Transformatoriaus vektorinės grupės paaiškinimas: Dyn1, Dyn11 ir Yyn0 bei kodėl laikrodžio skaičius nulemia jūsų projektą

Abu transformatoriai buvo identiški popieriuje: kiekvieno galia – 1250 kVA, įtampa – nuo 13,8 kV iki 480Y/277 V, įtampų kritimo koeficientai vienas kito nuo pusės procentinės dalies. Vis dėlto juos nebuvo galima eksploatuoti lygiagrečiai. Priežastis buvo viena eilutė techninėje charakteristikoje – transformatoriaus vektorinė grupė – kur įmontuoto įrenginio žymėjime nurodyta Dyn11, o atsarginio, kurį reikėjo pakeisti, – Dyn1. Trijų fazių sistemose šis laikrodžio skaičius nusprendžia, ar du įrenginiai yra „dvyniai“ ar „svetimi“, ir tai dažniausiai būna eilutė, kurią užklausose paliekama tuščia.

Ką iš tikrųjų reiškia transformatoriaus vektorinė grupė

Raides apibūdina apvijų jungimus, o skaičius – fazės poslinkį. Didžiosios raidės priklauso aukštosios įtampos (HV) apvijoms, mažosios – žemosios įtampos (LV) apvijoms: D ir d reiškia trikampį, Y ir y – žvaigždę, Z ir z – žigzagą, o mažoji raidė n reiškia, kad neutralusis taškas išvestas ir užbaigtas. Taigi transformatoriaus vektorinė grupė užrašyta kaip Dyn11 reiškia trikampio tipo aukštosios įtampos (HV) apviją, žemosios įtampos (LV) apviją su išvestu neutraliuoju tašku ir fazės poslinkį 11 × 30 = 330 laipsnių.

Laikrodžio konvencija apibrėžiama naudojant jungimo simbolius IEC 60076-1 (https://webstore.iec.ch/en/publication/588/). Įsivaizduokite, kad aukštosios įtampos fazoriaus rodyklė nukreipta į dvylika valandų padėtį; žemosios įtampos fazoriaus rodyklė nukreipta į valandą, kuri nurodyta skaičiumi. Vienuolika valandų atitinka 330 laipsnių, kas reiškia, kad žemosios įtampos fazė operuoja 30 laipsnių greičiau nei aukštosios įtampos fazė. Viena valanda – tai 30 laipsniai kita kryptimi, todėl Dyn1 transformatoriuje žemosios įtampos fazė vėluoja 30 laipsnių prieš aukštosios įtampos fazę. Abi schemos yra leistinos ir labai dažnai naudojamos. Be to, jos yra viena nuo kitos nutolusios 60 laipsnių, o ne 0 laipsnių – štai šis niuansas dažnai suklaidina žmones.

Nieko iš šių parametrų negalima pakeisti paleidžiant į eksploataciją. Fazinė grupė nustatoma priklausomai nuo to, kaip apvijos fiziškai sujungiamos viduje transformatoriaus korpuso ir kaip laidai prijungiami prie terminalų, todėl ji nustatoma projektavimo etape, nurodoma techninėje dokumentacijoje ir patvirtinama gamykliniu bandymu. Mišriose užsakymų serijose taip pat galima sutikti YNd11 (žvaigždės tipo aukštosios įtampos su neutraliu laidu, trikampio tipo žemosios įtampos), Yzn11 – zigzago tipo antrinėms apvijoms ir Dd0 – pramoniniams trikampio tipo į trikampio tipo transformatoriams.

 

Fazinės grupės, su kuriomis susidursite realiuose projektuose

Šešios grupės apima beveik viską, kas praeina per mūsų bandymų patalpą. Žemiau pateikta lentelė yra praktinė versija, kurią siunčiame projektų inžinieriams, kai jie klausia, kurią grupę įrašyti į technines sąlygas.

Vektorinė grupė	Fazės poslinkis (LV lyginant su HV)	Kur jį matote	Kodėl ji pasirenkama
Yyn0	0 laipsnių, vienoje fazėje	Mažosios paskirstymo įrangos ir LV tinklai, kurie turi likti toje pačioje fazėje kaip ir HV tiekimas	Paprastas keturių laidų tiekimas, bet be delta jungties, kuri sugertų triplius harmonikus
Dyn1	LV atsilieka nuo HV 30 laipsnių	Trišakio paskirstymo ir žemėje montuojamos įrangos vienetai, sukurti pagal Šiaurės Amerikos praktiką	Žinoma ANSI ir CSA paskirstymo išdėstymo schema; delta jungtis sugeria triplius harmonikus
Dyn11	LV aplenkia HV 30 laipsnių	Europos ir IEC praktikos paskirstymo tinklai bei dauguma eksporto projektų	Numatytasis IEC skirstymo grupės tipas, kuris suteikia tokį patį harmonikų naudingumą kaip ir Dyn1
YNd11	LV aplenkia HV 30 laipsnių	Generatorių pakėlimo ir perdavimo transformatoriai, aukštosios įtampos žvaigždė su uzeminta neutraliuoju laidu	Suteikia sistemos aukštosios įtampos neutralųjį laidą su delta žemosios įtampos apvija
Yzn11 / Dz0	Žemosios įtampos fazė pralenkia 30 laipsnių / yra vienoje fazėje	Vienetai, maitinantys stipriai nesubalansuotą keturgalių žemosios įtampos apkrovą	Žigzago antrinė apvija perduoda nulinės sekos srovę be perkaitimo
Dd0 + Dy11	30 laipsnių kampas tarp dviejų antrinių apvijų	Išlyginamieji ir dvylikapulsio variklių valdymo transformatoriai	30 laipsnių kampas tarp antrinių apvijų panaikina penktąją ir septintąją harmonikas

Dažniausiai kylančią problemą sukelia regioninis modelis. Šiaurės Amerikoje naudojama skirstomųjų transformatorių schema Dyn1, kurioje žemosios įtampos (ŽĮ) įtampa atsilieka 30 laipsnių nuo aukštosios įtampos (AĮ); IEC ir Europos praktikoje naudojama schema Dyn11, kurioje ji aplenkia. Abi schemos yra teisingos, o vienos linijos schemoje dažnai nurodomos tik apvijų raidės be laikrodžio skaičiaus. Jei techninėje specifikacijoje nurodyta tik „delta–žvaigždė“ ir daugiau nieko, tiekėjas gamins pagal vietinę praktiką, todėl rezervinė dalis, užsakyta iš kitos šalies, gali būti 60 laipsnių poslinkiu nuo to įrenginio, kuriam ji skirta.

Todėl rašykite visą simbolį: Dyn11, o ne „delta–žvaigždė“. Pridėkite neutralaus laidininko reikalavimą, nes Dd ar Dy be „n“ reiškia, kad neutralaus prijungimo galimo nėra, kas keičia žemosios įtampos sistemos įžeminimą ir tai, ką registruoja apsauga. Papildomi šeši simboliai brėžinyje kainuoja nieko pasiūlymo etape ir vėliau negali būti pataisyti be gamyklinio perjungimo ir naujo bandymo.

 

Kodėl laikrodžio skaičius nusprendžia, ar du įrenginiai gali veikti lygiagrečiai

Prieš jungiant du transformatorius į bendrą autobusą, turi būti įvykdytos keturios sąlygos. Jie turi turėti tą pačią fazių poslinkį, tą patį įtampų santykį, artimą varžą ir identiškas reguliavimo padėtis. Tik pirmoji sąlyga yra absoliuti. Lygiagretaus veikimo rekomendacijos dokumente IEC 60076-8 (https://webstore.iec.ch/en/publication/606/) šį klausimą nagrinėja būtent šia tvarka: jungties grupė turi sutapti, įtampų santykis turi sutapti su tikslumu iki kelių šimtųjų procento, o varžos turi būti pakankamai artimos, kad nei vienas įrenginys neperviršytų savo nominaliosios galios.

Štai ką iš tikrųjų sukelia nesuderinamumas. Paimkime du 1000 kVA vienetus su nominalia antrine įtampa 480 V ir 5,5 % varža. Jei jų grupės skiriasi 30 laipsnių, abiejų vienetų antrinės įtampos yra skirtingose fazėse, o tarp atitinkamų dviejų vienetų fazių įtampa yra 2 × 480 × sin 15 laipsnių, t. y. apie 52 % nominalios įtampos. Padalijus tai iš abiejų varžų sumos, cirkuliuojanti srovė yra maždaug 4,7 kartų didesnė už nominalią srovę — dar prieš prijungiant bet kokią apkrovą. Jei abiejų laikrodžio skaičių skirtumas yra 60 laipsnių — pavyzdžiui, šalia vienas kito yra Dyn1 ir Dyn11 transformatorius — tada abiejų įtampos yra visiškai nominalios įtampos atstumu viena nuo kitos, o cirkuliuojanti srovė artėja prie devynis kartus didesnės už nominalią srovę. Lygiagrečiai jungiamo įrenginio įjungimas tokiomis sąlygomis nėra tik techninio paleidimo nepatogumas; tai trumpasis jungimas su jungikliu.

Santykio ir varžos neatitikimai yra tylesni, bet brangesni. Santykio skirtumas 1 % tarp dviejų kitaip identiškų vienetų sukelia cirkuliuojančiąją srovę, kuri sudaro apytiksliai 9 % nominaliosios srovės esant 5,5 % varžai; tai pasireiškia kaip papildomos tuščiosios eigos nuostolios ir transformatorius šyla net nešalinant jokios apkrovos. Varžos neatitikimas visiškai neapriboja vienetų bendro veikimo, jis tik nusprendžia, kuris vienetas dirba sunkiau: esant vienodiems santykiams apkrova pasiskirsto atvirkščiai proporcingai varžoms, todėl mažesnės varžos vienetas pasiekia pilną apkrovą tuo metu, kai jo partneris vis dar perneša mažesnę apkrovą. Būtent taip transformatorius perapkraunamas objekte, kur visų techninių plokštelių duomenys atrodo teisingi.

 

Harmonikos, įžeminimas ir nesimbalinė apkrova: antra priežastis, kodėl grupės sudėtis yra svarbi

Vijų išdėstymas daro daugiau nei sukasi fazoriaus. Dyn vienete delta prijungta aukštosios įtampos vija suteikia trečiosios harmonikos ir nulinės sekos srovėms uždarą kelią transformatoriuje, todėl antrinė įtampa lieka arti sinusoidinės net tada, kai šerdies magnetinimas yra stiprus. Yyn vienete, kurio nėra delta vijos ir nėra papildomos vijos, tos pačios srovės neturi kur cirkuliuoti vijose ir vietoj to judina neutralųjį tašką, todėl Yyn konstrukcijos paprastai naudojamos tik mažesnėms skirstomosios galios sistemoms ir netinka gamybos įmonėms, kuriose daug kintamos dažnio variklių.

Delta taip pat perduoda nulinės sekos grandinę, kuri leidžia veikti žemės gedimo apsaugai. Dyn transformatoriuje žemųjų įtampų (LV) pusėje esantis žemės gedimas sukuria srovę, kurią aukštųjų įtampų (HV) pusės apsauga gali matyti ir išmatuoti, nes delta suteikia grįžtamąją grandinę. Pasirinkite grupę be tokios grandinės – tada gedimo srovė priversta eiti per įžeminimo sistemą, kas dažniausiai reiškia lėtesnį ar mažiau jautrų apsaugos nustatymą. Tai, ar neutralas išvedamas visiškai – tai „n“ raidė žymėjime Dyn11 – nusprendžia, ar turėsite ketur laidų žemųjų įtampų sistemą, ar neutralo kontaktą įžeminimo rezistoriui, ar tris laidus turinčią apkrovą, kurią reikia įžeminti kitur.

Dar du atvejai pasitaiko pakankamai dažnai, kad būtų galima juos numatyti. Įstaigos su dideliais vienfaziais žemosios įtampos (LV) apkrovomis, pvz., komercinės pastatų su didelėmis šviesos ir rozetės apkrovomis vienoje fazėje, geriau aptarnaujamos zigzago jungimo grupių, tokių kaip Yzn11, kurios yra sukurtos nepertraukiamai praleisti nulinės sekos srovę. Be to, dvylikapulsio lygintuvas arba didelis nuolatinės srovės variklis paprastai maitinamas iš trijų apvijų transformatoriaus, kurio dvi antrinės apvijos yra pasuktos 30 laipsnių kampu, nes šis posūkis pašalina penktąją ir septintąją harmonikas dar prieš joms pasiekiant tiekimo tinklą. Abudu sprendimai priimami techninės specifikacijos parengimo etape; nei vienas iš jų nėra poįdiegimo sprendimas.

 

Ką įtraukti į techninę specifikaciją ir kaip tai patikrinti

Penkių eilučių užklausa pašalina beveik visą riziką. Pirma, pilnas jungties simbolis su laikrodžio skaičiumi, pavyzdžiui, Dyn11, taip pat neutraliojo laidininko reikalavimas. Antra, reguliavimo diapazonas ir tai, ar įrenginys turi veikti tame pačiame reguliavimo padėtyje kaip esamas transformatorius – atsarginis transformatorius, kuris atitinka visus parametrus išskyrus reguliavimo padėtį, vis tiek nėra lygiagrečiai prijungiamas. Trečia, reikalaujama impedanso vertė su nurodyta leistina paklaida, nes 5,5 %–6 % diapazonas yra kitoks gaminys nei „apytiksliai 6 %“. Ketvirta, žemosios įtampos apvijos atlaikymo trumpojo jungimo srovė, nes šis parametras sąveikauja su įžeminimo ir apsaugos sistema. Penkta, pageidaujama fazių tvarka ir terminalų žymėjimo konvencija, nes Šiaurės Amerikos ir IEC terminalų žymėjimai nėra vienas ir tas pats dalykas.

Patvirtinimas yra paprastas, o tai yra įprastinis, o ne ypatingas bandymas. IEC 60076-1 standarte nurodytas įtampų santykio matavimas ir fazės poslinkio tikrinimas, o IEEE C57.12.90 standarte tarp matavimų, atliekamų skystyje panardintose vienetuose, išvardyti santykio bandymai bei poliškumo ir fazės ryšio bandymai. Paprašykite bandymo įrašo, kuriame būtų nurodytas faktiškai išmatuotas fazės poslinkis, o ne tik santykio skaičiai. Bandymo lapas, kuriame pateikti trys santykiai, bet nėra atlikto jungties tikrinimo, nieko nepasako apie tai, ar grupė atitinka brėžinį.

Tadau prieš vienetą išleidžiant iš gamyklos, patikrinkite jo techninės plokštelės duomenis su bandymų lapu. Jungties ženklas, įtampa, varža, reguliavimo jungčių lentelė ir vektorių grupė visi turi atitikti tuos pačius bandymų įrašus, o plokštelėje turi būti nurodytas projektui reikalaujamas sertifikavimo ženklas – cULus arba CSA ženklas JAV ar Kanadoje montuojamiems įrenginiams; trijų fazių ant žemės montuojamų skirstomųjų transformatorių reikalavimus nustato standartas CSA C227.4. Šią patikrą galite atlikti patys naudodami UL Solutions sertifikavimo paiešką svetainėje https://www.ul.com/, ir tai verta padaryti prieš priimdami techninės plokštelės nuotrauką kaip įrodymą. Tai taip pat yra tinkamas laikas nufotografuoti plokštelę ir ją archyvuoti, nes ši nuotrauka taps nuoroda užsisakant kitą atsarginį vienetą.

 

Kaip mes gaminame ir bandome specialiuosius trijų fazių vienetus

„Ryan Electric“ nuo 2007 m. gamina transformatorius 120 000 m² ploto gamykloje, kurioje yra daugiau nei 180 gamybos ir bandymų įrangos rinkinių bei 37 patentai, o darbai atliekami pagal UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS ir CE reikalavimus. Kaip UL sertifikuoto transformatoriaus tiekėjo , mes siunčiame į Šiaurės Amerikos projektus cULus žymėjimu pažymėtus ir CSA reikalavimus atitinkančius vienetus, ir transformatoriaus vektorinė grupė kiekvieno vieneto patikrinimas vyksta dėžėje prieš dažant bakelį. Kiekviename trijų fazių vienete atliekami santykio ir fazių sąryšio bandymai, išmatuotas poslinkis įrašomas į įprastinio bandymo lapą, o nameplėtė tikrinama pagal tą lapą, o ne pagal brėžinį, nes būtent čia paslėpti neatitikimai.

Dauguma mūsų individualaus darbo nėra eksotiška. Tai projektas, kuriam reikia Dyn11 transformatorius pritaikyti europietiško dizaino jungiamąją plokštę arba Dyn1 vienetą, kuris būtų įmontuojamas šalia Šiaurės Amerikoje naudojamo žemėje montuojamo transformatoriaus toje pačioje magistralėje, arba atsarginį vienetą, kuris būtų sukurtas taip, kad atitiktų jau įrengtą vienetą, kurio pavadinimo lentelė yra vienintelis išlikęs įrašas apie tai, kaip jis buvo prijungtas. Nuo 2023 m. mes taip pat veikiame kaip oficialus Eaton bendrojo įmonės partneris, kas ypač svarbu dėl vienos priežasties: bendrojo įmonės partneriui reikalaujama saugoti dokumentus ir bandymų įrašus, kurie taip pat reikalingi projektų inžinieriui, kai po trijų metų nuo paleidimo kyla lygiagretaus prijungimo klausimas.

 

Kitas žingsnis

Išsiųskite mums du dalykus – atsakymas paprastai užtrunka vieną dieną. Pirmiausia – nuotrauką su jūsų turimo transformatoriaus pavadinimo lentele, įskaitant prijungimo simbolį ir įtampos reguliavimo lentelę; antra – vienos linijos schemą magistralei, prie kurios bus prijungiamas naujas vienetas. Turėdami šiuos duomenis, mūsų inžinieriai patvirtins reikiamą grupę ir praneš, ar galima naudoti standartinį Dyn11 transformatorius arba Dyn1 jungimo schema yra tinkama, ir įrašykite santykį, varžos nuokrypio ribas bei reguliavimo diapazoną, kurie leidžia lygiagrečią veikimą.

Jei nustatote technines sąlygas nuo pradžių ir dar neesate nusprendę apie jungimo simbolį, tai yra tinkamas laikas tai aptarti. transformatoriaus vektorinė grupė nustatoma pagal brėžinį ir patvirtinama bandymais, todėl galima tiksliai nustatyti ją jau pasiūlymo etape. Paprašykite pažymėtos techninių reikalavimų peržiūros arba išsiųskite naudojamus nominaliuosius duomenis – mes atsiųsime jums grupės priklausymą, varžos intervalą ir bandymų planą jūsų projektui.

Apie autorių

Šis vadovas parengtas Ryan Electric taikomosios inžinerijos komandos, kuri yra UL sertifikuoto transformatoriaus tiekėjo dirbame su naudotinėmis, pramoninėmis, duomenų centrų ir atsinaujinančiosios energijos projektų sritymis Šiaurės Amerikoje, Vidurio Rytuose, Pietryčių Azijoje ir Afrikoje. Mūsų inžinieriai prižiūrėjo gamyklinius priėmimo bandymus skystybe aušinamiems ir sausiems transformatoriams nuo 500 kVA iki 200 MVA, įskaitant santykio ir fazės ryšio patikrinimą trijų fazių konstrukcijose. Prieš pateikdami pirkimo užsakymą, siųskite brėžinius, variklių sąrašą ir esamos techninės informacinės lentelės nuotrauką mūsų inžineriniam skyriui peržiūrai.