Hai mai incontrato una targhetta di un trasformatore che mostrava Dyn11 e ti sei chiesto cosa significassero le lettere e il numero? Se sì, stai osservando il trasformatore delta-wye, che è il collegamento trifase più popolare nei sistemi di distribuzione in tutto il mondo. Quando l'ingegnere è incaricato di mettere in servizio una nuova sottostazione di distribuzione o un impianto industriale, si troverà ad affrontare questo trasformatore in quasi tutti i progetti di layout. Questo articolo presenterà la definizione di un trasformatore delta-wye, e l'essenza del collegamento in termini di tensioni e sfasamento, i suoi vantaggi rispetto agli altri tipi di collegamenti e come selezionare correttamente i trasformatori per i tuoi progetti.
Cos'è un trasformatore delta-stella?
In termini di topologia, un trasformatore delta-wye rientra nella categoria di un trasformatore trifase con i suoi avvolgimenti ad Alta Tensione (HV) configurati in delta e gli avvolgimenti a Bassa Tensione (LV) configurati in wye. La configurazione delta prevede di collegare ciascun avvolgimento end-to-end creando così un anello triangolare chiuso, mentre nella configurazione wye; un'estremità di ciascuno degli avvolgimenti LV è collegata a un punto neutro comune. Il neutro wye è solitamente portato a un quarto terminale, che è ciò che il nome Dyn rappresenta, indicando che il lato HV ha una configurazione delta e il lato LV wye mentre n si riferisce al neutro. La combinazione delle due configurazioni risulta in un trasformatore delta-wye che offre i vantaggi forniti dalle due configurazioni. Ad esempio; il collegamento delta serve il lato primario offrendo un mezzo attraverso il quale le correnti secondarie non collegate a terra possono essere gestite insieme al contenimento del flusso armonico di terzo ordine. D'altra parte, il collegamento wye aiuta a stabilizzare i punti neutri per i carichi monofase e fornisce la messa a terra del sistema.
Come funziona il collegamento Delta-Wye
È meglio iniziare con l'analisi del lato wye poiché fornisce la tensione vista dall'apparecchiatura. Poiché ciascun avvolgimento di fase corre dal terminale di linea al giunto neutro nella connessione wye, la tensione di fase (tensione dell'avvolgimento) è data come √3 (1.732) per la tensione linea-linea. Un sistema trifase a 0,4 kV ha una tensione di fase inferiore a 0,4/1.732 = 0,23 kV (o 230 V). Questa è esattamente la ragione dietro l'alimentazione a bassa tensione IEC che fornisce 230/400 V. Il filo neutro trasporta corrente in eccesso durante carichi monofase sbilanciati.
Il lato delta ha tre avvolgimenti collegati in un anello, e qui, la tensione linea-linea è quella della tensione di fase (avvolgimento) a causa dell'assenza di qualsiasi divisione √3 o neutro. L'anello forma un circuito chiuso che consente alla corrente di sequenza zero e alla corrente armonica di terzo ordine di circolare nel design delta. Il vantaggio di avere un collegamento delta è che non consente alla distorsione armonica di terzo ordine di influenzare il livello di alimentazione. Inoltre, la trasformazione della tensione nell'unità avviene secondo un rapporto di avvolgimento, che è ciò che la rende diversa dalla connessione wye, mentre una configurazione delta introduce sempre uno sfasamento costante, cioè 30°.
| Sistema | Tensione linea-linea | Tensione di fase (wye) | Relazione |
|---|---|---|---|
| Servizio LV IEC | 400 V | 230 V | 400 / 1.732 |
| LV IEC, Regno Unito | 415 V | 240 V | 415 / 1.732 |
| Servizio LV USA | 208 V | 120 V | 208 / 1.732 |
| Industriale USA | 480 V | 277 V | 480 / 1.732 |
| Lato delta (senza neutro) | Uguale alla tensione di fase | — | Nessuna divisione per 1.732 |
Gruppi vettoriali: Dyn11, Dyn5 e cosa significano
Il codice di notazione del gruppo vettoriale fornisce un'indicazione della relazione di fase e del modo in cui viene effettuata la connessione. D denota che l'avvolgimento ad alta tensione è collegato in delta; y significa che l'avvolgimento a bassa tensione è collegato in stella; n indica che il terminale della linea neutra a bassa tensione è stato portato all'esterno. Il numero nella notazione del gruppo vettoriale indica la differenza di fase della bassa tensione rispetto all'alta tensione in termini di multipli di 30° come in un orologio. Se un gruppo vettoriale è Dyn11, in esso la tensione di linea del sistema a bassa tensione è in anticipo rispetto a quella del sistema ad alta tensione di 11*30° = 330° (o in ritardo di 30°); in Dyn5, è in anticipo di 150°. I numeri utilizzati, sia 11 che 5, sono molto significativi quando i trasformatori operano in parallelo o quando è necessaria la relazione di fase per il modo di protezione del trasformatore. A volte la connessione di due trasformatori delta-stella in parallelo sarà possibile solo se i loro gruppi vettoriali e le sequenze di fase corrispondono. È importante controllare e confermare il gruppo nella specifica d'ordine così come nel rapporto di prova poiché, ad esempio, un Dyn11 non funzionerà in parallelo con un sistema di trasformatori Dyn5.
| Numero dell'orologio | Dislocazione di fase | Uso comune |
|---|---|---|
| 0 | 0° | Banche stella-stella e delta-delta |
| 1 | 30° (la bassa tensione è in ritardo) | Delta-stella, alcune banche nordamericane |
| 5 | 150° | Delta-stella, schemi di messa a terra speciali |
| 6 | 180° | Stella-stella invertita, varianti zig-zag |
| 11 | 330° (la bassa tensione è in anticipo di 30°) | Standard di distribuzione delta-stella |
Caratteristiche e vantaggi chiave
| Caratteristica | Vantaggio |
|---|---|
| Neutro lato stella | Fornisce carichi monofase e fornisce un riferimento di messa a terra |
| Anello primario delta | Circola correnti di sequenza zero e terza armonica, proteggendo l'alimentazione |
| Dislocazione di fase di 30° | Relazione di fase standard e prevedibile per operazioni in parallelo |
| Tolleranza al carico sbilanciato | Carichi misti monofase e trifase causano meno sbilanciamento di tensione |
| Flessibilità di messa a terra | Il neutro può essere messo a terra solidamente o collegato tramite un'impedenza di messa a terra |
Delta-Stella vs. Altre connessioni
| Connessione | Neutro disponibile | Gestione del terzo armonico | Tolleranza al carico sbilanciato | Uso comune |
|---|---|---|---|---|
| Delta-stella (Dyn11) | Sì (LV) | Buono — il circuito delta circola | Buono | Distribuzione, fornitura industriale |
| Stella-stella (Yyn0) | Sì (entrambi i lati) | Scarso senza avvolgimento terziario | Scarso | Raramente usato da solo in trifase |
| Delta-delta (Dd0) | No | Buono | Scarso — nessun neutro LV | Carichi industriali, nessun bisogno di messa a terra |
| Stella-delta (Yd11) | No (delta LV) | Buono | Buono | Aumento nella generazione |
Il delta-stella è l'unica connessione ampiamente adottata che ti offre un neutro messo a terra sul lato carico e mitigazione armonica sul lato di alimentazione. Stella-stella, senza il terzo avvolgimento, avrà uno spostamento del neutro e distorsione armonica di terzo ordine per carichi sbilanciati. Delta-delta non ha alcun neutro. Quindi, nel caso in cui il carico necessiti di alimentazione a quattro fili 230/400 V, il delta-stella sarà quasi invariabilmente la tua connessione di scelta.
Applicazioni comuni
- Sottostazioni che riducono 35 kV o 10 kV a 0,4 kV per l'alimentazione di sistemi a quattro fili nel campo commerciale e nell'industria. Aziende manifatturiere che necessitano di energia elettrica trifase (per motori e compressori) e il neutro per illuminazione e dispositivi di controllo. Progetti di energia rinnovabile in cui il riferimento neutro e le armoniche sono contenuti all'uscita del cluster inverter mediante il trasformatore sul lato del collettore. Costruzione di operazioni impiantistiche che richiedono alimentazione messa a terra in conformità con gli standard di sicurezza. Sistemi di utilità che creano un'unità delta-stella a volte mediante il proprio trasformatore di messa a terra.
Specifiche tipiche
| Valutazione (kVA) | Rapporto di tensione | Gruppo vettoriale | Impedenza | Prezzo indicativo (US$) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 10/0,4 kV | Dyn11 | 4% | $3.000–$6.000 |
| 315 | 10/0,4 kV | Dyn11 | 4% | $5.500–$10.000 |
| 630 | 10/0,4 kV | Dyn11 | 4.5–6% | $9.000–$16.000 |
| 1,000 | 35/0,4 kV | Dyn11 | 6% | $14.000–$25.000 |
| 2,500 | 35/0,4 kV | Dyn11 | 6–8% | $28.000–$45.000 |
I prezzi sono indicativi FOB per unità immerse in olio con livelli di perdita standard; le versioni in resina epossidica a secco costano circa 20–40% in più alla stessa potenza. Conferma l'impedenza rispetto al tuo schema di protezione, poiché essa governa la corrente di guasto e la discriminazione.
Come Scegliere l'Unità Giusta
- Conferma il gruppo vettoriale. Dyn11 per la maggior parte dei compiti di distribuzione; Dyn5 dove la rete richiede una diversa relazione di fase. Indicalo nell'ordine.
- Abbina il kVA al carico. Dimensiona in base al carico connesso, al carico di avviamento più grande e a un margine di crescita del 10–20%.
- Fissa il rapporto di tensione. 35/0,4 kV, 10/0,4 kV o 11/0,4 kV a seconda della tua rete primaria e della tensione del pannello LV.
- Decidi l'arrangiamento di messa a terra. La messa a terra neutra solida è la più semplice; utilizza un resistore di messa a terra neutra (NER) dove sono necessari limiti di corrente di guasto.
- Controlla l'impedenza per la coordinazione della protezione. Un'impedenza di 4–6% è tipica; valori più alti limitano la corrente di guasto ma aumentano la regolazione della tensione.
- Scegli l'isolamento e il raffreddamento per il sito. Immerso in olio all'aperto, tipo secco in resina all'interno; standard ONAN, ONAF per fattori di carico elevati.
- Richiedi la conformità alla IEC 60076. Conferma i livelli di isolamento, l'aumento di temperatura e la resistenza ai cortocircuiti, e richiedi il rapporto di prova di routine.
Marchi principali e fasce di prezzo
| Marca | Paese | Focus sul prodotto | Fascia di prezzo indicativa (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | Svizzera/Svezia | Unità delta-stella per distribuzione e industriali | $4.000–$60.000 |
| Siemens | Germania | Trasformatori di distribuzione IEC | $3.500–$55.000 |
| Schneider Electric | Francia | Unità a secco e in resina epossidica | $3.000–$45.000 |
| Hitachi Energy | Svizzera | Trasformatori di distribuzione di grado utility | $4.500–$70.000 |
| Eaton | USA | Unità di distribuzione nordamericane | $2.500–$42.000 |
| Jiangsu Subian Energia Elettrica | Cina | Gruppi vettoriali personalizzati, immersi in olio e tipo secco | $3.000–$45.000 |
I prezzi menzionati non sono fissi e possono variare tra i produttori in base alla qualità dei prodotti, nonché ai danni e all'attrezzatura utilizzata. Aziende ben note che producono trasformatori delta/wye includono ABB, Schneider Electric, Siemens, Hitachi Energy ed Eaton. La documentazione di queste aziende serve come un eccellente punto di riferimento per le specifiche. Coloro che sono interessati ad ottenere trasformatori delta/wye fabbricati secondo gli standard IEC 60076 a prezzi migliori possono acquistare trasformatori wick da Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd. Questa azienda produce trasformatori delta-wye di tipo olio (湿型) e secco (干型) in tutte le capacità, partendo da piccole unità di distribuzione fino a diversi MVA e con vari gruppi vettoriali tra cui Dyn11 e Dyn5. Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd. utilizza acciaio orientato e rame di alta qualità per i loro trasformatori e può fornire documentazione completa sui test e il supporto necessario per le loro esportazioni. Consulta la gamma di prodotti sul sito web di Subian Electric.
Domande frequenti
Perché il collegamento delta-wye è così comune nella distribuzione?
Il vantaggio che deriva da questo collegamento è la capacità di fornire tutto in una volta: messa a terra neutra a bassa tensione per carichi monofase e messa a terra; la possibilità di creare un anello delta sul lato ad alta tensione che intrappola le correnti di terza armonica e di sequenza zero, e un ragionevole grado di resistenza ai carichi sbilanciati. Nessun altro collegamento ha queste tre caratteristiche, ed è per questo che Dyn11 è stato scelto per i trasformatori di distribuzione nella gamma di tensione da 10 kV fino a 0,4 kV.
Cosa significa Dyn11 su una targhetta di un trasformatore?
D mostra che l'avvolgimento ad alta tensione è in una connessione delta, y ci fa sapere che l'avvolgimento a bassa tensione è in una connessione wye (o stella), e n indica che il neutro a bassa tensione è disconnesso. L'11 indica l'ora del quadrante: questo significa che la tensione di linea LV precede la tensione di linea HV di 330 gradi (questo è equivalente a un ritardo della tensione di linea LV di 30 gradi), il che ci dà la caratteristica della connessione delta-wye—spostamento di fase di 30 gradi.
Perché c'è uno spostamento di fase di 30° in un trasformatore delta-wye?
La trasformazione è il risultato delle modifiche nelle connessioni degli avvolgimenti sui due lati. Per la connessione wye, il fasore della tensione di linea è la differenza tra due tensioni di fase che sono separate da 120 gradi, mentre per la connessione delta, è uguale alla tensione di una fase. Confrontando le due tensioni di linea, si può scoprire che l'angolo tra i fasori è di 30 gradi, il che è il motivo per cui il trasformatore delta-wye è indicato come 11 o 5 (30 o 150 gradi).
Un trasformatore delta-wye può gestire carichi sbilanciati?
Abbastanza bene. Quando sono presenti connessioni di tipo delta in un avvolgimento primario, la corrente sbilanciata nell'avvolgimento secondario fluirà attraverso la rete delta e sarà soppressa. Questo rende questo tipo di connessione favorevole quando si utilizza una combinazione di forniture monofase e trifase. In situazioni di alto sbilanciamento è essenziale che il sistema sia correttamente dimensionato e che la corrente neutra sia considerata.
Subian produce trasformatori delta-wye per l'esportazione?
In effetti! Jiangsu Subian Electric Power può fornire trasformatori delta-wye secondo IEC 60076 con il gruppo vettoriale, la capacità e il rapporto di tensione di cui hai bisogno, e fornisce anche rapporti di test di routine e ispezioni di terze parti opzionali per lavori internazionali. Lo stabilimento è in grado di fornire sia costruzioni immerse in olio che di tipo secco per classi di distribuzione tipiche.
Riferimenti
- IEC 60076-1 — Trasformatori di potenza: Generale — lo standard di riferimento per la classificazione e il collaudo, inclusa la designazione del gruppo vettoriale.
- IEC 60076-3 — Livelli di Isolamento e Test Dielettrici — definisce i requisiti di isolamento per i trasformatori delta-wye di classe distribuzione.
- IEC 60076-5 — Capacità di Resistere a Cortocircuiti — lo standard di verifica per cortocircuito degli avvolgimenti.
- NEMA TP-1 — Efficienza Energetica per Trasformatori di Distribuzione — benchmark di efficienza utilizzato nella valutazione delle perdite.
- Hitachi Energy — Prodotti per trasformatori — documentazione di riferimento per trasformatori di distribuzione di grado utility.
- Eaton — Informazioni ingegneristiche sui trasformatori — guida pratica per connessioni e applicazioni da un importante produttore.
Conclusione
combina un secondario a stella messo a terra adatto per carichi monofase con una connessione a terra con un avvolgimento primario a delta capace di eseguire la soppressione armonica e assorbire correnti sbilanciate, permettendo allo stesso tempo uno spostamento di fase di 30 gradi. Per garantire il successo dell'uso di tali trasformatori, dovrebbe essere raggiunta la giusta combinazione dei seguenti cinque elementi: la specifica del gruppo vettoriale (tipicamente Dyn11), la determinazione del kVA del trasformatore basata su studi di carico, l'identificazione del rapporto di tensione che corrisponde alla rete, la selezione della modalità di messa a terra, così come la conformità di tutte le specifiche ai requisiti della norma IEC 60076 e la disponibilità della documentazione di prova. Conferma il tuo gruppo vettoriale e i dati di carico con il team attraverso il sito ufficiale per ricevere un preventivo corrispondente alla specifica.