Grupul vectorial al transformatorului explicat: Dyn1, Dyn11 și Yyn0, și de ce numărul orar determină proiectul dumneavoastră

Cei doi transformatori erau identici pe hârtie: câte 1.250 kVA fiecare, 13,8 kV la 480Y/277 V, impedanță cu o diferență de sub jumătate de punct procentual între ei. Totuși, nu puteau fi utilizați în paralel. Motivul a fost o singură linie de pe plăcuța de identificare — „ grupul vectorial al transformatorului — unde unitatea instalată indică Dyn11, iar unitatea de rezervă pe care trebuia să o potrivim indica Dyn1. În lucrările cu trei faze, acel număr orar decide dacă două unități sunt gemene sau complet străine, iar această linie este cea mai frecvent lăsată necompletată în cererile de ofertă.

Ce vă spune de fapt grupul vectorial al unui transformator

Literele descriu conexiunile înfășurărilor, iar numărul indică deplasarea de fază. Literele mari aparțin înfășurării înaltă tensiune (HV), iar literele mici aparțin înfășurării joasă tensiune (LV): D și d înseamnă conexiune triunghi, Y și y înseamnă conexiune stea, Z și z înseamnă conexiune zigzag, iar o mică literă n indică faptul că punctul neutru este extras și racordat. grupul vectorial al transformatorului scris ca Dyn11, acesta este un transformator cu înfășurare HV în conexiune triunghi, înfășurare LV în conexiune stea cu punctul neutru extras și o deplasare de fază de 11 × 30 = 330 de grade.

Convenția ceasului este definită cu simbolurile de conexiune în IEC 60076-1 (https://webstore.iec.ch/en/publication/588/). Imaginați-vă fazorul înaltă tensiune (HV) orientat spre ora doisprezece; fazorul joasă tensiune (LV) se află la ora indicată de număr. Ora unsprezece corespunde la 330 de grade, ceea ce înseamnă același lucru cu faptul că LV precedă HV cu 30 de grade. Ora unu este 30 de grade în sens invers, deci, într-o unitate Dyn1, LV întârzie față de HV cu 30 de grade. Ambele configurații sunt legitime și extrem de frecvente. De asemenea, ele sunt separate între ele cu 60 de grade, nu cu 0 grade — acest detaliu este cel care surprinde mulți utilizatori.

Niciuna dintre aceste configurații nu poate fi modificată în timpul punerii în funcțiune. Grupul rezultă din modul în care înfășurările sunt conectate fizic în interiorul carcasei și din modul în care conductoarele sunt aduse la borne, astfel încât este fixată în etapa de proiectare, indicată pe plăcuța de identificare și confirmată prin teste de fabrică. În cazul unei comenzi mixte, veți întâlni, de asemenea, YNd11 (HV în stea, cu neutrul accesibil, LV în triunghi) pentru funcționarea în regim de ridicare a tensiunii, Yzn11 pentru înfășurări secundare în zigzag și Dd0 pentru unitățile industriale cu conexiune triunghi-triunghi.

 

Grupurile vectoriale întâlnite în proiecte reale

Șase grupuri acoperă aproape tot ce traversează zona noastră de testare. Tabelul de mai jos este versiunea practică pe care o trimitem inginerilor de proiect când ne întreabă în ce grup trebuie să specifice un echipament.

Grup vectorial	Deplasarea de fază (LV față de HV)	Unde îl întâlniți	Motivul alegerii
Yyn0	0 grade, în fază	Unități mici de distribuție și rețele LV care trebuie să rămână în fază cu alimentarea HV	Alimentare simplă cu patru fire, dar fără înfășurare în triunghi pentru absorbția armonicelor de ordin multiplu de trei
Dyn1	LV este defazat în urmă față de HV cu 30 de grade	Distribuție trifazică și unități montate pe postamente, construite conform practicii nord-americe	Dispoziția obișnuită de distribuție conform ANSI și CSA; înfășurarea în triunghi blochează armonicile de ordin multiplu de trei
Dyn11	LV este defazat în avans față de HV cu 30 de grade	Rețele europene și IEC de distribuție, precum și majoritatea proiectelor destinate exportului	Grupul de distribuție IEC implicit, cu același avantaj armonic ca și Dyn1
YNd11	LV este defazat în avans față de HV cu 30 de grade	Transformatoare pentru ridicarea tensiunii la generatoare și pentru transmisie, înaltă tensiune în stea cu neutrul legat la pământ	Asigură un neutrul înaltă tensiune legat la pământ pentru sistem, cu înfășurarea joasă tensiune în triunghi
Yzn11 / Dz0	Joasa tensiune este defazată în avans cu 30 de grade / în fază	Unități care alimentează sarcini joasă tensiune foarte nesimetrice, cu patru fire	Înfășurarea secundară zigzag transportă curentul de secvență zero fără suprîncălzire
Dd0 + Dy11	defazaj de 30 de grade între cele două înfășurări secundare	Transformatoare pentru redresoare și pentru acționări cu douăsprezece impulsuri	Unghiul de 30 de grade dintre înfășurările secundare anulează armonicile a cincea și a șaptea

Modelul care cauzează cele mai multe probleme este cel regional. În practica nord-americană de distribuție se adoptă schema Dyn1, unde tensiunea joasă întârzie cu 30 de grade față de tensiunea înaltă; în schimb, conform normelor IEC și practica europeană se adoptă schema Dyn11, unde tensiunea joasă avansează cu 30 de grade. Ambele variante sunt corecte, iar pe o schemă unifilară se indică adesea doar literele corespunzătoare înfășurărilor, fără numărul orar. Dacă o specificație menționează doar «delta-stea» și nimic altceva, furnizorul va construi transformatorul conform convenției locale, astfel încât o piesă de rezervă comandată dintr-o altă țară poate ajunge cu o diferență de fază de 60 de grade față de unitatea pe care urma să o înlocuiască.

Așadar, scrieți simbolul complet: Dyn11, nu «delta-stea». Adăugați și cerința privind nulul, deoarece Dd sau Dy fără litera «n» înseamnă absența totală a unui terminal de nul, ceea ce modifică modul de legare la pământ a sistemului de joasă tensiune și tipul de protecție detectat. Cele șase caractere suplimentare pe desen nu au niciun cost în etapa de ofertare și nu pot fi corectate ulterior decât prin reconectare la fabrică și efectuarea unei noi probe.

 

De ce numărul de ore al ceasului determină dacă două unități pot funcționa în paralel

Trebuie îndeplinite patru condiții înainte ca două transformatoare să poată împărți o bară colectoare. Acestea trebuie să aibă aceeași deplasare de fază, același raport de tensiune, impedanțe bine potrivite și poziții identice ale prizelor. Doar prima condiție este absolută. Îndrumătorul privind funcționarea în paralel din IEC 60076-8 (https://webstore.iec.ch/en/publication/606/) tratează această problemă exact în această ordine: grupul de conexiune trebuie să coincidă, raportul trebuie să coincidă în limite de o fracțiune de procent, iar impedanțele trebuie să fie suficient de apropiate pentru ca niciuna dintre unități să nu depășească valoarea nominală.

Iată ce face de fapt o nepotrivire. Luați două unități de 1.000 kVA cu o tensiune secundară nominală de 480 V și o impedanță de 5,5%. Dacă grupurile lor diferă cu 30 de grade, cele două tensiuni secundare se află la unghiuri de fază diferite, iar tensiunea dintre fazele corespunzătoare ale celor două mașini este 2 × 480 × sin 15 grade, adică aproximativ 52% din tensiunea nominală. Împărțind această valoare la suma celor două impedanțe, curentul de circulație este de aproximativ 4,7 ori curentul nominal — chiar înainte de conectarea oricărei sarcini. Dacă cele două numere indicate pe cadranul orar sunt la 60 de grade distanță — de exemplu, un transformator Dyn1 lângă un Transformator Dyn11 — cele două tensiuni sunt separate printr-o diferență egală cu întreaga tensiune nominală, iar curentul de circulație se apropie de nouă ori curentul nominal. Închiderea dispozitivului de paralelizare în această stare nu este doar o problemă deranjantă la punerea în funcțiune; este, de fapt, un scurtcircuit cu un comutator pe el.

Dezechilibrul raportului și al impedanței este mai puțin zgomotos, dar mai scump. O diferență de 1% în raport între două unități identice din celelalte puncte de vedere generează un curent de circulație de aproximativ 9% din curentul nominal la o impedanță de 5,5%, ceea ce se reflectă ca pierderi suplimentare în gol și ca o încălzire a transformatorului chiar în absența unei sarcini. Un dezechilibru al impedanței nu împiedică funcționarea simultană a unităților, ci doar determină care dintre ele lucrează mai mult: cu rapoarte egale, sarcina se împarte în proporție inversă cu impedanța, astfel încât unitatea cu impedanță mai mică atinge sarcina nominală în timp ce partenerul său transportă încă o sarcină mai mică. Astfel se produce suprasarcina unui transformator pe un obiect în care toate plăcuțele indică valori corecte.

 

Armonicele, legarea la pământ și sarcina nesimetrică: al doilea motiv pentru care grupul are importanță

Dispunerea înfășurărilor face mai mult decât să rotească un fazor. Într-o unitate Dyn, înfășurarea de înaltă tensiune conectată în triunghi oferă o cale închisă pentru curenții de armonică a treia și cei de secvență zero în interiorul transformatorului, astfel încât tensiunea secundară rămâne aproape sinusoidală, chiar și atunci când miezul este solicitat intens. Într-o unitate Yyn fără înfășurare în triunghi și fără înfășurare terțiară, acești curenți nu au nicio cale de circulație în înfășurări și, în schimb, deplasează punctul neutru, motiv pentru care configurațiile Yyn sunt de obicei limitate la puteri mici de distribuție și nu se potrivesc bine unei instalații pline de variatoare de frecvență.

Delta transmite, de asemenea, calea de secvență zero care permite funcționarea protecției împotriva defectelor de pământ. La un transformator Dyn, un defect de pământ la nivelul tensiunii joase (LV) de la ieșire generează un curent pe care protecția de pe partea înaltă a tensiunii (HV) îl poate detecta și cuantifica, deoarece conexiunea delta oferă calea de întoarcere. Dacă se alege un grup fără această cale, curentul de defect trebuie să găsească o altă cale prin dispozitivul de legare la pământ, ceea ce înseamnă, în general, o reglare mai lentă sau mai puțin sensibilă a protecției. Faptul că neutrul este extras sau nu — litera „n” din Dyn11 — determină dacă aveți un sistem LV cu patru conductoare, o bornă neutră pentru o rezistență de legare la pământ sau o sarcină cu trei conductoare care trebuie legată la pământ în altă parte.

Două alte cazuri apar destul de des pentru a fi planificate. Instalațiile cu sarcini monofazate de joasă tensiune intense, cum ar fi o clădire comercială cu o cerere mare de iluminat și prize pe o singură fază, sunt mai bine servite de grupuri în zigzag, precum Yzn11, care sunt concepute pentru a suporta curentul de secvență zero în mod continuu. În plus, un redresor în douăsprezece pulsații sau un motor de c.c. de mare putere este, în mod normal, alimentat de la un transformator cu trei înfășurări, ale cărui două secundare sunt defazate cu 30 de grade, deoarece această defazare anulează armonicile de ordinul cinci și șapte înainte ca acestea să ajungă la rețeaua de alimentare. Ambele alegeri se stabilesc în etapa de specificație; niciuna nu este o soluție de modernizare.

 

Ce să includem în specificație și cum să o verificăm

Cinci linii din cerere elimină aproape întregul risc. În primul rând, simbolul complet de conexiune împreună cu numărul de ore (de exemplu, Dyn11), plus cerința privind neutrul. În al doilea rând, domeniul de reglare prin prize și dacă unitatea trebuie să funcționeze la aceeași treaptă ca un transformator existent — o piesă de rezervă care corespunde în toate privințele, cu excepția poziției prizei, nu este totuși o piesă de rezervă paralelizabilă. În al treilea rând, impedanța necesară, cu o toleranță specificată, deoarece un interval de 5,5 % până la 6 % reprezintă un produs diferit față de «aproximativ 6 %». În al patrulea rând, nivelul de defect pe care înfășurarea de joasă tensiune trebuie să-l suporte, deoarece grupul interacționează cu schema de legare la pământ și cea de protecție. În al cincilea rând, succesiunea fazelor și convenția de marcare a bornelor dorită, deoarece designațiile nord-americane și cele IEC pentru borne nu sunt identice.

Verificarea este simplă și reprezintă un test de rutină, nu unul special. IEC 60076-1 include măsurarea raportului de tensiune și verificarea deplasării de fază, iar IEEE C57.12.90 enumeră testele de raport și testele de polaritate și relație de fază printre măsurătorile efectuate pe unitățile cu răcire lichidă. Solicitați înregistrarea testului care indică deplasarea de fază la care a fost măsurată efectiv unitatea, nu doar valorile raportului. O fișă de test care prezintă trei rapoarte și nicio verificare a conexiunii nu vă oferă nicio informație despre compatibilitatea grupului cu desenul.

Apoi citiți plăcuța de identificare în comparație cu fișa de încercare, înainte ca unitatea să părăsească fabrica. Simbolul de conectare, raportul de transformare, impedanța, tabelul de prize și grupul vectorial trebuie să corespundă tuturor aceluiași dosar de încercare, iar plăcuța trebuie să poarte marca de certificare cerută de proiect — o marcă cULus sau CSA pentru o instalație canadiană sau americană, iar CSA C227.4 stabilește cerințele pentru unitățile de distribuție trifazate montate pe suport. Puteți efectua acest control personal în UL Solutions căutarea certificărilor de pe site-ul https://www.ul.com/, iar este recomandabil să-l faceți înainte de a accepta o fotografie a plăcuței de identificare ca dovadă. Este, de asemenea, momentul potrivit să fotografiați plăcuța și să salvați imaginea, deoarece această fotografie devine referința pentru următorul piesă de schimb pe care o comandați.

 

Modul în care construim și testăm unitățile personalizate trifazate

Ryan Electric produce transformatoare din 2007, într-o instalație de 120.000 m², dotată cu peste 180 de seturi de echipamente de producție și testare și cu 37 de brevete, respectând cerințele UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS și CE. Ca Furnizori de transformatoare cu listare UL , livrăm unități marcate cULus și conforme CSA în proiecte din America de Nord, iar grupul vectorial al transformatorului pe fiecare unitate este verificată în baie înainte de vopsirea rezervorului. Testele de raport și relație de fază se efectuează pe fiecare unitate trifazică, iar deplasarea măsurată este înregistrată pe fișa de testare de rutină; plăcuța indicatoare este verificată în raport cu această fișă, nu cu desenul, unde se ascund neconformitățile.

Majoritatea lucrărilor personalizate pe care le efectuăm nu sunt exotice. Este un proiect care necesită o Transformator Dyn11 pentru a corespunde unui tablou de comandă proiectat în Europa sau unui transformator tip Dyn1, care să fie instalat lângă un transformator nord-american montat pe suport exterior, pe aceeași bară colectoare, sau unul de rezervă construit pentru a se potrivi cu un transformator deja instalat, ale cărui date tehnice de pe plăcuța indicatoare reprezintă singurul document rămas care arată modul în care a fost conectat. Din 2023, operăm, de asemenea, ca partener oficial în cadrul unei întreprinderi mixte cu Eaton, ceea ce are importanță în principal dintr-un singur motiv: documentația și înregistrările privind încercările pe care un partener în cadrul unei întreprinderi mixte este obligat să le păstreze sunt exact aceleași înregistrări de care are nevoie un inginer de proiect atunci când apare o întrebare legată de funcționarea în paralel, la trei ani după punerea în funcțiune.

 

Următorul pas

Trimiteți-ne două lucruri și, de obicei, răspunsul este gata într-o zi. Fotografia plăcuței indicatoare a transformatorului pe care îl aveți deja — inclusiv simbolul conexiunii și tabelul de prize — și schema unifilară a barei colectoare la care se va conecta noul transformator. Cu aceste informații, inginerii noștri vă vor confirma grupul de care aveți nevoie și vă vor spune dacă un model standard Transformator Dyn11 sau o construcție Dyn1 este potrivită și specificați raportul, toleranța impedanței și domeniul de reglare al prizelor care permit funcționarea în paralel.

Dacă efectuați specificația de la zero și încă nu ați stabilit simbolul de conexiune, acesta este momentul potrivit să-l abordați. Simbolul grupul vectorial al transformatorului este stabilit pe baza desenului și confirmat prin testare, deci este posibil să se corecteze liber în stadiul ofertei. Solicitați o revizuire a specificației marcate sau trimiteți-ne parametrii cu care lucrați și vă vom furniza grupul, banda de impedanță și planul de testare pentru proiectul dumneavoastră.

Despre autor

Acest ghid a fost elaborat de echipa de inginerie aplicațională de la Ryan Electric, o Furnizori de transformatoare cu listare UL colaborăm cu proiecte din domeniul utilităților, industriei, centrelor de date și al energiei regenerabile din America de Nord, Orientul Mijlociu, Asia de Sud-Est și Africa. Inginerii noștri au supravegheat testările de acceptare în fabrică pentru unități cu ulei și unități uscate, cu o putere nominală între 500 kVA și 200 MVA, inclusiv verificarea raportului de transformare și a relației de fază pentru construcțiile trifazate. Trimiteți desenele, programul motoarelor și o fotografie a plăcuței indicatoare existente la biroul nostru de inginerie pentru o analiză preliminară, înainte de emiterea comenzii de achiziție.