گروه برداری ترانسفورماتور توضیح داده شده: داین-۱، داین-۱۱ و یِین-۰، و اینکه چرا عدد ساعت‌شمار تعیین‌کنندهٔ پروژهٔ شماست

دو ترانسفورماتور از نظر اسناد کاملاً یکسان بودند: هر کدام ۱۲۵۰ کیلوولت‌آمپر، با ولتاژ ورودی ۱۳/۸ کیلوولت و خروجی ۴۸۰Y/۲۷۷ ولت، و امپدانسی که در حد نیم درصد از یکدیگر فاصله داشت. با این حال، همچنان نمی‌توانستند به‌صورت موازی کار کنند. دلیل آن یک خط روی پلاک نام بود — « گروه برداری ترانسفورماتور — که در ترانسفورماتور نصب‌شده «داین-۱۱» و در ترانسفورماتور اضافی که از ما خواسته شده بود تطبیق داده شود، «داین-۱» ذکر شده بود. در کارهای سه‌فاز، این عدد ساعت‌شمار تصمیم می‌گیرد که آیا دو واحد همسان هستند یا نه، و این خط بیشتر از همه در درخواست‌ها خالی می‌ماند.

گروه برداری ترانسفورماتور در واقع چه چیزی به شما می‌گوید

حروف، اتصالات پیچشی را توصیف می‌کنند و اعداد، جابه‌جایی فاز را نشان می‌دهند. حروف بزرگ مربوط به پیچش سطح بالا (HV) هستند و حروف کوچک مربوط به پیچش سطح پایین (LV): D و d به معنای دلتا، Y و y به معنای ستاره، Z و z به معنای زیگزاگ و n کوچک به این معناست که نقطهٔ نوترال خارج شده و به‌طور جداگانه پایان یافته است. بنابراین گروه برداری ترانسفورماتور نوشته‌شده به‌صورت Dyn11 یعنی پیچش سطح بالا به‌صورت دلتا، پیچش سطح پایین به‌صورت ستاره با خروجی نقطهٔ نوترال و جابه‌جایی فاز برابر با ۱۱ × ۳۰ = ۳۳۰ درجه.

اصطلاح ساعتی با نمادهای اتصال تعریف می‌شود. IEC 60076-1 (https://webstore.iec.ch/en/publication/588/). فازور ولتاژ بالا را در جهت دوازده‌ساعتی تصور کنید؛ فازور ولتاژ پایین در جهت ساعتی که توسط عدد مشخص شده قرار دارد. یازده‌ساعتی معادل ۳۳۰ درجه است، یعنی ولتاژ پایین نسبت به ولتاژ بالا ۳۰ درجه پیش‌فاز است. یک‌ساعتی در جهت مخالف ۳۰ درجه است، بنابراین در واحد Dyn1، ولتاژ پایین نسبت به ولتاژ بالا ۳۰ درجه پس‌فاز است. هر دو حالت مجاز هستند و بسیار رایج‌اند. همچنین این دو حالت ۶۰ درجه با یکدیگر اختلاف دارند، نه صفر درجه — این جزئیات است که اغلب افراد را گمراه می‌کند.

هیچ‌یک از این موارد را نمی‌توان در زمان راه‌اندازی تغییر داد. گروه برداری از نحوه اتصال فیزیکی سیم‌پیچ‌ها درون مخزن و نحوه اتصال سیم‌های خروجی به ترمینال‌ها ناشی می‌شود؛ بنابراین این ویژگی در مرحله طراحی تعیین می‌شود، روی پلاک شناسایی آورده می‌شود و توسط آزمون کارخانه تأیید می‌گردد. در سفارش‌های ترکیبی، ممکن است با گروه‌های برداری YNd11 (اتصال ستاره‌ای برای ولتاژ بالا با نوترال و اتصال مثلثی برای ولتاژ پایین) در کاربردهای افزایش‌دهنده، Yzn11 برای سیم‌پیچ‌های ثانویه زیگ‌زاگ و Dd0 برای واحدهای صنعتی مثلثی–مثلثی نیز مواجه شوید.

 

گروه‌های برداری که در پروژه‌های واقعی با آنها روبه‌رو می‌شوید

شش گروه، تقریباً همهٔ آنچه که از آزمایشگاه ما عبور می‌کند را پوشش می‌دهند. جدول زیر نسخهٔ عملی آن است که ما به مهندسان پروژه ارسال می‌کنیم وقتی از ما می‌پرسند که کدام گروه را در مشخصات بنویسند.

گروه بردار	جابجایی فاز (ولتاژ پایین نسبت به ولتاژ بالا)	جایی که آن را می‌بینید	دلیل انتخاب آن
Yyn0	صفر درجه، هم‌فاز	واحدهای توزیع کوچک و شبکه‌های ولتاژ پایین که باید با تأمین ولتاژ بالا هم‌فاز بمانند	تأمین سادهٔ چهارسیمه، اما بدون پیچش مثلثی برای جذب هارمونیک‌های سه‌گانه
Dyn1	ولتاژ پایین ۳۰ درجه از ولتاژ بالا عقب‌تر است	توزیع سه‌فاز و واحدهای نصب‌شده روی زمین که بر اساس رویه‌های آمریکای شمالی ساخته شده‌اند	آرایش توزیع شناخته‌شدهٔ ANSI و CSA؛ پیچش مثلثی هارمونیک‌های سه‌گانه را به دام می‌اندازد
Dyn11	ولتاژ پایین‌تر از ولتاژ بالاتر ۳۰ درجه پیش‌فاز است	شبکه‌های توزیع اروپایی و بر اساس استاندارد آی‌ئی‌سی، و بیشتر پروژه‌های صادراتی	گروه توزیع پیش‌فرض آی‌ئی‌سی، با مزیت هارمونیکی مشابه داین ۱
YNd11	ولتاژ پایین‌تر از ولتاژ بالاتر ۳۰ درجه پیش‌فاز است	ترانسفورماتورهای افزایشی ژنراتور و انتقال، ستاره‌ای در سمت ولتاژ بالا با نوترال زمین‌شده	فراهم کردن نوترال زمین‌شده در سمت ولتاژ بالا برای سیستم، با سیم‌پیچ دلتا در سمت ولتاژ پایین‌تر
وای-زد ان ۱۱ / دی-زد صفر	ولتاژ پایین‌تر ۳۰ درجه پیش‌فاز است / هم‌فاز است	واحدهای تغذیه‌کننده بارهای چهارسیمه ولتاژ پایین‌تر با عدم تعادل شدید	سیم‌پیچ زیگزاگ ثانویه جریان ترتیب صفر را بدون گرم‌شدن بیش‌ازحد حمل می‌کند
دی دی صفر + دی وای ۱۱	۳۰ درجه زاویه بین دو سیم‌پیچ ثانویه	یکسوکننده و ترانسفورماتورهای محرک دوازده‌پالسی	زاویه ۳۰ درجه‌ای بین سیم‌پیچ‌های ثانویه، هارمونیک‌های پنجم و هفتم را خنثی می‌کند

الگویی که بیشترین مشکل را ایجاد می‌کند، منطقه‌ای است. در آمریکای شمالی، روش توزیع معمول «داین۱» است که در آن ولتاژ پایین‌تر (LV) نسبت به ولتاژ بالاتر (HV) ۳۰ درجه عقب‌افتاده است؛ در حالی که در استانداردهای IEC و اروپا، روش معمول «داین۱۱» است که در آن ولتاژ پایین‌تر ۳۰ درجه جلو افتاده است. هر دو روش صحیح هستند و اغلب در نمودار تک‌خطی تنها حروف پیچش‌ها (بدون عدد ساعتی) ذکر می‌شود. اگر در مشخصات فنی صرفاً عبارت «دلتا-وای» آمده باشد و چیزی دیگر اشاره نشده باشد، تأمین‌کننده طبق استاندارد محلی ساخت می‌کند و قطعه یدکی که از کشور دیگری سفارش داده شده باشد، ممکن است ۶۰ درجه اختلاف فاز با دستگاهی که باید جایگزین آن شود داشته باشد.

پس نماد کامل را بنویسید: Dyn11، نه «دلتا-وای». نیاز به نول را هم ذکر کنید، زیرا Dd یا Dy بدون حرف n به معنای عدم وجود ترمینال نول است که این امر نحوه ارت‌شدن سیستم ولتاژ پایین و آنچه که سیستم حفاظت مشاهده می‌کند را تغییر می‌دهد. افزودن این شش حرف اضافی روی نقشه در مرحله پیش‌فاکتور هیچ هزینه‌ای ندارد و بعدها بدون بازنشانی دوباره در کارخانه و انجام تست تازه قابل اصلاح نیست.

 

چرا عدد ساعت تعیین‌کننده امکان اجرای موازی دو واحد است

برای اینکه دو ترانسفورماتور بتوانند یک اتوبوس را به اشتراک بگذارند، چهار شرط باید برقرار باشد: جابه‌جایی فاز یکسان، نسبت ولتاژ یکسان، امپدانس‌های نزدیک به هم و موقعیت تپ‌ها یکسان. تنها شرط اول اجباری است. راهنمای اجرای موازی در IEC 60076-8 (https://webstore.iec.ch/en/publication/606/) دقیقاً به همین ترتیب به این موضوع می‌پردازد: گروه اتصال باید یکسان باشد، نسبت ولتاژ باید در حد یک کسر از درصد یکسان باشد و امپدانس‌ها باید به اندازه‌ای نزدیک باشند که هیچ‌یک از واحدها فراتر از ظرفیت اسمی خود کشیده نشود.

این دقیقاً کاری است که یک عدم تطابق انجام می‌دهد. فرض کنید دو دستگاه ۱۰۰۰ کیلوولت‌آمپری با ولتاژ ثانویهٔ نامی ۴۸۰ ولت و امپدانس ۵٫۵ درصد داریم. اگر گروه‌های آنها ۳۰ درجه با هم اختلاف داشته باشند، ولتاژهای ثانویهٔ این دو دستگاه در زوایای فازی متفاوتی قرار می‌گیرند و ولتاژ بین فازهای متناظر دو ماشین برابر با ۲ × ۴۸۰ × sin ۱۵ درجه، یعنی حدود ۵۲ درصد ولتاژ نامی خواهد بود. اگر این مقدار را بر مجموع دو امپدانس تقسیم کنیم، جریان گردشی تقریباً ۴٫۷ برابر جریان نامی می‌شود — حتی پیش از اینکه هر بار الکتریکی به آنها متصل شود. اگر دو عدد ساعتی (کلاک نامبر) ۶۰ درجه با هم فاصله داشته باشند — مثلاً یک ترانسفورماتور Dyn1 کنار یک ترانسفورماتور Dyn11 — آنگاه اختلاف ولتاژ بین دو دستگاه برابر با کل ولتاژ نامی خواهد بود و جریان گردشی به نزدیکی نه برابر جریان نامی می‌رسد. بستن دستگاه موازی‌سازی در این حالت تنها یک مشکل در زمان راه‌اندازی نیست؛ بلکه معادل یک اتصال کوتاه با یک کلید روی آن است.

نابرابری‌های نسبت و امپدانس بی‌صداتر هستند، اما گران‌قیمت‌ترند. تفاوت ۱ درصدی در نسبت دو واحد کاملاً یکسان، جریان گردشی تقریبی برابر با ۹ درصد جریان نامی را در امپدانس ۵٫۵ درصدی ایجاد می‌کند؛ این جریان به‌صورت افزایش تلفات بدون بار و گرم‌شدن ترانسفورماتوری مشاهده می‌شود که هیچ باری به آن متصل نیست. نابرابری امپدانس مانع از کار همزمان واحدها نمی‌شود، بلکه تنها تعیین می‌کند کدام واحد بیشتر کار می‌کند: در صورت برابری نسبت‌ها، بار به‌صورت معکوس نسبت به امپدانس تقسیم می‌شود؛ بنابراین واحد با امپدانس کمتر به بار کامل می‌رسد درحالی‌که همکارش هنوز بار کمتری را تحمل می‌کند. این دقیقاً روشی است که ترانسفورماتور در محلی که تمام پلاک‌های نامی صحیح به‌نظر می‌رسند، بار اضافی می‌کشد.

 

هارمونیک‌ها، اتصال به زمین و بار نامتوازن: دلیل دوم اهمیت گروه

چیدمان پیچشی بیش از آنکه یک فازور را بچرخاند، کار دیگری نیز انجام می‌دهد. در واحد داین (Dyn)، سیم‌پیچ ولتاژ بالا با اتصال مثلثی، مسیر بسته‌ای برای جریان‌های هارمونیک سوم و جریان‌های ترتیب صفر درون ترانسفورماتور فراهم می‌کند؛ بنابراین ولتاژ ثانویه حتی زمانی که هسته تحت بار شدید قرار می‌گیرد، به‌صورت نزدیک به سینوسی باقی می‌ماند. اما در واحد یِـِـین (Yyn) که فاقد سیم‌پیچ مثلثی و فاقد سیم‌پیچ فرعی است، همین جریان‌ها در سیم‌پیچ‌ها مسیری برای گردش ندارند و در عوض نقطهٔ نوترال را جابه‌جا می‌کنند؛ به‌همین دلیل طراحی‌های Yyn معمولاً در رده‌های توزیع کوچک‌تر به‌کار می‌روند و تناسب ضعیفی با نیروگاه‌هایی دارند که پر از درایوهای فرکانس متغیر هستند.

دلتا همچنین مسیر مؤلفه صفر را انتقال می‌دهد که باعث فعال‌شدن حفاظت در برابر اتصال به زمین می‌شود. در ترانسفورماتور نوع Dyn، اتصال به زمین در سمت ولتاژ پایین (LV) در ادامه مسیر، جریانی تولید می‌کند که سیستم حفاظت سمت ولتاژ بالا (HV) می‌تواند آن را تشخیص داده و مقدار آن را تعیین کند، زیرا دلتا مسیر بازگشت جریان را فراهم می‌کند. اگر گروهی را انتخاب کنید که چنین مسیری نداشته باشد، جریان اتصال به زمین مجبور است از طریق سیستم ارتینگ عبور کند، که معمولاً منجر به تنظیمات کندتر یا کمتر حساس برای حفاظت می‌شود. اینکه آیا نقطه نوترال اصلاً خارج شده است یا نه — حرف «n» در Dyn11 — مشخص می‌کند که آیا سیستم LV شما چهارسیمه است، آیا ترمینال نوترال برای مقاومت ارت وجود دارد، یا بار سه‌سیمه‌ای دارید که باید در جای دیگری ارت شود.

دو مورد دیگر به‌اندازه‌ای اغلب رخ می‌دهند که باید برای آن‌ها برنامه‌ریزی شود. تأسیساتی با بار تک‌فاز ولتاژ پایین سنگین، مانند ساختمان‌های تجاری که تقاضای زیادی برای روشنایی و پریزها در یک فاز دارند، بهتر است از گروه‌های زیگ‌زاگ مانند Yzn11 استفاده کنند که برای عبور جریان ترتیب صفر به‌صورت مداوم طراحی شده‌اند. همچنین، یک بازتاب‌دهندهٔ دوازده‌پالسی یا درایوی DC بزرگ معمولاً از یک ترانسفورماتور سه‌سیمه تغذیه می‌شود که دو ثانویهٔ آن ۳۰ درجه نسبت به یکدیگر جابه‌جا شده‌اند، زیرا این جابه‌جایی است که هارمونیک‌های پنجم و هفتم را پیش از اینکه به شبکهٔ تأمین برسند، خنثی می‌کند. هر دو این انتخاب‌ها در مرحلهٔ مشخصات‌دهی تعیین می‌شوند؛ و هیچ‌کدام از آن‌ها قابل اعمال به‌صورت پس‌انداز نیستند.

 

آنچه باید در مشخصات ذکر شود و چگونه آن را تأیید کنیم

پنج خط در پرسش، تقریباً تمام ریسک‌ها را حذف می‌کند. اول، نماد کامل اتصال همراه با شماره ساعت (برای مثال Dyn11) و همچنین نیازمندی به نوترال. دوم، محدوده تنظیم تپ و اینکه آیا دستگاه باید در همان تپی که ترانسفورماتور موجود است کار کند یا خیر — یک ترانسفورماتور اضافی که از همه جهات با ترانسفورماتور موجود مطابقت دارد، اما موقعیت تپ آن متفاوت است، همچنان قابل اتصال موازی نیست. سوم، امپدانس مورد نیاز همراه با تحمل مشخص‌شده، زیرا بازه‌ای از ۵٫۵٪ تا ۶٪ محصولی متفاوت از «تقریباً ۶٪» است. چهارم، سطح جریان اتصال کوتاهی که سیم‌پیچ فشار پایین باید تحمل کند، چرا که این پارامتر با سیستم ارتینگ و حفاظت تعامل دارد. پنجم، ترتیب فاز و رویه علامت‌گذاری ترمینال‌های مورد نظر شما، زیرا نام‌گذاری ترمینال‌ها در استانداردهای آمریکای شمالی و IEC یکسان نیست.

تأیید ساده است و آزمایشی روتین، نه خاص، محسوب می‌شود. استاندارد IEC 60076-1 شامل اندازه‌گیری نسبت ولتاژ و بررسی جابه‌جایی فاز است و استاندارد IEEE C57.12.90 نیز آزمایش‌های نسبت، قطبیت و رابطه فاز را در میان اندازه‌گیری‌های انجام‌شده روی واحدهای غوطه‌ور در مایع فهرست کرده است. از تولیدکننده درخواست کنید تا سند آزمایشی را ارائه دهد که جابه‌جایی فاز واقعی اندازه‌گیری‌شده برای این واحد را نشان می‌دهد، نه صرفاً اعداد نسبت. برگه‌ای از آزمایش که تنها سه مقدار نسبت را گزارش می‌کند و هیچ بررسی اتصالی انجام نداده است، هیچ اطلاعاتی دربارهٔ تطابق گروه با نقشه ارائه نمی‌دهد.

سپس نام‌برگ را قبل از ترک واحد از کارخانه با برگهٔ آزمون مقایسه کنید. نماد اتصال، نسبت، امپدانس، جدول تپ و گروه برداری باید همگی به یک سند آزمون واحد ارجاع داده شوند و نام‌برگ باید علامت گواهی‌نامه‌ای را که پروژه مورد نیاز دارد حمل کند — یعنی علامت cULus یا CSA برای نصب در کانادا یا ایالات متحده، که استاندارد CSA C227.4 الزامات مربوط به واحدهای توزیعی سه‌فاز قرارگرفته روی پایه را تعیین می‌کند. شما می‌توانید این بررسی را خودتان در UL Solutions جستجوی گواهی‌نامه در https://www.ul.com/انجام دهید و انجام آن پیش از پذیرش عکس نام‌برگ به‌عنوان مدرک اثبات، ارزشمند است. این همچنین زمان مناسبی برای عکس‌برداری از نام‌برگ و ثبت آن است، زیرا این عکس به عنوان مرجعی برای قطعهٔ یدکی بعدی که سفارش می‌دهید، استفاده خواهد شد.

 

روش ساخت و آزمون واحدهای سفارشی سه‌فاز ما

رایان الکتریک از سال ۲۰۰۷ میلادی ترانسفورماتورها را در یک مجتمع به مساحت ۱۲۰۰۰۰ مترمربع با بیش از ۱۸۰ مجموعه تجهیزات تولیدی و آزمونی و ۳۷ اختراع ثبت‌شده ساخته است و بر اساس الزامات UL، CSA، IEEE، DEKRA، CNAS و CE فعالیت می‌کند. به‌عنوان یک تامین‌کنندگان ترانسفورماتورهای فهرست‌شده توسط UL , ما واحدهای دارای نشان cULus و مطابق با استاندارد CSA را به پروژه‌های آمریکای شمالی ارسال می‌کنیم و گروه برداری ترانسفورماتور در هر واحد، قبل از رنگ‌آمیزی مخزن، در بِی ثابت شده است. آزمون‌های نسبت و رابطه فاز بر روی هر واحد سه‌فاز انجام می‌شود، جابجایی اندازه‌گیری‌شده در صفحه آزمون روتین ثبت می‌گردد و پلاک نامی با آن صفحه — نه با نقشه — مقایسه می‌شود، زیرا ناهماهنگی‌ها معمولاً در اینجا پنهان می‌شوند.

بیشتر کارهای سفارشی ما غیرمعمول نیستند. این‌ها پروژه‌هایی هستند که نیازمند یک ترانسفورماتور Dyn11 برای تطبیق با یک تابلوی برق طراحی‌شده در اروپا، یا یک واحد Dyn1 که کنار یک ترانسفورماتور نصب‌شده روی زمین از استاندارد آمریکای شمالی قرار می‌گیرد و هر دو روی یک شین مشترک هستند، یا یک واحد اضافی که برای تطبیق با یک ترانسفورماتور نصب‌شده ساخته شده و تنها سند باقی‌مانده از نحوه اتصال آن، برچسب نام آن است. از سال ۲۰۲۳ ما همچنین به‌عنوان شریک رسمی اتحاد مشترک اِتون فعالیت می‌کنیم؛ این موضوع عمدتاً به یک دلیل اهمیت دارد: اسناد و گزارش‌های آزمونی که یک شریک اتحاد مشترک موظف به نگهداری آن‌هاست، دقیقاً همان اسنادی هستند که مهندس پروژه برای پاسخ به سؤالی درباره موازی‌سازی، سه سال پس از راه‌اندازی اولیه نیاز دارد.

 

مرحلهٔ بعدی

دو مورد را برای ما ارسال کنید؛ معمولاً پاسخ ظرف یک روز ارائه می‌شود. عکس برچسب نام ترانسفورماتور موجود شما — شامل نماد اتصال و جدول تنظیمات — و نمودار تک‌خطی شینی که واحد جدید به آن متصل خواهد شد. با این اطلاعات، مهندسان ما گروه مورد نیاز شما را تأیید می‌کنند و به شما می‌گویند که آیا یک مدل آماده ترانسفورماتور Dyn11 یا ساختار داین۱ مناسب‌تر است و نسبت ترانسفورماتور، تحمل امپدانس و محدودهٔ تنظیم تپ را که امکان کار موازی را فراهم می‌کند، به‌صورت کتبی مشخص کنید.

اگر از ابتدا در حال تعیین مشخصات هستید و هنوز نماد اتصال را تعیین نکرده‌اید، این زمان مناسبی برای طرح آن است. گروه برداری ترانسفورماتور با توجه به نقشه تعیین می‌شود و با آزمون تأیید می‌گردد؛ بنابراین در مرحلهٔ پیش‌نهاد قیمت نیز امکان اصلاح آن وجود دارد. درخواست بازبینی مشخصات با علامت‌گذاری شده را ارسال کنید یا مشخصات فنی که با آن‌ها کار می‌کنید را ارسال نمایید تا ما گروه اتصال، محدودهٔ امپدانس و برنامهٔ آزمون مربوط به پروژهٔ شما را ارائه دهیم.

درباره نویسنده

این راهنما توسط تیم مهندسی کاربردی شرکت رایان الکتریک تهیه شده‌است، یک تامین‌کنندگان ترانسفورماتورهای فهرست‌شده توسط UL همکاری با پروژه‌های برق‌رسانی، صنعتی، مراکز داده و انرژی‌های تجدیدپذیر در سراسر آمریکای شمالی، خاورمیانه، جنوب شرق آسیا و آفریقا. مهندسان ما آزمون پذیرش کارخانه‌ای (FAT) ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن و خشک را از ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر تا ۲۰۰ مگاولت‌آمپر، از جمله بررسی نسبت تبدیل و رابطه فاز در ساختارهای سه‌فاز، نظارت کرده‌اند. جهت بررسی پیش از صدور سفارش خرید، نقشه‌ها، برنامه موتور و عکسی از پلاک موجود را به دفتر مهندسی ما ارسال نمایید.