Przewodnik po połączeniach transformatorów typu Delta i Wye

 

 

 

 

 

Trójfazowe systemy dystrybucji energii-w dużym stopniu opierają się na dwóch podstawowych typach połączeń transformatorów: trójkąt (Δ) i gwiazda (Y). Konfiguracje te określają sposób dostarczania napięć i prądów, sposób podłączania obciążeń oraz reakcję systemu na błędy i niezrównoważenie. ZrozumieniePołączenia typu Delta i Wyejest niezbędne dla inżynierów elektryków, kierowników obiektów i techników, którzy projektują, obsługują lub konserwują systemy zasilania.

W tym przewodniku opisano charakterystykę, zalety, ograniczenia i praktyczne zastosowania każdego typu połączenia, a także najpopularniejsze łączone konfiguracje i kryteria wyboru.

 

 

 

 

 

 

 

Punkt neutralny oferuje dwa różne poziomy napięcia: napięcie między linią-do-linii (zwykle wyższe) i napięcie między linią-do-neutralnego (niższe). Na przykład system gwiazda 480Y/277 V zapewnia napięcie 480 V między fazami w przypadku urządzeń trójfazowych-i 277 V z dowolnej fazy do przewodu neutralnego w przypadku obciążeń jednofazowych. Zależność matematyczną wyraża się jako, co oznacza, że ​​napięcie sieciowe jest w przybliżeniu 1,732 razy większe od napięcia fazowego.

Połączenia w gwiazdę umożliwiają także uziemienie punktu neutralnego, co zapewnia stabilne napięcie odniesienia i tworzy ścieżkę powrotną o niskiej-impedancji dla prądów zwarciowych. Przewód neutralny może być solidnie uziemiony, uziemiony przez rezystor lub pozostawiony jako pływający, w zależności od wymagań systemu. Jeśli jednak przewód neutralny pozostanie nieuziemiony lub zostanie odłączony, odporność na uszkodzenia znacznie spada, a nieoczekiwane wahania napięcia mogą spowodować uszkodzenie sprzętu.

 

 

W konfiguracji Delta napięcie sieciowe jest równe napięciu fazowemu na każdym uzwojeniu, podczas gdy prąd sieciowy jest rozdzielany w taki sposób, że każde uzwojenie fazowe przenosi około 58% () prądu linii. Konstrukcja z zamkniętą pętlą-zapewnia silny przepływ prądu i doskonałą wydajność przy dużych obciążeniach. Nawet jeśli jedna jednostka jednofazowa-w zespole Delta ulegnie awarii, pozostałe dwie mogą w dalszym ciągu dostarczać energię trójfazową-przy około 58% pierwotnej wydajności-często nazywanej operacją „otwartego-trójkąta”.

Brak punktu neutralnego upraszcza dostawę trójfazową-mocy-, ale nakłada ograniczenia: połączenia w trójkąt nie mogą bezpośrednio zasilać obciążeń jednofazowych-bez dodatkowego wyposażenia, a uziemienie wymaga specjalnych metod, ponieważ nie istnieje naturalny punkt neutralny.

 

 

 

 

 

 

Funkcja	Delta (Δ)	Wye (Y)
Konfiguracja	Zamknięta pętla trójkątna	Kształt gwiazdy z centralnym punktem neutralnym
Przewody	System 3-przewodowy (tylko fazy)	System 4-przewodowy (+ neutralny)
Zależność napięcia
Punkt neutralny	Brak dostępnych	Dostępne (można uziemić)
Wydajność jednofazowa-	Nie można bezpośrednio zasilać obciążeń jednofazowych-	Podwójne napięcie dla jednej-fazy i trzech-faz
Łagodzenie harmonicznych	Zatrzymuje wewnętrznie potrójne harmoniczne	Bardziej podatny (wymaga łagodzenia)
Tolerancja błędów	Kontynuuj otwieranie-delty po uszkodzeniu jednej cewki	Zależy od konfiguracji uziemienia neutralnego
Typowe zastosowania	Transmisja wysokiego-napięcia, ciężkie silniki przemysłowe	Systemy dystrybucyjne, budynki-mieszanego przeznaczenia, obiekty komercyjne

 

Tabela pokazuje, że Delta stawia na pierwszym miejscu solidność i wydajność w przypadku ciężkich-obciążeń trójfazowych, podczas gdy Wye oferuje wszechstronność i bezpieczniejsze uziemienie dla systemów z mieszanymi typami obciążeń.

 

 

 

 

 

 

Transformatory mogą łączyć Delta i Wye na uzwojeniach pierwotnym i wtórnym na cztery standardowe sposoby. Typ uzwojenia pierwotnego jest wymieniony jako pierwszy (strona H, wielkie litery), a następnie typ uzwojenia wtórnego (strona X, małe litery).

 

 

 

 

 

 

 

Obliczenia przełożenia różnią się w zależności od konfiguracji:

Delta-Wye (Δ-Y):W przypadku transformatora obniżającego-trójkąt-gwiazda o współczynniku zwojów N (uzwojenie pierwotne do wtórnego na cewkę) napięcie linii wtórnej wynosi. I odwrotnie, obliczenia obejmują awspółczynnik wynikający z transformacji napięcia linii Delta na napięcie linii Wye-na-napięcie neutralne.

Wye-Delta (Y-Δ):W przypadku transformatora typu gwiazda-trójkąt napięcie linii wtórnej jest powiązane z napięciem fazy pierwotnej poprzez przekładnię zwojów, ale dodatkoworelacje mają zastosowanie w zależności od tego, czy ustępujesz, czy wzrastasz.

Delta-Delta (Δ-Δ) i Wye-Wye (Y-Y):W przypadku tych samych-konfiguracji połączeń transformacja napięcia przebiega zgodnie z prostym współczynnikiem zwojów:, z bezpośrednim skalowaniem napięć sieciowych.

 

 

 

 

 

 

Uziemienie jest prawdopodobnie najważniejszym praktycznym czynnikiem przy wyborze pomiędzy Delta i Wye.

Opcje uziemienia Wye:Gdy występuje neutralny Wye, może to być:

• Solidnie uziemione:Podłączane bezpośrednio do uziemienia (najczęściej dla napięć poniżej 600V). Zapewnia to ścieżkę powrotną zwarcia o najniższej impedancji.
• Uziemiony rezystancją:Neutralny podłączony do masy za pomocą rezystora, który ogranicza prąd zwarcia doziemnego do określonej wartości, zwykle 5–400 amperów. Zmniejsza to uszkodzenia podczas usterek, jednocześnie zapewniając czułość przekazywania.
• Nieuziemione lub uziemione reaktancyjnie:Neutralny pozostaje odizolowany od masy lub podłączony przez reaktor. Mniej powszechne w nowoczesnych systemach mieszkalnych lub komercyjnych, ale spotykane w niektórych obiektach przemysłowych lub systemach uziemionych o wysokiej-oporności.

W modelowaniu przełączania decyzja o uziemieniu przewodu neutralnego połączenia Wye ma bezpośredni wpływ na wybór potencjalnych transformatorów, ograniczników przepięć, przepustów i innych komponentów. W przypadku uziemionych systemów Wye komponenty są wybierane na podstawie napięcia fazowego-do-masy. W przypadku systemów nieuziemionych komponenty muszą być przystosowane do napięcia fazowego-do-fazowego.

Wyzwania związane z uziemieniem delty:Bez punktu neutralnego systemy Delta nie mogą być uziemione w taki sam sposób, jak systemy Wye. Zamiast:

• Uziemienie narożne:Jeden przewód fazowy jest celowo podłączony do uziemienia-najprostszą metodą, ale powoduje powstanie wysokiego napięcia w pozostałych dwóch fazach względem uziemienia.
• Uziemienie środkowe-:W niektórych układach wtórnych typu Delta punkt środkowy jednego uzwojenia może być-odczepiony od środka i uziemiony, aby zapewnić ograniczoną wydajność jednofazową-, na przykład w trójfazowych-trójkątach 240/120 V (znanych również jako „trójkąt-wysokiego odgałęzienia”).
• Transformatory uziemiające: A Zygzak-zakrętlub Wye-Można dodać transformator uziemiający w kształcie trójkąta, aby utworzyć sztuczny przewód neutralny do uziemienia istniejącego nieuziemionego systemu w kształcie trójkąta.

Krytyczna uwaga dotycząca bezpieczeństwa:Solidnie uziemiony przewód neutralny Wye zapewnia ścieżkę o niskiej-impedancji dla prądów zwarciowych doziemnych, umożliwiając wyłącznikom automatycznym i bezpiecznikom szybkie usuwanie zwarć. Jest to główny powód, dla którego zasilacze Wye są preferowane w budynkach komercyjnych, placówkach opieki zdrowotnej i innych miejscach, gdzie najważniejsze jest usuwanie usterek i bezpieczeństwo personelu.

 

 

 

 

 

 

 

Ważny niuans techniczny: w transformatorach Delta-Wye i Wye-Delta napięcie pierwotne i wtórne w naturalny sposób przesuwają się o 30 stopni. To przesunięcie fazowe nie występuje w samych uzwojeniach, ale w wyniku wzajemnego połączenia uzwojeń. W szczególności napięcie między linią-do-linii po stronie Wye jest przesunięte o 30 stopni w stosunku do napięcia między linią-do-linii po stronie trójkąta.

Notacja zegara (grupy wektorów):Połączenia transformatora są często oznaczane przy użyciu zapisu zegara w celu wskazania przesunięcia fazowego-na przykład „Dy11” oznacza uzwojenie pierwotne typu Delta (D), wtórne Wye (y), z przesunięciem fazowym odpowiadającym 11 godzinom zegara lub 330 stopniom (co odpowiada -30 stopniom). „Yd1” oznacza, że ​​uzwojenie wtórne jest opóźnione w stosunku do pierwotnego o 30 stopni.

Dlaczego przesunięcie fazowe ma znaczenie:Przesunięcie fazowe o 30 stopni nie stanowi problemu w większości instalacji, ale staje się krytyczne w przypadku transformatorów połączonych równolegle. Jeśli dwa transformatory z różnymi grupami wektorowymi zostaną połączone równolegle, mogą wystąpić duże prądy cyrkulacyjne. Przy równoległym łączeniu transformatorów grupa wektorów musi być dopasowana lub odpowiednio skompensowana. Na przykład Dy11 może czasami być równoległy do ​​Yd1, jeśli zostaną wprowadzone odpowiednie regulacje rotacji fazy.

Przesunięcie fazowe jest nieobecnew połączeniach Delta-Delta i Wye-Wye, co upraszcza pracę równoległą.

 

 

 

 

 

Uzwojenia typu Delta odgrywają ważną rolę w kontrolowaniu zniekształceń harmonicznych. Potrójne harmoniczne (trzecia, dziewiąta, piętnasta itd.) są w sposób naturalny uwięzione i krążą w uzwojeniach w kształcie trójkąta, zamiast rozprzestrzeniać się do linii zasilającej. Ta cecha sprawia, że ​​konfiguracje Delta-Delta i Delta-Wye są szczególnie skuteczne w zapobieganiu zniekształceniom harmonicznym powodowanym przez obciążenia nieliniowe i wpływającym na systemy nadrzędne.

Transformatory typu Wye-Transformatory typu Wye są bardziej podatne na przechodzenie szumów harmonicznych między źródłem a obciążeniem. Z tego powodu, gdy z innych powodów wymagane jest połączenie w gwiazdę-wye, czasami dodaje się trzeciorzędne uzwojenie w kształcie trójkąta, aby zapewnić ścieżkę cyrkulacji harmonicznych potrójnych.

 

 

 

 

 

 

 

Wybór optymalnej konfiguracji transformatora dla danej aplikacji wymaga zrównoważenia kilku czynników:

9.1 Rodzaj ładunku i różnorodność

Obciążenia czysto trójfazowe (duże silniki, ciężki sprzęt przemysłowy, spawarki) dobrze sprawdzają się w każdej konfiguracji, ale Delta-Delta zapewnia solidną odporność na błędy i możliwość kontynuowania pracy w otwartym-trójkącie po awarii. Obciążenia mieszane wymagające zarówno zasilania trój-fazowego, jak i jedno-fazowego są najlepiej obsługiwane przez konfigurację trójkąta-Wye, która zapewnia uziemiony przewód neutralny dla dystrybucji jedno-fazowej, izolując jednocześnie niezrównoważenie przewodu pierwotnego od wtórnego.

9.2 Wymagania dotyczące uziemienia

Jeśli uziemiony przewód neutralny jest niezbędny do ochrony systemu i usuwania usterek, niezbędny jest wtórny gwiazdor. Delta-Wye to naturalny wybór dla systemów dystrybucyjnych, które wymagają stabilnego, uziemionego przewodu neutralnego po stronie obciążenia. Jeśli system nie wymaga przewodu neutralnego i może działać bez uziemienia lub z uziemieniem narożnym, odpowiedni może być Delta-Delta.

9.3 Zawartość harmoniczna

Systemy ze znacznymi obciążeniami wytwarzającymi-harmoniczne (przetwornice częstotliwości, zasilacze impulsowe, oświetlenie LED,centrum danychsprzęt) korzystają z możliwości-wychwytywania harmonicznych uzwojenia typu Delta. W takich przypadkach zalecana jest konfiguracja Delta-Wye lub Delta-Delta.

9.4 Wymagania dotyczące rozruchu dużych silników

Duże silniki wymagające rozruchu przy obniżonym-napięciu mogą być odpowiednie dla układu rozruchu w gwiazdę-trójkąt, w którym silnik jest uruchamiany w gwiazdę w celu ograniczenia prądu rozruchowego, a następnie przełączany w trójkąt w celu pracy.

9.5 Poziomy i stopnie napięcia systemu-W górę i w dół-W dół

Delta-Wye jest powszechnie używana w zastosowaniach obniżających-od dystrybucji średniego-napięcia do wykorzystania niskiego-napięcia. Wye-Delta jest często używana także do obniżania-zakresu, ale wybór między nimi może sprowadzać się do tego, czy po stronie pierwotnej czy wtórnej potrzebny jest przewód neutralny.

9.6 Przyszła rozbudowa i redundancja

Konfiguracja delta-Konfiguracje delta umożliwiają tworzenie kopii zapasowych typu open-delta-w przypadku awarii jednego transformatora w banku, pozostałe dwa mogą w dalszym ciągu dostarczać około 58% znamionowej mocy trójfazowej-. Może to mieć istotne znaczenie w przypadku obiektów o znaczeniu krytycznym.

 

 

 

 

 

 

Połączenia w trójkąt i gwiazdę pełnią odrębną rolę w trójfazowej-dystrybucji mocy, a ich połączona konfiguracja w trójkąt-wye jest głównym narzędziem w branży do obniżania napięć transmisyjnych do użytecznych poziomów, gdzie wymagane jest stabilne uziemienie i obciążenia mieszane. Delta sprawdza się tam, gdzie najważniejsze są solidne zasilanie trójfazowe-i odporność na uszkodzenia, konstrukcja-zamkniętej pętli zapewnia doskonały podział obciążenia, a brak przewodu neutralnego nie jest ograniczeniem. Wye sprawdza się wszędzie tam, gdzie wymagana jest wszechstronność, uziemienie i mieszane obciążenia jedno-fazowe i trójfazowe-, oferując możliwości stosowania dwóch napięć i stabilne odniesienie punktu neutralnego.

Najczęstszym miejscem spotkań tych dwóch światów jest transformator-Wye Delta: uzwojenie pierwotne Delta izoluje systemy poprzedzające od niezrównoważenia i harmonicznych za nim, podczas gdy uzwojenie wtórne Wye zapewnia uziemiony, stabilny punkt neutralny dla rzeczywistych-obciążeń, które rzadko są idealnie zrównoważone. Zrozumienie, kiedy i dlaczego używać każdej konfiguracji, pozwala inżynierom optymalizować wydajność, skutecznie zarządzać różnymi typami obciążeń i kontrolować koszty projektu. W razie wątpliwości najlepszym rozwiązaniem-w zakresie ograniczenia zasilania do obiektów mieszanych-jest zazwyczaj Delta-Wye, ponieważ zapewnia najlepszą równowagę między wszechstronnością, bezpieczeństwem i wydajnością.

 

 

 

 

 

Podczas pracy z transformatorami należy zawsze przestrzegać wszystkich obowiązujących przepisów elektrycznych i norm bezpieczeństwa. Nigdy nie zakładaj, że system-jest pozbawiony zasilania bez odpowiednich testów. Odpowiednio dobrane zabezpieczenie nadprądowe i uziemienie są niezbędne dla bezpiecznej pracy. Jeżeli nie masz pewności co do jakiegokolwiek aspektu doboru lub instalacji transformatora, skonsultuj się z licencjonowanym inżynierem elektrykiem lub wykwalifikowanym specjalistą.