Uitleg van de transformatorvectorgroep: Dyn1, Dyn11 en Yyn0, en waarom het kloknummer uw project bepaalt

De twee transformatoren leken op papier identiek: elk 1.250 kVA, 13,8 kV naar 480Y/277 V, impedantie binnen een halve procentpunt van elkaar. Toch konden ze niet parallel worden bedreven. De reden stond op één regel op het typeplaatje — de transformatortypegroep — waarop de geïnstalleerde eenheid Dyn11 aangeeft en de reserve-eenheid die we moesten matchen Dyn1. Bij driefasentoepassingen bepaalt dat kloknummer of twee eenheden ‘tweelingen’ of ‘vreemdelingen’ zijn, en het is de regel die het vaakst leeg blijft op het aanvraagformulier.

Wat een transformatorvectorgroep u daadwerkelijk vertelt

De letters beschrijven de wikkelingsaansluitingen en het cijfer geeft de fasenverschuiving aan. Hoofdletters behoren bij de HV-wikkeling, kleine letters bij de LV-wikkeling: D en d betekenen driehoek, Y en y betekenen ster, Z en z betekenen zigzag, en een klein n betekent dat het neutraalpunt is uitgevoerd en afgesloten. Dus een transformatortypegroep geschreven als Dyn11 is een driehoekvormige HV-wikkeling, een ster-vormige LV-wikkeling met uitgevoerd neutraalpunt en een fasenverschuiving van 11 × 30 = 330 graden.

De klokconventie wordt gedefinieerd met de aansluitingssymbolen in IEC 60076-1 (https://webstore.iec.ch/en/publication/588/). Stel je de HV-fasor voor die wijst naar twaalf uur; de LV-fasor staat op het uur dat wordt aangegeven door het cijfer. Elf uur is 330 graden, wat hetzelfde betekent als dat de LV-fasor de HV-fasor met 30 graden vooruit is. Eén uur is 30 graden de andere kant op, dus in een Dyn1-transformator loopt de LV-fasor 30 graden achter op de HV-fasor. Beide configuraties zijn geldig en zeer gebruikelijk. Ze liggen ook 60 graden uit elkaar, niet 0 graden — dit is het detail dat veel mensen in de war brengt.

Niets van dit alles is een instelling die u tijdens de inbedrijfstelling kunt wijzigen. De vectorgroep volgt uit de fysieke aansluiting van de wikkelingen binnen de tank en de manier waarop de aansluitdraden naar de klemmen worden gevoerd, dus deze is vastgelegd in het ontwerpstadium, vermeld op het typeplaatje en bevestigd via een fabriekstest. Bij een gemengde bestelling zult u ook YNd11 (ster-HV met neutraal, delta-LV) tegenkomen bij opspanning, Yzn11 voor zigzag-secondairen en Dd0 voor delta-delta-industriële eenheden.

 

De vectorgroepen die u op echte projecten zult tegenkomen

Zes groepen dekken bijna alles wat onze testruimte binnenkomt. De onderstaande tabel is de praktische versie die we naar projecttechnici sturen wanneer zij vragen welke groep ze in een specificatie moeten opnemen.

Vector Groep	Fasenverschuiving (LV ten opzichte van HV)	Waar u het ziet	Waarom deze wordt gekozen
Yyn0	0 graden, in fase	Kleine distributie-eenheden en LV-netwerken die in fase moeten blijven met de HV-voeding	Eenvoudige vierdraadsvoeding, maar zonder deltawikkeling om triplen harmonischen op te nemen
Dyn1	LV loopt 30 graden achter op HV	Driefasige distributie- en op de grond geplaatste eenheden gebouwd volgens Noord-Amerikaanse praktijk	De bekende ANSI- en CSA-distributieopstelling; de delta vangt triplen harmonischen op
Dyn11	LV loopt 30 graden voor op HV	Europese en IEC-distributienetwerken, en de meeste exportprojecten	De standaard IEC-verdeelgroep, met hetzelfde harmonische voordeel als Dyn1
YNd11	LV loopt 30 graden voor op HV	Generatoropspannings- en transformatortransformatoren, hoogspanningsster met geaarde neutraal	Zorgt voor een geaarde hoogspanningsneutraal voor het systeem, met een delta-laagspanningswikkeling
Yzn11 / Dz0	Laagspanning loopt 30 graden vooruit / in fase	Eenheden die zwaar ongebalanceerde vierdraads-laagspanningslasten voeden	De zigzagsecundair draagt nulvolgordestroom zonder oververhitting
Dd0 + Dy11	30 graden tussen de twee secundaires	Gelijkrichter- en twaalfpuls-aandrijftransformatoren	De hoek van 30 graden tussen de secundaire wikkelingen compenseert de vijfde en zevende harmonischen

Het patroon dat het meeste probleem veroorzaakt, is regionaal. De Noord-Amerikaanse distributiepraktijk gebruikt Dyn1, waarbij de laagspanningszijde 30 graden achterloopt op de hoogspanningszijde; de IEC- en Europese praktijk gebruikt Dyn11, waarbij de laagspanningszijde 30 graden vooruitloopt. Beide zijn juist, en een eenvoudig schema bevat vaak alleen de wikkelingsletters zonder het kloknummer. Als een specificatie alleen ‘delta-wye’ vermeldt, bouwt de leverancier volgens de lokale conventie, en een reserveapparaat besteld uit een ander land kan 60 graden verschoven aankomen ten opzichte van het apparaat waarvoor het bedoeld is.

Gebruik daarom het volledige symbool: Dyn11, niet ‘delta-wye’. Voeg de neutraalvereiste toe, want Dd of Dy zonder ‘n’ betekent helemaal geen neutraal aansluitpunt, wat van invloed is op de aarding van het laagspanningssysteem en op wat de beveiliging detecteert. De zes extra tekens op de tekening kosten niets tijdens de offertefase en kunnen daarna niet worden gecorrigeerd zonder een fabrieksopnieuwverbinding en een nieuwe test.

 

Waarom het kloknummer bepaalt of twee eenheden parallel kunnen draaien

Vooraleer twee transformatoren een bus kunnen delen, moeten vier voorwaarden worden vervuld. Ze moeten dezelfde fasedisplacement hebben, dezelfde spanningsverhouding, sterk op elkaar afgestemde impedanties en identieke tapposities. Alleen de eerste voorwaarde is absoluut. De richtlijnen voor parallelbedrijf in IEC 60076-8 (https://webstore.iec.ch/en/publication/606/) behandelen deze vraag precies in deze volgorde: de aansluitgroep moet overeenkomen, de verhouding moet binnen een fractie van een procent overeenkomen en de impedanties moeten dicht genoeg bij elkaar liggen om te voorkomen dat een van beide eenheden boven zijn nominale belasting wordt gebracht.

Dit is wat een ongelijkheid daadwerkelijk veroorzaakt. Neem twee eenheden van 1.000 kVA met een nominale secundaire spanning van 480 V en een impedantie van 5,5%. Als hun groepen 30 graden uit fase zijn, staan de twee secundaire spanningen op verschillende fasenhoeken, en de spanning tussen de overeenkomstige fasen van de twee machines bedraagt 2 × 480 × sin 15 graden, oftewel ongeveer 52% van de nominale spanning. Deel dat door de som van de twee impedanties, en de circulerende stroom bedraagt ruwweg 4,7 keer de nominale stroom — nog voordat er enige belasting is aangesloten. Als de twee kloknummers 60 graden uit elkaar liggen — bijvoorbeeld een Dyn1-transformator naast een Dyn11-transformator — dan ligt het spanningsverschil tussen de twee volledig op de nominale spanning, en nadert de circulerende stroom negen keer de nominale stroom. Het sluiten van het parallelleidingsapparaat in die toestand is geen lastigheid tijdens de inbedrijfstelling; het is een kortsluiting met een schakelaar erop.

Verhoudings- en impedantieafwijkingen zijn stiller, maar duurder. Een verhoudingsverschil van 1% tussen twee aan elkaar identieke eenheden veroorzaakt een circulerende stroom van ongeveer 9% van de nominale stroom bij een impedantie van 5,5%, wat zich manifesteert als extra leegloopverlies en een verwarmde transformator zonder belasting. Een impedantieafwijking voorkomt niet dat de eenheden samen blijven draaien; het bepaalt alleen wie harder werkt: bij gelijke verhoudingen wordt de belasting omgekeerd evenredig verdeeld volgens de impedantie, dus de eenheid met lagere impedantie bereikt volledige belasting terwijl haar partner nog minder belast is. Zo raakt een transformator overbelast op een locatie waar alle naamplaatwaarden correct lijken.

 

Harmonischen, aarding en ongebalanceerde belasting: de tweede reden waarom de groep belangrijk is

De wikkelingsopstelling doet meer dan alleen een fasor laten draaien. In een Dyn-eenheid zorgt de delta-gekoppelde hoogspanningswikkeling ervoor dat derde-harmonische en nulvolgorde-stromen een gesloten pad binnen de transformator krijgen, zodat de secundaire spanning bijna sinusvormig blijft, zelfs wanneer de kern zwaar wordt belast. In een Yyn-eenheid zonder deltawikkeling en zonder tertiaire wikkeling kunnen dezelfde stromen niet in de wikkelingen circuleren en verplaatsen in plaats daarvan het neutraalpunt, wat verklaart waarom Yyn-ontwerpen meestal beperkt blijven tot kleinere distributievermogens en slecht geschikt zijn voor een installatie vol variabele-frequentieregelaars.

De driehoek vormt ook het nulvolgordepad dat aardfoutbeveiliging mogelijk maakt. Bij een Dyn-transformator veroorzaakt een aardfout aan de lage-spanningszijde een stroom die de hoogspanningszijdige beveiliging kan detecteren en kwantificeren, omdat de driehoek het retourpad biedt. Kies een koppelgroep zonder dat pad, en de foutstroom moet via de aardingopstelling terugkeren, wat meestal betekent dat de beveiliging trager of minder gevoelig is ingesteld. Of de neutrale geleider al dan niet wordt uitgevoerd — de ‘n’ in Dyn11 — bepaalt of u een vierdraads lage-spanningssysteem hebt, een neutraalklem voor een aardweerstand, of een drie-draads belasting die elders moet worden geaard.

Twee andere gevallen komen vaak genoeg voor om er rekening mee te houden bij de planning. Installaties met een zware enkel-fase laagspanningsbelasting, zoals een commercieel gebouw met een grote verlichtings- en stopcontactbelasting op één fase, worden beter bediend door zigzaggroepen zoals Yzn11, die zijn ontworpen om nulvolgordestroom continu te kunnen geleiden. En een twaalfpuls-gelijkrichter of een grote gelijkstroomaandrijving wordt meestal gevoed via een drie-wikkelingstransformator waarvan de twee secundaire wikkelingen 30 graden uit fase staan, omdat deze faseverschuiving de vijfde en zevende harmonischen elimineert voordat zij de voeding bereiken. Beide keuzes worden in de specificatiefase vastgelegd; geen van beide is een nabouwoplossing.

 

Wat in de specificatie moet worden opgenomen, en hoe dit kan worden geverifieerd

Vijf regels in het onderzoek verwijderen bijna al het risico. Ten eerste het volledige aansluitingssymbool met het kloknummer, bijvoorbeeld Dyn11, plus de eis ten aanzien van de nulgeleider. Ten tweede het trapbereik en of de eenheid op dezelfde trap moet draaien als een bestaande transformator — een reserve-eenheid die in alle opzichten identiek is, behalve de trappositie, is nog steeds geen parallelbedrijfsklaar reserveonderdeel. Ten derde de vereiste impedantie met een opgegeven tolerantie, omdat een band van 5,5% tot 6% een ander product is dan ‘ongeveer 6%’. Ten vierde het kortsluitniveau dat de laagspanningswikkeling moet kunnen weerstaan, aangezien deze groep interageert met het aardings- en beveiligingssysteem. Ten vijfde de fasenvolgorde en de terminalmarkeringconventie die u wenst, omdat Noord-Amerikaanse en IEC-terminalaanduidingen niet hetzelfde zijn.

De verificatie is eenvoudig en vormt een standaardtest, geen bijzondere test. IEC 60076-1 omvat de meting van de spanningsverhouding en de controle van de fasenverschuiving, terwijl IEEE C57.12.90 onder andere verhoudingstests en polariteits- en fasenrelatietests opnoemt als metingen die worden uitgevoerd op oliegeïmmersive eenheden. Vraag het testrapport aan waarin de daadwerkelijk gemeten fasenverschuiving van de eenheid wordt vermeld, niet alleen de verhoudingscijfers. Een testsheet die drie verhoudingen rapporteert maar geen aansluitingscontrole bevat, zegt niets over of de groep overeenkomt met de tekening.

Lees vervolgens het typeplaatje af tegen de testrapportage voordat de eenheid het fabrieksterrein verlaat. Het aansluitingsymbool, de overzetverhouding, de impedantie, de aftakkingstabel en de vectorgroep moeten allemaal terugvallen op hetzelfde testrapport, en het typeplaatje moet het certificatiemerk bevatten dat het project vereist — een cULus- of CSA-merk voor een installatie in Canada of de Verenigde Staten, waarbij CSA C227.4 de eisen vastlegt voor driedraads, op een betonnen plint geplaatste distributietransformatoren. U kunt deze controle zelf uitvoeren via de UL Solutions certificatiezoekfunctie op https://www.ul.com/, en het is zeker de moeite waard om dit te doen voordat u een foto van het typeplaatje accepteert als bewijs. Dit is ook het moment om een foto van het typeplaatje te maken en op te slaan, omdat die foto de referentie vormt voor de volgende reserve-eenheid die u bestelt.

 

Hoe wij op maat gemaakte driedraads transformatoren bouwen en testen

Ryan Electric bouwt sinds 2007 transformatoren in een faciliteit van 120.000 m² met meer dan 180 sets productie- en testapparatuur en 37 octrooien, en werkt conform de eisen van UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS en CE. Als een UL-gecertificeerde transformatorenleveranciers , wij verzenden cULus-gemerkte en CSA-conforme eenheden naar Noord-Amerikaanse projecten, en de transformatortypegroep op elke eenheid wordt in de testcel bevestigd voordat de tank wordt gespoten. Op elke driefaseneenheid worden verhoudings- en fasenrelatietests uitgevoerd; de gemeten verplaatsing wordt vastgelegd op het routinetestformulier, en het typeplaatje wordt gecontroleerd aan de hand van dat formulier in plaats van aan de hand van de tekening, waar onovereenkomsten zich vaak verschuilen.

Het grootste deel van het klantspecifieke werk dat wij doen, is niet exotisch. Het is een project dat een Dyn11-transformator om overeen te komen met een Europees ontworpen verdeelkast, of een Dyn1-apparaat naast een Noord-Amerikaanse pad-mounted-transformator op dezelfde bus, of een reserveapparaat dat is gebouwd om overeen te komen met een geïnstalleerd apparaat waarvan het typeplaatje de enige overgebleven registratie is van hoe het was aangesloten. Sinds 2023 opereren wij ook als officiële joint-venture-partner van Eaton, wat voornamelijk om één reden belangrijk is: de documentatie en testrapporten die een joint-venture-partner dient bij te houden, zijn precies dezelfde rapporten die een projectingenieur nodig heeft wanneer er drie jaar na oplevering een vraag over parallelbedrijf rijst.

 

De volgende stap

Stuur ons twee dingen en het antwoord duurt meestal één dag. De foto van het typeplaatje van de transformator die u al hebt — inclusief het aansluitingspictogram en de tap-tabel — en het eenvoudig schema (single-line diagram) van de bus waaraan de nieuwe eenheid zal worden aangesloten. Met deze informatie bevestigen onze ingenieurs de groep die u nodig hebt en laten ze u weten of een standaardmodel Dyn11-transformator of een Dyn1-aansluiting de juiste keuze is, en noteer het spanningsverhouding, de impedantietolerantie en het trapbereik die parallelle werking mogelijk maken.

Als u vanaf nul specificeert en nog geen beslissing heeft genomen over het aansluitsymbool, dan is dit het juiste moment om dat aan te kaarten. De transformatortypegroep wordt bepaald door de tekening en bevestigd door een test, dus het is volkomen vrij om dit al in de offertefase correct vast te leggen. Vraag om een gemarkeerde specificatiebeoordeling, of stuur de nominaalwaarden waarop u werkt en wij sturen u terug de groep, het impedantiebandbreedtegebied en het testplan voor uw project.

Over de auteur

Deze gids is opgesteld door het applicatie-engineeringteam van Ryan Electric, een UL-gecertificeerde transformatorenleveranciers werkt met nutsvoorzieningen, industriële projecten, datacenters en hernieuwbare-energieprojecten in Noord-Amerika, het Midden-Oosten, Zuidoost-Azië en Afrika. Onze ingenieurs hebben fabrieksacceptatietests begeleid voor oliegevulde en droge transformatoren met vermogens van 500 kVA tot 200 MVA, inclusief verificatie van de spanningsverhouding en fasenrelatie bij driefasige uitvoeringen. Stuur de tekeningen, het motorschetsplan en een foto van het bestaande typeplaatje naar ons technisch bureau voor een beoordeling voordat u de aankooporder plaatst.