A transzformátor vektorcsoportjának magyarázata: Dyn1, Dyn11 és Yyn0, valamint az óraszám szerepe a projektjeiben

A két transzformátor papíron azonos volt: mindegyik 1250 kVA, 13,8 kV-ról 480Y/277 V-ra, impedanciájuk egymástól kevesebb mint 0,5 százalékpontnyira tértek el. Ennek ellenére nem üzemeltethetők párhuzamosan. Az ok egyetlen sor volt a típistolapon — a transzformátor vektorcsoport — ahol a telepített egység Dyn11-et, a pótalkatrészre kértek Dyn1-et. Háromfázisú rendszerekben az óraszám dönti el, hogy két egység ikertestvérek vagy idegenek, és ez a sor a leggyakrabban üresen marad a megkeresésben.

Mit is jelent valójában egy transzformátor vektorcsoportja

A betűk a tekercsek kapcsolását, a számok pedig a fáziseltolódást írják le. A nagybetűk a magasfeszültségű (HV) tekercshez, a kisbetűk az alacsonyfeszültségű (LV) tekercshez tartoznak: a D és d delta kapcsolást, a Y és y csillagkapcsolást, a Z és z zigzag kapcsolást jelent, egy kis n pedig azt, hogy a semleges pontot kivezetik és lezárják. Tehát egy transzformátor vektorcsoport dyn11 formában felírt jelölés delta kapcsolású HV tekercset, csillagkapcsolású LV tekercset jelent a kivezetett semleges ponttal, valamint 11 × 30 = 330 fokos fáziseltolódással.

A órásmódszer konvenciót a kapcsolási szimbólumokkal együtt határozzák meg IEC 60076-1 (https://webstore.iec.ch/en/publication/588/). Képzelje el a magasfeszültségű (HV) fázorvektort, amely a 12 órás irányba mutat; az alacsonyfeszültségű (LV) fázorvektor a számmal megadott órára mutat. A 11 óra 330 fokot jelent, ami ugyanazt jelenti, mint hogy az LV 30 fokkal megelőzi az HV-t. Az 1 óra a másik irányban 30 fokot jelent, tehát egy Dyn1 egységben az LV 30 fokkal késik az HV-hez képest. Mindkét eset érvényes, és mindkettő rendkívül gyakori. Emellett egymástól 60 fokra vannak, nem 0 fokra, és éppen ez a részlet okozza a legtöbb zavart.

Ezek közül semmit sem lehet beállítani a üzembe helyezés során. A csoport a tekercsek fizikai kapcsolásából és a vezetékek a csatlakozókhoz való vezetéséből adódik a tartály belsejében, így a tervezési szakaszban rögzített, a típistolón feltüntetett és gyári vizsgálattal igazolt tulajdonság. Egy vegyes megrendelésnél találkozhat YNd11-es (csillagkapcsolású HV, nullponttal, deltakapcsolású LV) transzformátorral feljáró üzemmódban, Yzn11-es (csillag-zigzag másodlagos oldal) transzformátorral, valamint Dd0-s (deltakapcsolású – deltakapcsolású) ipari egységekkel.

 

A gyakorlatban előforduló vektorcsoportok

Hat csoport fedi le majdnem az összes olyan berendezést, amely áthalad tesztelőállomásunkon. Az alábbi táblázat a gyakorlatias változata annak, amit projektmérnökeinknek küldünk, ha megkérdezik, melyik csoportot kell megadniuk a specifikációban.

Vektorcsoport	Fáziseltolódás (LV a HV-hez képest)	Hol találkozhat vele	Miért választják ezt
Yyn0	0 fok, azonos fázisban	Kis elosztóegységek és LV hálózatok, amelyeknek azonos fázisban kell maradniuk a HV ellátással	Egyszerű négyvezetékes ellátás, de nincs delta tekercselés a triplenszámú harmonikusok elnyelésére
Dyn1	Az LV 30 fokkal késik a HV-hoz képest	Háromfázisú elosztó- és pad-montált egységek, amelyeket észak-amerikai gyakorlat szerint építettek	A jól ismert ANSI- és CSA-elosztóelrendezés; a delta tekercselés elnyeli a triplenszámú harmonikusokat
Dyn11	Az LV 30 fokkal siet a HV-hoz képest	Európai és IEC-szabványú elosztóhálózatok, valamint legtöbb exportprojekt	Az alapértelmezett IEC elosztási csoport, ugyanazzal a harmonikus előnnyel, mint a Dyn1
YNd11	Az LV 30 fokkal siet a HV-hoz képest	Generátor-feljáratú és távvezetéki transzformátorok, magasfeszültségű csillagkapcsolás földelt központtal	Földelt magasfeszültségű központot biztosít a rendszer számára, deltakapcsolású alacsonyfeszültségű tekercseléssel
Yzn11 / Dz0	Az alacsonyfeszültségű oldal 30 fokkal vezet / azonos fázisban van	Erősen kiegyensúlyozatlan négyvezetékes alacsonyfeszültségű terhelést ellátó egységek	A csigavonalas másodlagos tekercselés zérussorrendű áramot vezet túlmelegedés nélkül
Dd0 + Dy11	30 fokos fáziskülönbség a két másodlagos tekercselés között	Egyenirányító- és tizenkétpulzusos hajtás-transzformátorok	A másodlagos tekercsek közötti 30 fokos szög kiejti az ötödik és hetedik harmonikusokat

A legnagyobb problémát okozó minta regionális jellegű. Az észak-amerikai elosztási gyakorlat a Dyn1 kapcsolást választja, ahol az alacsonyfeszültségű (LV) oldal 30 fokot késik a magasfeszültségű (HV) oldalhoz képest; az IEC- és európai gyakorlat a Dyn11 kapcsolást alkalmazza, ahol az alacsonyfeszültségű oldal 30 fokot siet. Mindkét megoldás helyes, és egy egyszerű vonaldiagram gyakran csak a tekercselési betűket tartalmazza, anélkül, hogy megadná a „órára” utaló számot. Ha egy műszaki leírásban csak azt írják, hogy „delta-csillag”, és semmi mást, akkor a szállító a helyi szokás szerint gyártja a készüléket, és egy másik országból rendelt pótalkatrész akár 60 fokos fáziseltéréssel érkezhet ahhoz a berendezéshez képest, amelyet pótolnia kellene.

Így írja fel a teljes szimbólumot: Dyn11, ne csak „delta-csillag”-ként. Jelölje meg a nullvezető követelményt is, mert a Dd vagy Dy jelölés nélküli „n” betű azt jelenti, hogy egyáltalán nincs nullvezető csatlakozó, ami megváltoztatja az alacsonyfeszültségű rendszer földelésének módját és a védőberendezések által érzékelt jeleket. A rajzon szereplő hat plusz karakter semmibe kerül az ajánlatkérési szakaszban, és később nem javítható ki újratápközés és új vizsgálat nélkül a gyárban.

 

Miért dönti el a fázisjelölő szám, hogy két egység párhuzamosan üzemeltethető-e

Két transzformátor buszra kapcsolásának négy feltétele van. Ugyanazt a fáziseltolódást, ugyanazt a feszültségviszonyt, közel azonos impedanciát és azonos szabályozópontokat kell biztosítaniuk. Csak az első feltétel abszolút. A párhuzamos üzemre vonatkozó irányelvek a IEC 60076-8 (https://webstore.iec.ch/en/publication/606/) szabványban pontosan ebben a sorrendben tárgyalják a kérdést: a kapcsolási csoportnak egyeznie kell, a feszültségviszony egy százalék tört részén belül kell egyezzen, és az impedanciáknak olyan közel kell lenniük egymáshoz, hogy egyik egység se lépje túl a névleges értékét.

Ez az, amit egy nem megfelelő összekapcsolás valójában okoz. Vegyünk két 1000 kVA-es egységet, amelyek névleges másodlagos feszültsége 480 V, impedanciájuk 5,5 százalék. Ha a két egység csoportjelei 30 fokkal térnek el egymástól, akkor a két másodlagos feszültség különböző fázisszögeken áll, és a két berendezés megfelelő fázisai közötti feszültség 2 × 480 × sin 15°, azaz kb. a névleges feszültség 52 százaléka. Ezt elosztva a két impedancia összegével a keringő áram kb. 4,7-szerese a névleges áramnak – terhelés nélkül is. Ha a két óraszám 60 fokra van egymástól – például egy Dyn1 egység mellett egy Dyn11 transzformátor – akkor a két feszültség teljes névleges feszültségre van eltérítve, és a keringő áram közel kilencszerese lesz a névleges áramnak. A párhuzamos kapcsolóberendezés bekapcsolása ebben az állapotban nem egyszerű üzembe helyezési probléma; hanem egy kapcsolóval ellátott rövidzárlat.

Az arány- és impedancia-eltérések csendesebbek, de drágábbak. Két egyébként azonos egység közötti 1%-os arányeltérés körülbelül a névleges áram 9%-os keringő áramot eredményez 5,5%-os impedancia mellett, amely további üresjárási veszteségként jelenik meg, és melegítja a transzformátort akkor is, ha nincs rajta terhelés. Az impedancia-eltérés egyáltalán nem akadályozza meg, hogy az egységek együtt működjenek; csupán azt határozza meg, melyik egység dolgozik nehezebben: azonos arányok esetén a terhelés az impedanciák fordított arányában oszlik el, így az alacsonyabb impedanciájú egység éri el a teljes terhelést, miközben partnerének terhelése még mindig alacsonyabb. Így történik az, hogy egy transzformátor túlterhelődik egy olyan helyszínen, ahol minden névleges adatlap helyesnek tűnik.

 

Harmonikusok, földelés és szimmetria nélküli terhelés: A csoport összetétele második oka

A tekercselés elrendezése nem csupán egy fázisvektort forgat. Egy Dyn egységben a delta-kapcsolású HV tekercselés zárt áramkört biztosít a harmadik harmonikus és a nullasorozatú áramok számára a transzformátoron belül, így a szekunder feszültség közel szinuszos marad akkor is, ha a magot erősen terhelik. Egy Yyn egységben – amelynek nincs delta tekercselése és nincs segédtekercselése – ugyanezek az áramok nem tudnak keringeni a tekercsekben, hanem inkább a semleges pontot tolják el, ezért a Yyn típusú kialakításokat általában kisebb elosztási teljesítményekre korlátozzák, és rossz választásnak számítanak olyan gyárakhoz, amelyekben sok változó frekvenciájú meghajtás található.

A delta kapcsolás továbbá a nullszekvenciás áramkört is biztosítja, amely lehetővé teszi a földzárlati védelem működését. Egy Dyn transzformátornál egy alacsonyfeszültségű (LV) földzárlat áramot indukál, amelyet a magasfeszültségű (HV) oldali védelem érzékel és mérhet, mivel a delta kapcsolás biztosítja a visszatérő áramkört. Ha olyan kapcsolási csoportot választunk, amely nem rendelkezik ezzel az áramkörrel, akkor a zárlati áramnak más úton kell eljutnia a földelési berendezésen keresztül, ami általában lassabb vagy kevésbé érzékeny védelmi beállítást jelent. Az, hogy a közösségi pontot egyáltalán kivezetik-e – a „n” a Dyn11 jelölésben –, dönti el, hogy négyvezetékes LV rendszerünk van-e, közösségi csatlakozó a földelő ellenálláshoz, vagy háromvezetékes terhelésünk van-e, amelyet máshol kell földelni.

Két további eset gyakran előfordul, így érdemes előre tervezni rájuk. Azok a létesítmények, amelyek nagy egymásfázisú alacsony feszültségű (LV) terheléssel rendelkeznek – például egy kereskedelmi épület, ahol egy fázison nagy a világítási és csatlakozóaljzatos igény – jobban szolgálhatók olyan csillag–harántszerű kapcsolású transzformátorcsoportokkal (pl. Yzn11), amelyek folyamatosan képesek nullszekvenciájú áramot vezetni. Ezenkívül egy tizenkétpulzusos egyenirányító vagy nagy teljesítményű egyenáramú hajtás általában egy háromtekercses transzformátorról kapja az ellátást, amelynek két másodlagos tekercse 30 fokra van eltolva egymáshoz képest, mivel ez az eltolás biztosítja, hogy az ötödik és hetedik harmonikusok ne jussanak el a hálózatra. Mindkét megoldás a specifikációs szakaszban dől el; egyik sem utólagos beépítés.

 

Mit kell a specifikációba fogalmazni, és hogyan lehet azt ellenőrizni

Az érdeklődés öt pontja majdnem teljesen kiküszöböli a kockázatot. Először a teljes kapcsolási jelölés a óraszám megadásával, például Dyn11, valamint a semleges vezeték követelménye. Másodszor a szabályozási tartomány és az, hogy a berendezésnek ugyanazon a szabályozási fokozaton kell működnie-e egy meglévő transzformátorral – egy olyan pótalkatrész, amely minden tekintetben megegyezik a meglévővel, kivéve a szabályozási fokozatot, nem használható párhuzamos üzemre. Harmadszor a szükséges belső impedancia megadott tűréssel, mivel egy 5,5–6%-os sáv más termék, mint az „kb. 6%”. Negyedszer az alacsonyfeszültségű tekercs által elviselendő rövidzárlati áram, mivel ez a csoport összefügg az ellátóvezeték földelésével és védelmi rendszerével. Ötödször a kívánt fázissorrend és a csatlakozók jelölési szabálya, mivel az észak-amerikai és az IEC csatlakozó-jelölések nem azonosak.

Az ellenőrzés egyszerű, és rutinpróba, nem különleges vizsgálat. Az IEC 60076-1 szabvány tartalmazza a feszültségviszony mérését és a fáziselmozdulás ellenőrzését, az IEEE C57.12.90 pedig a folyadékkal hűtött egységeken végzett mérések között felsorolja a viszonyszám-méréseket, valamint a polaritás- és fáziskapcsolat-vizsgálatokat. Kérje a tesztfeljegyzést, amely a ténylegesen mért fáziselmozdulást is tartalmazza, nem csupán a viszonyszám-adatokat. Egy olyan tesztlap, amely három viszonyszámot jelent, de nem tartalmaz kapcsolási ellenőrzést, semmit sem árul el arról, hogy a csoport megfelel-e a rajznak.

Ezután ellenőrizze a típistolatot a tesztlappal szemben, mielőtt az egység elhagyja a gyárat. A kapcsolási jelölés, az áttétel, az impedancia, a szabályozófokozat-táblázat és a vektorcsoport mindegyike ugyanahhoz a tesztelési jegyzőkönyvhöz kell, hogy kapcsolódjon, és a típistolatra fel kell tüntetni a projekt által előírt tanúsítási jelölést – egy cULus- vagy CSA-jelölést kanadai vagy amerikai telepítéshez, ahol a CSA C227.4 szabvány írja elő a háromfázisú talapzatra szerelt elosztóegységek követelményeit. Ezt az ellenőrzést ön is elvégezheti a UL Solutions tanúsítási keresésben itt: https://www.ul.com/, és érdemes ezt megtenni, mielőtt elfogadná egy típistolat-fényképet bizonyítékként. Ez az időpont az is, amikor fényképezni kell a típistolatot, és archiválni, mert a fénykép lesz a hivatkozási alap a következő pótalkatrész megrendelésekor.

 

Hogyan gyártunk és tesztelünk egyedi háromfázisú egységeket

A Ryan Electric 2007 óta gyárt transzformátorokat egy 120 000 m²-es létesítményben, több mint 180 darab gyártási és tesztelési berendezéssel és 37 szabadalommal, az UL-, CSA-, IEEE-, DEKRA-, CNAS- és CE-szabványoknak megfelelően. Mint UL-listázott transzformátor-szálító , cULus-jelöléssel és CSA-követelményeknek megfelelő egységeket szállítunk észak-amerikai projektekbe, és a transzformátor vektorcsoport minden egységen a fülkében bizonyítják, mielőtt a tartályt festenék. Minden háromfázisú egységen arány- és fáziskapcsolat-vizsgálatot végeznek, a mért eltolódást a rutinpróba-lapon rögzítik, és a típistolcát ezen a lapon ellenőrzik, nem a rajzon, mert ott rejlenek a nem egyezések.

A legtöbb egyedi munkánk nem exotikus. Olyan projekt, amelyhez egy Dyn11 transzformátor egy európai tervezésű kapcsolótáblához való illeszkedéshez, vagy egy Dyn1 egységhez, amely egy észak-amerikai pad-montált transzformátor mellé helyezhető ugyanazon az elosztóbuszon, illetve egy tartalék egységhez, amelyet egy már telepített egységhez kell illeszteni, és amelynek névplaca az egyetlen fennmaradt dokumentum arról, hogyan volt bekötve. 2023 óta hivatalos közös vállalati partnerekként is működünk az Eaton cégnél, ami elsősorban egy okból fontos: a közös vállalati partner által vezetendő dokumentáció és tesztelési jegyzőkönyvek megegyeznek azokkal a dokumentumokkal, amelyekre egy projektmérnöknek szüksége van, ha párhuzamos üzemeléssel kapcsolatos kérdés merül fel három évvel a rendszer üzembe helyezése után.

 

A következő lépés

Küldjön nekünk két dolgot, és általában egy nap alatt megkapja a választ. Az Ön által már rendelkezésre álló transzformátor névplacafotója – beleértve a kapcsolási szimbólumot és a szabályozófokozat-táblázatot –, valamint az új egység csatlakozására szolgáló elosztóbusz egyvonalas kapcsolási rajza. Ezek birtokában mérnökeink megerősítik az Önnek szükséges csoportot, és tájékoztatják, hogy egy készleten lévő Dyn11 transzformátor vagy egy Dyn1 építési változat a megfelelő választás, és írja le a párhuzamos üzemre alkalmas áttételt, impedancia-tűrést és szabályozási tartományt.

Ha teljesen újra határozza meg a specifikációt, és még nem döntött a kapcsolási szimbólumról, akkor most van a legjobb időpont erre. A transzformátor vektorcsoport a rajz alapján kerül meghatározásra, és egy teszttel igazolják, így a megajánlási szakaszban szabadon kijavítható. Kérjen megjelölt specifikáció-áttekintést, vagy küldje el a használt névleges értékeket, és mi visszajelzünk az Ön projektjéhez tartozó csoportosítással, az impedancia-sávval és a teszttervvel.

A szerzőről

Ezt az útmutatót a Ryan Electric alkalmazástechnikai csapata készítette, egy UL-listázott transzformátor-szálító munkát végezünk villamosenergia-szolgáltatókkal, ipari ügyfelekkel, adatközpontokkal és megújuló energia-projektekkel Észak-Amerikában, a Közel-Keleten, Délkelet-Ázsiában és Afrikában. Mérnökeink gyári elfogadási teszteket felügyeltek olajban hűtött és száraz típusú transzformátorokra 500 kVA-tól 200 MVA-ig, beleértve a fázisviszonyok és az áttétel ellenőrzését háromfázisú kivitel esetén. Küldje el a rajzokat, a motorütemtervet és egy meglévő típistolap-fotót mérnöki értékelés céljából irodánkba, mielőtt kiadná a beszerzési rendelést.