и IEC разпределителни мрежи, както и повечето експортни проекти	Стандартната IEC разпределителна група със същия хармоничен ефект като Dyn1
YNd11	НН изпреварва ВН с 30 градуса	Трансформатори за повишаване на напрежението от генератора и за пренос, ВН звезда със заземена неутрална точка	Осигурява заземена ВН неутрална точка за системата с делта намотка на НН страна
Yzn11 / Dz0	НН води с 30 градуса / във фаза	Устройства, които захранват силно несиметрични четирижилови НН натоварвания	Зигзаг вторична намотка пренася токове на нулева последователност без прегряване
Dd0 + Dy11	30 градуса между двете вторични намотки	Ректификационни и дванадесетимпулсни двигателни трансформатори	Ъгълът от 30 градуса между вторичните намотки компенсира петата и седмата хармоника

Шаблонът, който причинява най-много затруднения, е регионален. В Северна Америка при разпределението се използва Dyn1, при който ниското напрежение изостава от високото напрежение с 30 градуса; според IEC и европейската практика се използва Dyn11, при който ниското напрежение изпреварва високото напрежение. И двете означения са коректни, а на еднолинейната схема често се посочват само буквите за намотките, без часовниковото число. Ако в спецификацията е посочено само „делта-звезда“, доставчикът ще произведе трансформатора според местната конвенция, а резервна единица, поръчана от друга страна, може да пристигне с фазов ъгъл, различен с 60 градуса от този, който трябва да замести.

Затова пишете пълния символ: Dyn11, а не „делта-звезда“. Добавете и изискването за неутрален проводник, тъй като Dd или Dy без буква „n“ означават липса на неутрален извод изобщо, което променя начина на заземяване на системата с ниско напрежение и какво виждат защитните устройства. Допълнителните шест символа върху чертежа не струват нищо на етапа на оферта и не могат да бъдат поправени по-късно без повторно свързване в завода и нови изпитания.

 

Защо номерът на часовниковата схема определя дали две единици могат да работят паралелно

Преди два трансформатора да могат да споделят една шина, трябва да бъдат изпълнени четири условия. Те трябва да имат еднакво фазово изместване, еднакво напрежение на трансформация, близки по стойност импеданси и идентични положения на превключвателите. Само първото условие е абсолютно задължително. Ръководството за паралелна работа в IEC 60076-8 (https://webstore.iec.ch/en/publication/606/) разглежда въпроса точно в този ред: групата на свързване трябва да съвпада, коефициентът на трансформация трябва да съвпада в рамките на част от процента, а импедансите трябва да са достатъчно близки, за да не бъде нито една от единиците натоварена над номиналната ѝ мощност.

Ето какво всъщност прави несъвпадението. Вземете две единици по 1000 kVA с номинално вторично напрежение 480 V и импеданс 5,5 %. Ако групите им се различават с 30 градуса, вторичните напрежения на двете единици са при различни фазови ъгли, а напрежението между съответстващите фази на двете машини е 2 × 480 × sin 15°, или около 52 % от номиналното напрежение. Разделете това на сумата от двата импеданса и циркулиращият ток е приблизително 4,7 пъти номиналния ток — преди да е включен какъвто и да е товар. Ако двете часови числа са с 60 градуса по-различни — Dyn1 трансформатор до Dyn11 трансформатор — двете напрежения са разделени с цялото номинално напрежение и циркулиращият ток достига почти девет пъти номиналния ток. Затварянето на паралелното устройство в това състояние не е просто неудобство при пускането в експлоатация; това е късо съединение с включващ превключвател.

Разликите в предавателното отношение и импеданса са по-тихи, но по-скъпи. Разлика от 1 % в предавателното отношение между два иначе идентични агрегата предизвиква циркулиращ ток от приблизително 9 % от номиналния ток при импеданс от 5,5 %, което се проявява като допълнителни загуби в холост ход и като топлинен трансформатор, който не носи никаква товарна мощност. Несъответствието в импеданса изобщо не спира агрегатите да работят заедно; то просто определя кой от тях работи по-тежко: при еднакви предавателни отношения товарът се разпределя обратнопропорционално на импеданса, така че агрегатът с по-нисък импеданс достига пълен товар, докато партньорът му все още носи по-малко. Така един трансформатор се претоварва на обект, където всички табелки изглеждат коректни.

 

Хармоници, заземяване и несиметричен товар: втората причина, поради която групата има значение

Разположението на намотките прави повече от това да завърти фазор. В един Dyn агрегат високоволтовата намотка, свързана в триъгълник, осигурява затворен път за третите хармоници и токовете с нулева последователност вътре в трансформатора, така че вторичното напрежение остава близко до синусоидално дори когато магнитопроводът работи при големи натоварвания. В един Yyn агрегат без намотка в триъгълник и без третична намотка тези същи токове нямат къде да циркулират в намотките и вместо това изместват неутралната точка, поради което конструкцията Yyn обикновено се използва само за по-малки разпределителни мощности и е слабо подходяща за инсталация, пълна с честотни преобразуватели.

Делтата също осигурява пътя за нулевата последователност, който прави възможно защитата при земни повреди. При трансформатор с конфигурация Dyn земната повреда от страна на НН води до ток, който може да бъде регистриран и измерен от защитата от страна на ВН, тъй като делтата осигурява обратния път. Ако се избере група без такъв път, токът при повреда трябва да намери алтернативен път чрез заземителната инсталация, което обикновено означава по-бавна или по-малко чувствителна настройка на защитата. Дали неутралът изобщо се извежда — буквата „n“ в Dyn11 — определя дали имате четирите жици в НН системата, неутрален терминал за заземителен резистор или трижилен товар, който трябва да се заземи на друго място.

Още два случая се срещат достатъчно често, за да се планира за тях. Обектите с тежки еднофазни НВ натоварвания, като например търговски сгради с голямо осветително и контакто натоварване върху една фаза, се обслужват по-добре от зигзагови групи като Yzn11, които са проектирани да пренасят нулевосеквентен ток непрекъснато. А дванадесетимпулсният изправител или големият постояннотоков двигател обикновено се захранва от триобмотъчен трансформатор, чиито две вторични намотки са изместени с 30 градуса една спрямо друга, тъй като това изместване отстранява петите и седмите хармоници, преди те да достигнат до захранващата мрежа. И двете решения се вземат на етапа на спецификацията; никое от тях не е ретрофит.

 

Какво да се включи в спецификацията и как да се провери

Петте реда в заявката премахват почти целия риск. Първо, пълният символ за свързване заедно с номера на часовника, например Dyn11, плюс изискването за неутрален проводник. Второ, обхватът на регулиране чрез превключвател и дали уредът трябва да работи на същия стъпален положение като съществуващ трансформатор — резервен трансформатор, който съвпада по всички параметри освен по стъпалното положение, все още не е подходящ за паралелна работа. Трето, изискваната импедансна стойност с посочена толерантност, тъй като диапазон от 5,5 % до 6 % представлява различен продукт спрямо „около 6 %“. Четвърто, нивото на късо съединение, което нисконапреженската намотка трябва да издържи, тъй като групата взаимодейства със схемата за заземяване и защита. Пето, желаната последователност на фазите и конвенцията за маркиране на терминалите, тъй като обозначенията за терминали в северноамериканския стандарт и IEC не са едно и също нещо.

Проверката е проста и представлява рутинен, а не специален тест. IEC 60076-1 включва измерване на напрежението и проверка на фазовото изместване, а IEEE C57.12.90 изброява тестовете за съотношение и тестовете за полярност и фазово съотношение сред измерванията, извършвани върху течностно охлаждани уреди. Поискайте протокола от теста, който показва действителното фазово изместване, при което е извършено измерването на уреда, а не само цифрите за съотношението. Протокол, който съдържа три стойности за съотношение и няма проверка на връзката, не дава никаква информация дали групата съответства на чертежа.

След това се проверява табелката за съответствие с изпитателния протокол, преди единицата да напусне фабриката. Символът за връзка, съотношението, импедансът, таблицата за отводи и векторната група трябва да се проследяват до един и същ изпитателен протокол, а табелката трябва да носи сертификационния знак, изискван от проекта — знак cULus или CSA за инсталации в Канада или САЩ, като CSA C227.4 определя изискванията за трите фази на разпределителни трансформатори с наземно монтиране. Тази проверка може да се извърши самостоятелно чрез UL Solutions търсенето на сертификати на https://www.ul.com/, и е полезно да се направи, преди да приемете фотография на табелката като доказателство. Това е също моментът, в който трябва да заснемете табелката и да я архивирате, тъй като фотографията става референтен документ за следващата резервна част, която поръчвате.

 

Как изграждаме и изпитваме персонализирани трифазни единици

Ryan Electric произвежда трансформатори от 2007 г. в производствена база с площ 120 000 м², оборудвана с повече от 180 комплекта производствено и изпитателно оборудване и притежаваща 37 патента; компанията работи в съответствие с изискванията на UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS и CE. Като UL listed transformer supplier , ние доставяме единици с маркировка cULus и съответстващи на изискванията на CSA за проекти в Северна Америка, а също така векторната група на трансформатора върху всяка единица се извършва проверка в бокса преди боядисването на резервоара. Тестовете за съотношение и фазово отношение се провеждат на всяка трифазна единица, измереното отместване се записва в листа с рутинни тестове, а табелката се проверява спрямо този лист, а не спрямо чертежа, където обикновено се крият несъответствията.

Повечето от поръчковата работа, която извършваме, не е екзотична. Това е проект, който има нужда от Dyn11 трансформатор да съответства на европейски проектирана разпределителна табла или единица Dyn1, която да бъде поставена до северноамериканска трансформаторна станция с наземно монтиране на същата шина, или резервна единица, изработена така, че да съвпада с вече инсталирана единица, чиято табелка е единственият оцелял запис за начина, по който е била свързана. От 2023 г. ние също действаме като официален партньор в съвместно предприятие с Eaton, което има значение предимно по една причина: документацията и протоколите от изпитания, които се очаква един партньор в съвместно предприятие да поддържа, са същите записи, от които има нужда проектният инженер, когато възникне въпрос за паралелно включване три години след пускането в експлоатация.

 

Следващата стъпка

Изпратете ни две неща и обикновено отговорът се получава за един ден. Снимката на табелката на трансформатора, който вече притежавате — включително символа за свързване и таблицата за регулиране по напрежение — и еднолинейната схема на шината, към която ще бъде свързана новата единица. С тях нашите инженери ще потвърдят групата, от която имате нужда, и ще ви съобщят дали единица от наличните складови запаси Dyn11 трансформатор или Dyn1 конфигурацията е подходящият избор, и посочете предавателното отношение, толеранса на импеданса и обхвата на стъпките за регулиране, които осигуряват възможност за паралелна работа.

Ако определяте параметрите от нулата и още не сте уточнили символа за свързване, това е подходящият момент да го споменете. векторната група на трансформатора се определя от чертежа и се потвърждава чрез изпитание, така че е напълно възможно да се коригира още на етапа на цитиране. Помолете за преглед на спецификацията с бележки или изпратете параметрите, с които работите, и ние ще ви предоставим групата, диапазона на импеданса и плана за изпитания за вашия проект.

За автора

Това ръководство е подготвено от екипа по приложна инженерна дейност в Ryan Electric, a UL listed transformer supplier работи с проекти в областта на електроенергийните мрежи, промишлеността, центровете за обработка на данни и възобновяемите енергийни източници в Северна Америка, Близкия изток, Югоизточна Азия и Африка. Инженерите ни са надзиравали изпитанията на оборудването в завода за трансформатори с маслено охлаждане и сухи трансформатори с мощност от 500 kVA до 200 MVA, включително проверка на съотношението и фазовата връзка при трите фази. Изпратете чертежите, графиката на електродвигателите и снимка на съществуващата табелка към нашето инженерно отделение за преглед, преди да издадете поръчката.