Wyjaśnienie grupy wektorowej transformatora: Dyn1, Dyn11 i Yyn0 oraz dlaczego numer zegarowy decyduje o realizacji projektu

Dwa transformatory były identyczne na papierze: każdy o mocy 1250 kVA, napięcie 13,8 kV na 480Y/277 V, impedancja różniła się o mniej niż pół punktu procentowego. Mimo to nie można ich było uruchomić w układzie równoległym. Powodem był jeden wiersz na tabliczce znamionowej — grupa wektorowa transformatora — gdzie zainstalowany transformator ma oznaczenie Dyn11, a zapasowy, który mieliśmy dopasować, ma oznaczenie Dyn1. W pracach z układami trójfazowymi ten numer zegarowy decyduje, czy dwa jednostki są bliźniacze, czy zupełnie obce sobie, a jest to pozycja najczęściej pozostawiana pusta w zapytaniu.

Co właściwie oznacza grupa wektorowa transformatora

Litery opisują połączenia uzwojeń, a liczby – przesunięcie fazowe. Litery wielkie odnoszą się do uzwojenia wysokiego napięcia (HV), litery małe – do uzwojenia niskiego napięcia (LV): D i d oznaczają połączenie trójkąt, Y i y – połączenie gwiazda, Z i z – połączenie zigzag, a mała litera n oznacza, że punkt neutralny jest wyprowadzony i zakończony. grupa wektorowa transformatora zapis Dyn11 oznacza uzwojenie HV połączone trójkątem, uzwojenie LV połączone gwiazdą z wyprowadzonym punktem neutralnym oraz przesunięcie fazowe wynoszące 11 × 30 = 330 stopni.

Konwencja zegarowa jest definiowana przy użyciu symboli połączeń IEC 60076-1 (https://webstore.iec.ch/en/publication/588/). Wyobraź sobie wektor napięcia wysokiego (HV) wskazujący godzinę dwunastą; wektor napięcia niskiego (LV) wskazuje godzinę określoną przez podaną liczbę. Godzina jedenaście to 330 stopni, co oznacza, że LV wyprzedza HV o 30 stopni. Godzina jedna to 30 stopni w przeciwnym kierunku, więc w układzie Dyn1 napięcie LV opóźnia się względem HV o 30 stopni. Oba układy są poprawne i bardzo powszechne. Różnią się one od siebie o 60 stopni, a nie o 0 stopni – to właśnie ten szczegół często wprowadza w błąd.

Żadna z tych cech nie jest ustawieniem, które można zmienić podczas uruchamiania. Grupa wektorowa wynika z fizycznego połączenia uzwojeń wewnątrz zbiornika oraz sposobu doprowadzenia przewodów do zacisków, więc jest ustalana już na etapie projektowania, podawana na tabliczce znamionowej i potwierdzana testem fabrycznym. W zamówieniach mieszanych możesz również spotkać układy YNd11 (uzwojenie HV w gwiazdę z punktem neutralnym, uzwojenie LV w trójkąt) stosowane przy transformacji podwyższającej, Yzn11 dla uzwojeń zygzakowych oraz Dd0 dla przemysłowych transformatorów trójkąt–trójkąt.

 

Grupy wektorowe, które napotkasz w rzeczywistych projektach

Sześć grup obejmuje niemal wszystko, co przechodzi przez naszą halę testową. Poniższa tabela to praktyczna wersja, którą przesyłamy inżynierom projektowym, gdy pytają, którą grupę wpisać do specyfikacji.

Grupa Wektorowa	Przesunięcie fazowe (napięcie niskie względem napięcia wysokiego)	Gdzie się pojawia	Dlaczego jest on wybierany
Yyn0	0 stopni, w fazie	Małe jednostki rozdzielcze oraz sieci niskiego napięcia, które muszą pozostawać w fazie z zasilaniem wysokiego napięcia	Proste czteroprzewodowe zasilanie, ale bez uzwojenia trójkątowego do pochłaniania harmonicznych trzeciego rzędu
Dyn1	Napięcie niskie opóźnia się względem napięcia wysokiego o 30 stopni	Rozdzielcze jednostki trójfazowe oraz jednostki montowane na podstawie, zbudowane zgodnie z amerykańską praktyką północnoamerykańską	Znane układu rozdzielczego ANSI i CSA; uzwojenie trójkątowe eliminuje harmoniczne trzeciego rzędu
Dyn11	Napięcie niskie wyprzedza napięcie wysokie o 30 stopni	Europejskie i zgodne z normami IEC sieci rozdzielcze oraz większość projektów eksportowych	Domyślna grupa rozdziału IEC, z taką samą korzyścią harmoniczną jak Dyn1
Ynd11	Napięcie niskie wyprzedza napięcie wysokie o 30 stopni	Transformatory podwyższające napięcie generatora i transformatory przesyłowe, wysokie napięcie w układzie gwiazda z uziemonym punktem neutralnym	Zapewnia uziemiony punkt neutralny wysokiego napięcia w systemie, przy uzwojeniu niskiego napięcia w układzie trójkąt
Yzn11 / Dz0	Niskie napięcie wyprzedza o 30 stopni / jest w fazie	Jednostki zasilające silnie niezrównoważone obciążenie czteroprzewodowe niskiego napięcia	Uzwojenie zigzag przenosi prąd składowej zerowej bez przegrzewania się
Dd0 + Dy11	przesunięcie fazowe o 30 stopni pomiędzy dwoma uzwojeniami wtórnymi	Transformatory prostownicze i transformatory do napędów dwunastofazowych	Kąt 30 stopni pomiędzy uzwojeniami wtórnymi eliminuje harmoniczne piąte i siódme

Wzór powodujący najwięcej problemów ma charakter regionalny. W praktyce dystrybucyjnej w Ameryce Północnej przyjęto oznaczenie Dyn1, w którym napięcie niskie opóźnia się względem napięcia wysokiego o 30 stopni; natomiast w praktyce IEC i europejskiej przyjęto oznaczenie Dyn11, w którym napięcie niskie wyprzedza napięcie wysokie. Oba oznaczenia są poprawne, a na jednoliniowym schemacie zazwyczaj podaje się wyłącznie litery oznaczające uzwojenia, bez numeru „zegarowego”. Jeśli w specyfikacji podano wyłącznie „połączenie trójkąt–gwiazda”, dostawca zastosuje lokalną konwencję, a zapasowa jednostka zamówiona z innego kraju może mieć przesunięcie fazowe o 60 stopni względem jednostki, której ma stanowić rezerwę.

Dlatego należy podać pełne oznaczenie: Dyn11, a nie „trójkąt–gwiazda”. Należy także określić wymóg dotyczący przewodu neutralnego, ponieważ brak litery „n” w oznaczeniach Dd lub Dy oznacza całkowbrak zacisku neutralnego – co wpływa na sposób uziemienia układu niskiego napięcia oraz na to, jak działa ochrona. Dodatkowe sześć znaków na rysunku nic nie kosztują w fazie przygotowania oferty i nie można ich później zmienić bez ponownego połączenia w fabryce oraz przeprowadzenia nowych badań.

 

Dlaczego numer zegara decyduje o możliwości równoległego działania dwóch jednostek

Aby dwa transformatory mogły współdziałać na wspólnej szynie, muszą być spełnione cztery warunki. Muszą one mieć takie samo przesunięcie fazowe, takie samo stosunek napięć, zbliżone impedancje oraz identyczne pozycje uzwojenia regulacyjnego. Tylko pierwszy z tych warunków jest bezwzględny. Wskazówki dotyczące pracy równoległej zawarte w IEC 60076-8 (https://webstore.iec.ch/en/publication/606/) poruszają ten temat dokładnie w tej kolejności: grupa połączeń musi być zgodna, stosunek napięć musi się zgadzać z dokładnością do ułamka procenta, a impedancje muszą być wystarczająco zbliżone, aby żadna z jednostek nie przekroczyła swojego nominalnego obciążenia.

Oto, co rzeczywiście powoduje niezgodność. Weźmy dwa układy o mocy znamionowej 1000 kVA, z napięciem wtórnym 480 V i impedancją 5,5%. Jeśli ich grupy różnią się o 30 stopni, napięcia wtórne znajdują się pod różnymi kątami fazowymi, a napięcie między odpowiednimi fazami obu urządzeń wynosi 2 × 480 × sin 15°, czyli około 52% napięcia znamionowego. Po podzieleniu tej wartości przez sumę impedancji obu układów prąd cyrkulacyjny osiąga wartość ok. 4,7-krotności prądu znamionowego — jeszcze przed przyłożeniem jakiegokolwiek obciążenia. Jeśli numery zegarowe obu układów różnią się o 60 stopni — na przykład transformator Dyn1 obok Transformatora Dyn11 — to różnica napięć między odpowiednimi fazami wynosi pełne napięcie znamionowe, a prąd cyrkulacyjny zbliża się do dziewięciokrotnej wartości prądu znamionowego. Zamknięcie urządzenia równoległego w takim stanie nie jest jedynie uciążliwą sprawą podczas uruchamiania; stanowi ono zwarcie z wbudowanym przełącznikiem.

Niezgodności przekładni i impedancji są cichsze, ale droższe. Różnica przekładni wynosząca 1% między dwoma w przeciwnym razie identycznymi jednostkami powoduje prąd cyrkulacyjny o wartości ok. 9% prądu znamionowego przy impedancji 5,5%, który przejawia się jako dodatkowe straty w stanie jałowym oraz jako ciepła transformatora bez obciążenia. Niezgodność impedancji w żaden sposób nie uniemożliwia jednoczesnej pracy jednostek – decyduje jedynie, która z nich pracuje ciężej: przy jednakowych przekładniach obciążenie dzieli się odwrotnie proporcjonalnie do impedancji, więc jednostka o niższej impedancji osiąga pełne obciążenie, podczas gdy jej partner nadal przenosi mniejsze obciążenie. W ten sposób transformator ulega przeciążeniu na miejscu, gdzie wszystkie tabliczki znamionowe wyglądają poprawnie.

 

Harmoniczne, uziemienie i obciążenie niestabilne: drugi powód, dla którego grupa ma znaczenie

Układ uzwojeń nie tylko obraca fazor. W jednostce typu Dyn uzwojenie wysokiego napięcia połączone w trójkąt zapewnia trzecim harmonicznym i prądом składowej zerowej zamkniętą ścieżkę przepływu wewnątrz transformatora, dzięki czemu napięcie wtórne pozostaje bliskie sinusoidy nawet przy intensywnym obciążeniu rdzenia. W jednostce typu Yyn bez uzwojenia trójkątnego i bez uzwojenia pomocniczego te same prądy nie mają możliwości cyrkulacji w uzwojeniach i zamiast tego przesuwają punkt neutralny, dlatego konstrukcje Yyn zwykle ogranicza się do mniejszych mocy rozdzielczych i są słabo dopasowane do zakładu pełnego falowników.

Delta zapewnia również ścieżkę składowej zerowej, dzięki której działa ochrona przed zwarciem do ziemi. W transformatorze typu Dyn zwarciem do ziemi po stronie niskiego napięcia (LV) powstaje prąd, który może być wykryty i zmierzony przez zabezpieczenia po stronie wysokiego napięcia (HV), ponieważ połączenie delta stanowi ścieżkę zwrotną. Wybór grupy połączeń bez takiej ścieżki wymusza przepływ prądu zwarciowego przez układ uziemienia, co zwykle oznacza wolniejsze działanie lub mniejszą czułość zabezpieczenia. To, czy punkt neutralny jest wyprowadzony — litera „n” w oznaczeniu Dyn11 — decyduje, czy mamy czteroprzewodowy układ LV, zacisk neutralny do rezystora uziemiającego, czy też obciążenie trójprzewodowe, które musi być uziemione w innym miejscu.

Występują jeszcze dwa przypadki wystarczająco często, aby je zaplanować. Obiekty z dużym jednofazowym obciążeniem niskiego napięcia, takie jak budynki komercyjne z dużym zapotrzebowaniem na oświetlenie i gniazda przyłączone do jednej fazy, lepiej obsłużyć grupami z układem zigzag, np. Yzn11, które są zaprojektowane do ciągłego przesyłania prądu składowej zerowej. Ponadto prostowniki dwunastopulsowe lub duże napędy prądu stałego zazwyczaj zasilane są z transformatorów trójuzwojeniowych, których dwa uzwojenia wtórne są przesunięte względem siebie o 30 stopni, ponieważ takie przesunięcie eliminuje harmoniczne piątą i siódmą przed ich dotarciem do sieci zasilającej. Oba te rozwiązania ustala się na etapie specyfikacji; żadne z nich nie jest możliwie do zastosowania w trybie późniejszej modernizacji.

 

Co zawrzeć w specyfikacji i jak ją zweryfikować

Pięć pozycji w zapytaniu eliminuje niemal całkowicie ryzyko. Po pierwsze — pełny symbol połączenia z numerem zegara, np. Dyn11, oraz wymóg dotyczący przewodu neutralnego. Po drugie — zakres nastawienia uzwojenia i informacja, czy urządzenie musi pracować na tym samym nastawieniu co istniejący transformator; zapasowy transformator zgodny we wszystkich parametrach poza pozycją nastawienia nie nadaje się do pracy równoległej. Po trzecie — wymagana impedancja z podaną tolerancją, ponieważ zakres 5,5–6 % to inny produkt niż „około 6 %”. Po czwarte — poziom prądu zwarciowego, który uzwojenie niskonapięciowe musi wytrzymać, ponieważ grupa połączeń wpływa na układ uziemienia i ochrony przeciwprądowej. Po piąte — kolejność faz oraz przyjęta konwencja oznaczania zacisków, ponieważ oznaczenia zacisków stosowane w Ameryce Północnej i zgodne ze standardem IEC nie są tym samym.

Weryfikacja jest prosta i stanowi rutynowy test, a nie specjalny. Norma IEC 60076-1 obejmuje pomiar stosunku napięć oraz sprawdzenie przesunięcia fazowego, natomiast norma IEEE C57.12.90 wymienia pomiary stosunku napięć oraz testy polaryzacji i relacji fazowej wśród pomiarów wykonywanych na jednostkach zanurzanych w cieczy. Poproś o protokół badań zawierający rzeczywiste wyniki pomiaru przesunięcia fazowego, a nie tylko dane dotyczące stosunków napięć. Arkusz testowy podający trzy wartości stosunków napięć, ale bez sprawdzenia połączeń, nic nie mówi o tym, czy grupa połączeń zgadza się z rysunkiem.

Następnie porównaj nazwę tabliczki znamionowej z arkuszem testowym przed opuszczeniem jednostki fabryki. Symbol połączenia, stosunek przekładni, impedancja, tabela odczepów oraz grupa wektorowa powinny wszystkie odnosić się do tego samego protokołu testowego, a tabliczka powinna zawierać znak certyfikacji wymagany przez projekt — znak cULus lub CSA dla instalacji w Kanadzie lub Stanach Zjednoczonych, przy czym norma CSA C227.4 określa wymagania dotyczące trójfazowych transformatorów rozdzielczych montowanych na podstawie. Możesz samodzielnie przeprowadzić tę weryfikację za pomocą UL Solutions wyszukiwarki certyfikatów na stronie https://www.ul.com/, a warto to zrobić jeszcze przed zaakceptowaniem zdjęcia tabliczki jako dowodu. To także odpowiedni moment, aby sfotografować tabliczkę i ją zarchiwizować, ponieważ zdjęcie staje się odniesieniem przy kolejnym zamówieniu części zamiennej.

 

Jak budujemy i testujemy niestandardowe jednostki trójfazowe

Ryan Electric produkuje transformatory od 2007 roku w obiekcie o powierzchni 120 000 m² wyposażonym w ponad 180 zestawów sprzętu produkcyjnego i testowego oraz posiadającym 37 patentów, działając zgodnie z wymaganiami UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS oraz CE. Jako UL listed transformer supplier , wysyłamy jednostki oznaczone znakiem cULus oraz zgodne ze standardem CSA do projektów w Ameryce Północnej, a także grupa wektorowa transformatora na każdej jednostce jest sprawdzana w komorze przed pomalowaniem zbiornika. Testy stosunku i relacji faz są wykonywane na każdej jednostce trójfazowej; zmierzona przesada jest rejestrowana w arkuszu rutynowych testów, a tabliczka znamionowa jest porównywana z tym arkuszem, a nie z rysunkiem technicznym, ponieważ właśnie tam ukrywają się rozbieżności.

Większość niestandardowych prac, które wykonujemy, nie jest egzotyczna. To projekt, który wymaga Transformatora Dyn11 dopasować do szafy rozdzielczej zaprojektowanej w Europie, jednostki Dyn1 do umieszczenia obok amerykańskiego transformatora na słupie na tym samym szynoprzewodzie lub zapasu wykonanego zgodnie z już zainstalowaną jednostką, której tabliczka znamionowa jest jedynym zachowanym źródłem informacji o sposobie jej połączenia. Od 2023 roku działamy również jako oficjalny partner przedsiębiorstwa Eaton w ramach spółki joint venture – co ma znaczenie głównie z jednego powodu: dokumentacja i protokoły badań, jakie partner joint venture jest zobowiązany prowadzić, to te same dokumenty, których inżynier projektowy potrzebuje, gdy po trzech latach od wprowadzenia instalacji pojawia się pytanie dotyczące równoległego połączenia.

 

Następny krok

Wyślij nam dwa elementy – odpowiedź zwykle przychodzi w ciągu jednego dnia. Zdjęcie tabliczki znamionowej transformatora, który już posiadasz – wraz ze symbolem połączenia i tabelą przestawek – oraz schemat jednoliniowy szynoprzewodu, do którego będzie podłączana nowa jednostka. Mając te dane, nasi inżynierowie potwierdzą wymaganą grupę połączeń oraz poinformują, czy dostępna jest gotowa jednostka Transformatora Dyn11 lub budowa Dyn1 jest odpowiednim wyborem, a stosunek, dopuszczalne odchylenie impedancji oraz zakres uzwojenia po stronie pierwotnej umożliwiające równoległą pracę należy określić pisemnie.

Jeśli określasz parametry od podstaw i jeszcze nie ustaliłeś symbolu połączenia, to właśnie teraz należy go omówić. Symbol grupa wektorowa transformatora jest określany na podstawie rysunku i potwierdzany testem, więc można go poprawić już na etapie przygotowania oferty. Poproś o przegląd specyfikacji z naniesionymi uwagami lub prześlij nam dane techniczne, z którymi pracujesz – przygotujemy dla Ciebie grupę połączeń, pasmo impedancji oraz plan testów dla Twojego projektu.

O autorze

Ten przewodnik przygotował zespół inżynierów aplikacyjnych firmy Ryan Electric, UL listed transformer supplier współpracujemy z przedsiębiorstwami energetycznymi, przemysłowymi, centrami danych oraz projektami odnawialnymi w Ameryce Północnej, na Bliskim Wschodzie, w Azji Południowo-Wschodniej i w Afryce. Nasi inżynierowie nadzorowali testy akceptacyjne fabryczne transformatorów olejowych i suchych o mocy od 500 kVA do 200 MVA, w tym weryfikację stosunku przekładni i relacji fazowej w układach trójfazowych. Prześlij rysunki, harmonogram silników oraz zdjęcie istniejącej tabliczki znamionowej na nasz dział inżynieryjny w celu przeglądu przed wydaniem zamówienia zakupowego.