Trasformatore Delta Wye: Come Cablarlo

Se accedi a qualsiasi scheda informativa sui trasformatori che descrive trasformatori trifase, ti imbatterai in Dyn11 o Ynd11. Alcune altre schede informative sui trasformatori potrebbero utilizzare designazioni diverse, ma si riferiscono tutte al gruppo vettoriale dei trasformatori. Ciò significa che viene impiegata una connessione a delta (Δ) per un lato del trasformatore mentre una connessione a stella (Y) è utilizzata per l'altro lato. La connessione delta-stella è la connessione di trasformatore più popolare a livello mondiale perché consente al trasformatore di svolgere due funzioni principali, che includono l'aumento o la diminuzione della tensione e la creazione di un neutro a terra per il lato stella.

Breve spiegazione: Un trasformatore delta-stella è costruito in modo tale che ci siano tre avvolgimenti primari collegati in delta (senza neutro) e tre connessioni secondarie (o avvolgimenti) collegate in stella (con un punto di prelievo sulla stella) che consentono a entrambi i modi di trasformare la tensione fornendo un neutro a terra nel lato stella. Questo tipo di connessione è tipicamente utilizzato per scopi di distribuzione poiché consente sia il cambiamento di tensione che un neutro stabile (sulla stella) per carichi di tipo monofase e impedisce il passaggio di armoniche triplen e correnti di sequenza zero da un lato all'altro.

Cos'è un trasformatore delta-stella?

Un trasformatore trifase è composto da tre avvolgimenti primari e tre secondari, e in ciascun caso, questo schema consente due diversi tipi di configurazioni. La prima opzione è la connessione delta (Δ), dove gli avvolgimenti si collegano insieme a forma di triangolo (quindi, è elettricamente chiuso), evitando completamente il concetto di un punto neutro e collegando i terminali di linea agli apici del triangolo. La seconda opzione è il cosiddetto tipo di connessione stella (Y), dove il punto comune (neutro) in cui si uniscono gli avvolgimenti si collega ai terminali. In altre parole, la connessione deve avvenire o tramite la configurazione delta sul primario (spesso definita in termini di tensione) o tramite la configurazione del trasformatore delta-stella; cioè Dyn.

L'altra possibilità prevede un primario a stella con una connessione secondaria a delta in situazioni come le centrali elettriche dove viene generata alta tensione o anche applicazioni industriali standard. La definizione del gruppo vettoriale è una conoscenza chiave; ciò significa che delinea i tipi di avvolgimenti a stella in relazione alle connessioni a delta, il che porta allo spostamento di fase tra di essi, quindi un tipo di trasformatore può essere utilizzato in più sistemi. guida ai gruppi vettoriali dei trasformatori spiega il sistema di codifica in dettaglio.

Quando hai bisogno della connessione delta-stella?

Hai bisogno di una connessione delta-stella nei casi in cui siano soddisfatte tre condizioni: la trasformazione di potenza trifase, la necessità di un neutro su un lato e la necessità di risolvere problemi dovuti a connessioni stella-stella. I casi comuni includono:

• Distribuzione della tensione primaria media in riduzione a un sistema a bassa tensione a quattro fili (400/230V-wye in Europa/Asia/Australia o 120/208V-wye in Nord America), che fornisce il neutro per alimentare carichi monofase.
• Industriale 480V a 120/208V (480V delta o wye alimentazione del negozio che alimenta un'unità trasformatore delta-wye che fornisce 120/208V wye per prese di comodità, controlli e illuminazione).
• Generazione (Ynd) dove il rotore del generatore wye è elevato a un'alimentazione ad alta tensione collegata a delta, sfruttando il neutro a terra per regolare i rischi di guasto a terra.
• L'isolamento armonico è reso possibile attraverso l'uso dell'avvolgimento delta per intrappolare le armoniche triplen all'interno del sistema e prevenire che circolino di nuovo verso la sorgente.

Se la tua applicazione richiede un neutro a terra su un lato — cosa che la maggior parte richiede, poiché è così che ottieni il neutro per applicazioni monofase — il delta-wye è tipicamente la soluzione appropriata. Se entrambi i lati devono essere non a terra o non hai bisogno di neutro, un delta-delta può essere sufficiente — il nostro confronto delta-delta vs delta-wye copre le alternative.

Perché è lo standard: il caso ingegneristico

Tre motivi giustificano l'uso della connessione trasformatore wye-delta:

• Un neutro wye a terra è essenziale in un trasformatore che è un carico di illuminazione bifase, sovraccarico di tensione linea-terra, o fornisce una protezione adeguata contro i guasti a terra; il neutro a terra del lato wye offre ciò, mentre il trasformatore delta-delta non è in grado di farlo a causa della mancanza di neutro a terra per il lato wye.
• Isolamento delle correnti armoniche e a sequenza zero: il trasformatore delta-wye fornisce mezzi per eliminare le combinazioni armoniche triplen e a sequenza zero fornendo un percorso di corrente circolante nell'avvolgimento delta, evitando così possibili effetti di riscaldamento delle armoniche triplen che risultano da altre configurazioni quando viene impiegato un trasformatore wye a terra senza un avvolgimento delta.
• Il lato wye può essere messo a terra in modo efficace o tramite impedenza, garantendo di limitare la corrente di guasto a terra proteggendo sia il trasformatore che l'intero sistema.

Il prezzo da pagare per i vantaggi elencati sopra è uno spostamento di fase di 30 gradi tra i terminali primari e secondari, che varia a seconda che il gruppo vettoriale del trasformatore richieda un'operazione oraria/antioraria – cioè Dyn11 o Dyn1. Ha un'importanza considerevole nelle operazioni di parallelo, negli aggiustamenti dei relè di protezione, in concomitanza con carichi che richiedono una relazione di fase impostata tra loro; da qui l'importanza del gruppo vettoriale menzionato nella targa e verificato al momento della messa in servizio del trasformatore.

Strumenti e sicurezza prima di iniziare

Quando si tratta di cablaggio del trasformatore delta-wye, lavorare con attrezzature ad alta energia significa che dovrai seguire linee guida rigorose.

• Spegni l'alimentazione al trasformatore insieme a tutti i circuiti ad esso collegati e bloccala fino a quando non puoi dimostrare che è sicuro lavorare da ogni terminale utilizzando un voltmetro.
• Equipaggiamento di protezione personale (PPE): dovrai indossare abiti con classificazione per arco, guanti isolati classificati per la tensione con cui stai lavorando e protezione per il viso poiché i terminali del trasformatore possono causare archi ad alta tensione.
• Strumenti: cacciaviti e chiavi isolati, una chiave dinamometrica per il materiale di fissaggio dei terminali, un misuratore di rotazione di fase, un voltmetro (sono disponibili molte categorie, quindi fai attenzione), un tester di resistenza di isolamento e un tester del rapporto di trasformazione (TTR) se ne hai uno disponibile.
• Targa e disegni: devi avere una targa che indichi i gruppi vettoriali, le impostazioni dei tap e i diagrammi di connessione forniti dal produttore. Non cablare dalla memoria o da supposizioni.
• Solo personale qualificato: questo è un lavoro riservato agli elettricisti; i seguenti passaggi sono solo per guida e, se scegli una persona non autorizzata per eseguire questo lavoro, ti stai esponendo a una grande responsabilità per eventuali risultati.

Cablaggio passo dopo passo

Nella situazione più rappresentativa di delta primaria (H1-H2-H3), secondaria a stella (X0 neutro, X1-X2-X3):

• Controlla il gruppo vettoriale e il circuito di connessione dalla scheda dati e dalla targa dell'apparecchiatura (come Dyn11) e verifica anche la posizione del tap sull'avvolgimento primario per la reale tensione di alimentazione.
• Collega il delta primario: collega le estremità dei fili di avvolgimento per creare il delta chiuso, ad esempio H1 finale a H2 inizio, H2 finale a H3 inizio, H3 finale a H1 inizio, e collega i tre conduttori di fase (A, B, C) ai tre angoli del delta tramite apparecchi di protezione (fusibili/interruttore). Il sistema delta non ha neutro ed è un sistema non messo a terra.
• Collega il secondario a stella: collega tutti i fili di avvolgimento di X1, X2 e X3 al punto neutro X0, quindi prendi tre conduttori (a, b e c) dall'estremità aperta per protezione e barra di distribuzione. Collega il neutro X0 a terra alla barra neutra.
• Mette a terra il neutro secondo il design del sistema: collega X0 (tramite barra neutra) all'elettrodo di messa a terra del sistema. Il filo di terra deve essere dimensionato secondo il codice (e il nostro articolo sulle basi della messa a terra del trasformatore fornisce indicazioni su questo); la connessione deve essere effettuata al trasformatore o al primo dispositivo di disconnessione e non al carico.
• Collegamento della custodia e del nucleo: il collegamento del serbatoio/struttura e del nucleo deve essere effettuato sullo stesso sistema di messa a terra.
• Energizza e verifica: esegui i test indicati di seguito, chiudi i dispositivi di protezione primari e misura la tensione secondaria e la rotazione di fase prima della connessione del carico.

Ora, nel caso della configurazione inversa (Ynd, generatore step-up), i ruoli saranno invertiti, dove la stella agirà come neutro primario, che deve essere messo a terra secondo il design del generatore, e il sistema delta rimane solo in configurazione secondaria. La nostra gamma di trasformatori trifase copre le configurazioni standard disponibili in pronta consegna, con i dettagli del gruppo vettoriale per le unità di riduzione della tensione nella sezione distribuzione del catalogo.

Test e verifica

Prima dell'energizzazione, eseguire i seguenti test. Una volta che hai energizzato l'unità per la prima volta, eseguire nuovamente i test:

• Resistenza di Isolamento: Prendere letture delle resistenze di isolamento primario-neutro, secondario-neutro e primario-secondario. Assicurarsi che i registri siano in linea con i valori minimi prescritti dal produttore. Se si riscontra un valore basso, è necessario intervenire immediatamente per indagare sulla questione prima di energizzare l'unità.
• Test di Continuità e Polarità: Assicurarsi che ogni avvolgimento sia attivo e che non esista alcun angolo aperto, e allo stesso tempo il punto neutro wye sia collegato tra tutti gli avvolgimenti.
• Test del Rapporto di Avvolgimento (TTR): Confrontare il rapporto di avvolgimento con quello indicato sulla targhetta del trasformatore.
• Test di Energizzazione: Misurare le tensioni linea-linea e linea-neutro attraverso il trasformatore su entrambi i lati del trasformatore. Sul lato wye, la tensione dovrebbe risultare essere √3 volte la tensione misurata sul neutro della linea del trasformatore. Controllare anche se il punto neutro è messo a terra; e anche la rotazione di fase per i trasformatori.
• Controllo della Corrente Neutra: Se una corrente neutra viene trasportata dal neutro, significa che c'è un carico sbilanciato sul trasformatore. Un trasformatore wye progettato correttamente si comporta in modo adeguato.

Un set di test di accettazione strutturato — isolamento, rapporto, polarità e controlli energizzati — è parte di qualsiasi corretta messa in servizio; il nostro guida ai test dei trasformatori elenca l'intera suite e i criteri di passaggio per ciascuno.

Errori comuni e come evitarli

• Messa a terra del Delta: Un avvolgimento delta non ha un punto neutro e quindi non dovrebbe essere messo a terra in nessun punto di avvolgimento. Infatti, mettere a terra una delle fasi o qualsiasi connessione di derivazione sull'avvolgimento risulta in un sistema messo a terra non intenzionale e potenzialmente pericoloso. Il lato delta è progettato per essere non messo a terra.
• Negligenza del neutro Wye o connessione errata: La maggior parte delle condizioni di neutro flottante risulterà in tensioni imprevedibili e anomale. Questo consente a parte dell'attrezzatura di danneggiarsi e consente lo sviluppo di livelli di tensione sul neutro a terra.
• Negligenza dello spostamento di fase di 30 gradi: Se due trasformatori sono collegati in parallelo con gruppi vettoriali diversi, possono verificarsi gravi correnti circolanti e danneggiare i trasformatori. Verificare che i gruppi vettoriali siano compatibili.
• Inversione della sequenza di fase: Se due delle fasi sul primario sono invertite, la rotazione di fase secondaria sarà invertita e tutta l'attrezzatura collegata al trasformatore funzionerà in modo errato. Controllare sempre la rotazione di fase.
• Selezione della derivazione errata: Collegare la derivazione errata sul lato primario del trasformatore risulterà anche in un'uscita errata. Assicurati sempre di aver selezionato l'impostazione corretta della derivazione primaria prima di accendere il trasformatore.
• Lavorare sotto tensione: Poiché il trasformatore è un dispositivo ad alta energia, non importa se il sistema è cablato correttamente se qualcuno si fa male mentre lo fa. Ricorda sempre di bloccare, etichettare e lavorare con personale qualificato.

Domande frequenti

Cosa fa un trasformatore Delta Wye?

Un trasformatore Delta-Wye trasferisce tensione trifase da una configurazione delta (senza neutro) a una configurazione wye (la configurazione wye fornisce un neutro che è messo a terra e stabile), il che serve allo scopo di convertire tensioni di un tipo nell'altro e mantenere un neutro stabile per carichi monofase. Viene utilizzato per scopi di distribuzione elettrica, ad esempio, viene utilizzato per la conversione di tensione da un delta di 10kV a 400 o 230 V wye. Come accennato in precedenza, i trasformatori Delta-Wye servono a isolare armoniche triplen o corrente a zero sequenza.

Come si fa a capire se 480 è delta o wye?

Determina la tensione. Nel caso di un sistema Delta a 480V, non c'è un sistema neutro nello stesso modo in cui la tensione linea-linea è pari a 480V. D'altra parte, il sistema Wye a 480 V utilizza un neutro e, come tale, la tensione è determinata dividendo 480 per la radice quadrata di tre, dando 277V da ciascuna fase al neutro. Puoi controllare la presenza del conduttore neutro e misurare la tensione tra la linea e la tensione neutra; se il valore determinato è 277V, il sistema è Wye, e se il neutro è assente, allora il sistema Delta è in uso.

È 240V Wye o Delta?

In Nord America, i sistemi trifase a 240V utilizzano normalmente la configurazione Delta a meno che non venga utilizzato il sistema Wye per applicazioni commerciali. Comprende sia il formato Delta di 240V che il Delta a centro-tap con tensione di ingresso di 240/120 V. Tuttavia, l'esistenza del Delta dipende dalla targa. Se è presente un neutro, allora è Wye.

Come si collega un trasformatore delta wye?

Per collegare un trasformatore Delta-Wye, utilizzare cavi trifase collegati ai trasformatori utilizzati per garantire che tutti i punti collegati a ciascun trasformatore abbiano un neutro presente.

Riferimenti

• IEEE C57 — Standard sui trasformatori (gruppi vettoriali, test, applicazione)
• NFPA 70 — Codice Elettrico Nazionale (installazione di trasformatori, messa a terra)
• OSHA 1910.269 — Sicurezza nella generazione, trasmissione e distribuzione di energia elettrica
• IEC 60076 — Trasformatori di potenza (gruppi vettoriali, classificazioni)
• ANSI — Standard sui trasformatori e guide all'applicazione

Conclusione

Il trasformatore delta-wye funge da modalità comune di connessione elettrica perché fornisce la soluzione ai due problemi che ogni rete di distribuzione affronta. Cambia la tensione e crea un neutro messo a terra mentre il delta assorbe le armoniche e la corrente a sequenza zero prima che si verifichino danni alla sorgente. Ci sono sei passaggi per effettuare correttamente questa connessione: determinare il gruppo vettoriale, creare un anello delta che non sia messo a terra, collegare il neutro del wye, mettere a terra quel neutro, controllare con test di isolamento, rapporti e rotazione, e infine non dimenticare il ritardo di fase di 30° per il parallelo. Se esegui tutti e sei i passaggi, il Dyn11 sulla targa diventerà un trasformatore in grado di fornire servizio a un edificio, impianto o comunità per anni, sfruttando la sua semplice e affidabile connettività delta-wye.