Пояснення векторної групи трансформатора: Dyn1, Dyn11 та Yyn0, і чому годинникове число визначає ваш проект

Два трансформатори були ідентичними за документами: потужність кожного — 1250 кВА, напруга 13,8 кВ на 480Y/277 В, імпеданс відрізнявся менш ніж на 0,5 відсотка. Проте їх не вдалося підключити паралельно. Причина — один рядок на табличці: векторна група трансформатора — де встановлений агрегат має позначення Dyn11, а резервний, який ми мали підібрати, — Dyn1. У трифазних системах саме це годинникове число вирішує, чи є два агрегати «близнюками» чи «чужими», і саме цей параметр найчастіше залишають порожнім у запиті.

Що насправді означає векторна група трансформатора

Літери описують з’єднання обмоток, а цифри — зсув фаз. Великі літери стосуються ВН обмотки, малі — НН обмотки: D і d означають трикутник, Y і y — зірку, Z і z — зигзаг, а мала літера n означає, що нейтраль виведена й закінчується на клемі. Отже, векторна група трансформатора запис Dyn11 означає ВН обмотку в схемі «трикутник», НН обмотку в схемі «зірка» з виведеною нейтраллю та зсув фаз на 11 × 30 = 330 градусів.

Умовне позначення «годинником» визначається за допомогою символів з’єднання в IEC 60076-1 (https://webstore.iec.ch/en/publication/588/). Уявіть, що вектор ВН спрямований на 12 годин; вектор НН розташований на годині, вказаній числом. 11 годин — це 330 градусів, що означає те саме, що й «НН опережає ВН на 30 градусів». 1 година — це 30 градусів у протилежному напрямку, тому в трансформаторі типу Dyn1 НН відстає від ВН на 30 градусів. Обидва варіанти є припустимими й дуже поширеними. Також вони розташовані один від одного на куті 60 градусів, а не 0 градусів — саме цей нюанс часто стає причиною помилок.

Жоден із цих параметрів неможливо змінити під час введення в експлуатацію. Група визначається фізичним з’єднанням обмоток усередині бака та способом виведення виводів до клем, отже, вона фіксується на етапі проектування, вказується на табличці і підтверджується заводськими випробуваннями. У замовленні з різними типами трансформаторів ви також зустрінете YNd11 (зірка ВН із нейтраллю, трикутник НН) для підвищення напруги, Yzn11 — для зигзагоподібних вторинних обмоток та Dd0 — для промислових трикутник-трикутник трансформаторів.

 

Групи векторів, з якими ви зустрінетесь у реальних проектах

Шість груп охоплюють майже все, що проходить через нашу випробувальну зону. Наведена нижче таблиця — це практична версія, яку ми надсилаємо інженерам проектів, коли вони запитують, яку групу вказати в технічному завданні.

Група векторів	Зсув фаз (НН щодо ВН)	Де ви це бачите	Чому його обирають
Yyn0	0 градусів, у фазі	Малі розподільні пристрої та мережі НН, які мають залишатися в фазі з живленням ВН	Просте чотирипровідне живлення, але без трикутного включення обмотки для компенсації гармонік кратних трьом
Dyn1	НН відстає від ВН на 30 градусів	Трифазні розподільні пристрої та наземні блоки, виконані за північноамериканською практикою	Відома схема розподілу ANSI та CSA; трикутне включення «захоплює» гармоніки кратні трьом
Dyn11	НН випереджає ВН на 30 градусів	Європейські та IEC-розподільні мережі, а також більшість експортних проектів	Стандартна група розподілу IEC із таким самим гармонійним ефектом, як у Dyn1
YNd11	НН випереджає ВН на 30 градусів	Трансформатори підвищення напруги генератора та передачі, ВН у вигляді зірки з заглубленою нейтраллю	Забезпечує заглублену нейтраль ВН для системи з дельта-обмоткою НН
Yzn11 / Dz0	НН випереджає на 30 градусів / у фазі	Агрегати, що живлять сильно несиметричне чотирьохпроводове навантаження НН	Зігзаг-обмотка вторинної сторони пропускає струм нульової послідовності без перегріву
Dd0 + Dy11	кут між двома вторинними обмотками становить 30 градусів	Трансформатори для випрямлячів та дванадцятиімпульсних приводів	Кут 30 градусів між вторинними обмотками компенсує п’яті та сьомі гармоніки

Найбільш проблемним є регіональний патерн. У Північній Америці для розподілу використовують схему Dyn1, де НН відстає від ВН на 30 градусів; у стандарті IEC та європейській практиці — схема Dyn11, де НН опережає ВН. Обидві схеми правильні, і на однолінійній схемі часто вказують лише літери обмоток без годинникового числа. Якщо у специфікації зазначено лише «трикутник–зірка», постачальник виготовить трансформатор за місцевою угодою, тож запасна одиниця, замовлена в іншій країні, може мати кутове зміщення на 60 градусів порівняно з тим пристроєм, який вона має замінити.

Тому вказуйте повний символ: Dyn11, а не «трикутник–зірка». Додайте вимогу щодо нейтралі, оскільки Dd або Dy без літери «n» означають відсутність нейтрального виводу взагалі — це змінює спосіб заземлення системи НН та те, що бачать системи захисту. Шість додаткових символів на кресленні не коштують нічого на етапі розрахунку пропозиції й не можуть бути виправлені пізніше без повторного підключення на заводі та нового випробування.

 

Чому кількість годин на годиннику визначає, чи можуть два пристрої працювати паралельно

Перш ніж два трансформатори зможуть ділити одну шину, мають виконуватися чотири умови. Вони повинні мати однакове фазове зміщення, однакове співвідношення напруг, близько збіжні імпеданси та ідентичні положення регулювальних відводів. Лише перша умова є обов’язковою. Керівництво щодо паралельної роботи в IEC 60076-8 (https://webstore.iec.ch/en/publication/606/) розглядає це питання саме в такому порядку: група з’єднання має збігатися, співвідношення має збігатися в межах частки відсотка, а імпеданси мають бути достатньо близькими, щоб жоден пристрій не перевищував свого номінального значення.

Ось що насправді робить неузгодженість. Візьміть дві одиниці потужністю 1000 кВА з номінальною вторинною напругою 480 В і імпедансом 5,5 %. Якщо їхні групи відрізняються на 30 градусів, вторинні напруги двох одиниць мають різні кути фаз, а напруга між відповідними фазами двох машин становить 2 × 480 × sin 15°, тобто приблизно 52 % номінальної напруги. Поділивши це значення на суму двох імпедансів, отримаємо циркулюючий струм, що приблизно в 4,7 раза перевищує номінальний струм — навіть до підключення будь-якого навантаження. Якщо дві годинникові позиції відрізняються на 60 градусів — наприклад, трансформатор Dyn1 поруч із Трансформатором Dyn11 — то різниця між напругами становить повну номінальну напругу, а циркулюючий струм наближається до дев’ятикратного значення номінального струму. Замикання пристрою паралельного ввімкнення в такому стані — це не просто незручність під час введення в експлуатацію; це коротке замикання з вимикачем.

Розбіжності у коефіцієнтах трансформації та імпедансах є менш шумними, але дорожчими. Різниця у коефіцієнті трансформації на 1 % між двома інакше ідентичними одиницями викликає циркуляційний струм приблизно на 9 % від номінального струму за імпедансу 5,5 %, що проявляється як додаткові втрати холостого ходу та нагрівання трансформатора без навантаження. Розбіжність у значеннях імпедансу зовсім не перешкоджає одночасній роботі одиниць — вона лише визначає, яка з них працює інтенсивніше: за однакових коефіцієнтів трансформації навантаження розподіляється обернено пропорційно до імпедансів, тому одиниця з нижчим імпедансом досягає повного навантаження, тоді як її партнер ще несе менше навантаження. Саме так трансформатор опиняється в перевантаженому стані на об’єкті, де всі таблички з технічними характеристиками виглядають правильними.

 

Гармоніки, заземлення та несиметричне навантаження: друга причина, чому групування має значення

Розташування обмоток робить більше, ніж просто обертає фазор. У блоку Dyn трифазна обмотка ВН, з’єднана в трикутник, забезпечує замкнений шлях для струмів третьої гармоніки та нульової послідовності всередині трансформатора, тому напруга на вторинній стороні залишається майже синусоїдальною навіть за сильного намагнічення осердя. У блоку Yyn, де немає обмотки в трикутнику й немає третинної обмотки, ті самі струми не мають можливості циркулювати в обмотках і замість цього зміщують нейтральну точку — саме тому конструкції Yyn зазвичай використовують лише для менших розподільних потужностей і погано підходять для промислових об’єктів, що обладнані частотними перетворювачами.

Дельта також забезпечує шлях для нульової послідовності, що дозволяє працювати захисту від замикання на землю. У трансформаторі типу Dyn аварійний струм при замиканні на землю у низьковольтному колі (LV) викликає струм, який може бути виявлений і виміряний захистом з боку високовольтного кола (HV), оскільки дельта забезпечує зворотний шлях. Якщо вибрати групу з’єднання без такого шляху, аварійний струм повинен проходити через систему заземлення, що зазвичай призводить до повільнішого або менш чутливого налаштування захисту. Те, чи виведено нейтраль взагалі — літера «n» у позначенні Dyn11 — визначає, чи маєте ви чотирипровідну низьковольтну систему, нейтральний затискач для підключення резистора заземлення чи трипровідне навантаження, яке має бути заземлене в іншому місці.

Ще дві ситуації трапляються достатньо часто, щоб передбачити їх заздалегідь. Об’єкти з великим однофазним низьковольтним навантаженням, наприклад комерційна будівля з інтенсивним освітленням та великою кількістю розеток, підключених до однієї фази, краще обслуговувати за допомогою зігзагоподібних груп, таких як Yzn11, які проектуються для тривалого пропускання струму нульової послідовності. Крім того, дванадцятипульсний випрямляч або потужний постійного струму привід зазвичай живляться від триобмоткового трансформатора, чиї дві вторинні обмотки зміщені одна відносно одної на 30 градусів, оскільки саме таке зміщення усуває п’яті та сьомі гармоніки до того, як вони потраплять у мережу живлення. Обидва ці рішення приймаються на етапі технічного завдання; жодне з них не є модернізацією.

 

Що включити до технічного завдання та як його перевірити

П’ять пунктів у запиті практично повністю усувають ризик. По-перше, повний символ з’єднання з номером години, наприклад Dyn11, а також вимоги до нейтралі. По-друге, діапазон регулювання за допомогою відводів і те, чи має пристрій працювати на тому самому відводі, що й існуючий трансформатор — резервний трансформатор, який збігається з існуючим у всіх параметрах, крім положення відводу, не є придатним для паралельної роботи. По-третє, необхідне значення імпедансу з вказаною допустимою похибкою, оскільки діапазон 5,5–6 % — це інший продукт, ніж «приблизно 6 %». По-четверте, рівень струму короткого замикання, який має витримувати НН-обмотка, оскільки ця характеристика пов’язана з системою заземлення та захисту. По-п’ятє, потрібна послідовність фаз і прийнята у вас умовна маркування виводів, оскільки позначення виводів у північноамериканських стандартах та за IEC — це не одне й те саме.

Перевірка є простим процесом і є рутинним, а не спеціальним випробуванням. Стандарт IEC 60076-1 передбачає вимірювання коефіцієнта трансформації напруги та перевірку зсуву фаз, а стандарт IEEE C57.12.90 включає вимірювання коефіцієнта трансформації, а також перевірку полярності й фазових співвідношень для трансформаторів, занурених у рідину. Запитайте протокол випробувань, у якому вказано фактично виміряний зсув фаз, а не лише значення коефіцієнтів трансформації. Протокол, що містить три значення коефіцієнтів трансформації й не містить перевірки підключення, нічого не говорить про те, чи відповідає група виконання кресленню.

Потім зчитайте табличку з назвою відповідно до тестового аркуша, перш ніж пристрій залишить завод. Символ підключення, коефіцієнт трансформації, імпеданс, таблиця відводів і векторна група повинні всі походити з одного й того самого тестового запису, а на табличці має бути відповідний сертифікаційний знак, який вимагає проект — знак cULus або CSA для встановлення в Канаді чи США, де стандарт CSA C227.4 встановлює вимоги до трифазних розподільних пристроїв у корпусах на підставці. Цю перевірку ви можете виконати самостійно за допомогою UL Solutions пошуку сертифікації на сайті https://www.ul.com/, і її варто провести, перш ніж приймати фотографію таблички як доказ. Саме в цей момент також слід зробити фотографію таблички й зберегти її, оскільки ця фотографія стане еталоном для наступного запасного компонента, який ви замовите.

 

Як ми виготовляємо та випробовуємо спеціальні трифазні пристрої

Ryan Electric виготовляє трансформатори з 2007 року на виробничій площі 120 000 м², де працює понад 180 комплектів виробничого й випробувального обладнання та реалізовано 37 патентів; компанія дотримується вимог UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS та CE. Як Постачальники трансформаторів, сертифіковані UL , ми постачаємо одиниці з позначкою cULus та відповідні вимогам CSA у північноамериканські проекти, а також векторна група трансформатора на кожній одиниці перевіряється в цеху до фарбування бака. Для кожної трифазної одиниці проводиться тестування співвідношення та фазового зв’язку; виміряне зміщення заноситься в лист рутинних випробувань, а табличку з технічними даними перевіряють за цим листом, а не за кресленням, оскільки саме на кресленні часто приховуються невідповідності.

Більшість індивідуальних завдань, які ми виконуємо, не є екзотичними. Це проекти, для яких потрібна Трансформатором Dyn11 для відповідності європейській комутаційній панелі, або блоку Dyn1 для розміщення поруч із підземним трансформатором північноамериканського типу на одному шинопроводі, або запасного блоку, виготовленого відповідно до встановленого пристрою, чия табличка є єдиним збереженим записом про спосіб його підключення. З 2023 року ми також діємо як офіційний партнер у спільному підприємстві Eaton, що має значення переважно з однієї причини: документація та протоколи випробувань, які очікується, що партнер спільного підприємства зберігатиме, є тими самими записами, які потрібні інженеру проекту, коли через три роки після введення в експлуатацію виникає питання щодо паралельного підключення.

 

Наступний крок

Надішліть нам дві речі, і зазвичай відповідь надходить протягом одного дня. Фотографію таблички вашого наявного трансформатора — разом із символом підключення та таблицею відводів — і однолінійну схему шини, до якої буде підключено новий пристрій. Маючи ці дані, наші інженери підтвердять необхідну вам групу та повідомлять, чи є в наявності стандартна Трансформатором Dyn11 або будівля Dyn1 є правильним варіантом, і зафіксувати у письмовій формі співвідношення, допуск імпедансу та діапазон відводів, які забезпечують можливість паралельної роботи.

Якщо ви визначаєте параметри з нуля й ще не вирішили символ з’єднання, саме цей момент найбільш підхожий для його узгодження. векторна група трансформатора визначається за кресленням і підтверджується випробуванням, тому його можна виправити безкоштовно на етапі розрахунку пропозиції. Замовте перевірку специфікації з коментарями або надішліть нам поточні технічні характеристики — ми надішлемо вам групу з’єднання, діапазон імпедансу та план випробувань для вашого проекту.

Про автора

Цей посібник підготувала команда інженерів з питань застосування компанії Ryan Electric, a Постачальники трансформаторів, сертифіковані UL працюємо з проєктами комунальних підприємств, промислових об’єктів, дата-центрів та відновлюваних джерел енергії в Північній Америці, на Близькому Сході, в Південно-Східній Азії та в Африці. Наші інженери проводили нагляд за заводськими випробуваннями приймання для маслонаповнених та сухих трансформаторів потужністю від 500 кВА до 200 МВА, у тому числі перевірку коефіцієнтів трансформації та фазових співвідношень у трифазних конструкціях. Надішліть креслення, графік двигунів та фотографію наявної таблички з технічними даними до нашого інженерного відділу для перевірки перед оформленням замовлення.