西オーストラリアの鉱山サイトの運営会社が処理施設を拡大することを決定したとき、電気技師は彼が対処することに慣れている問題に直面しました。サイトで使用されていた主要な変圧器は普通の変圧器であり、その三相ワイヤーは中性が利用できないことを意味していました。この法人は、破砕設備の電流保護手順と工場の電力および水供給のための240ボルト電源に中性が必要でした。正しい決定は、15年間正常に機能していた10 MVAユニットである変圧器を交換しないことでした。会社は、人工中性を持つデルタワイ変圧器であるデルタ変圧器を選択することに決めました。これにより、ライン保護を提供し、サイトに必要な補助電力を供給することができました。デルタ変圧器が設置されると、中性が確立され、工場は時間通りに操業を開始しました。適切なデルタ変圧器を選択する方法は、適用される巻線構造に依存します：デルタ-デルタ接続または全く異なる組み合わせです。.
概要： デルタ変圧器は、巻線の一方または両方がデルタ形状で接続されているものです。デルタは、各相巻線が次の巻線の端で接続される閉じた三角形の構成を指します。デルタ変圧器では、ラインの電圧は相の電圧と等しくなります。.
デルタ接続とは何か — そしてそれが使用される理由
デルタ接続では、変圧器の三相巻線が端から端へと接続され、デルタのような閉ループが形成されます。中性点は存在せず、中性導体はないため、ライン電圧は相電圧と同じになります。また、ラインを流れる電流は、導線の電流のベクトル和に等しくなります。デルタ接続には、特定の用途に対して効果的であり、ワイ（スター）接続に対していくつかの利点を与える多くの電気的特性があります。中性がないため、負荷はライン間でのみ接続でき、中性導体との間では接続できないことを意味します。つまり、負荷はより高い電圧定格を持つ必要があります（230Vまたは120Vの機器は、デルタ接続の高電圧ラインに接続できません）。デルタ接続は、三重高調波電流（3次、6次、9次高調波）を巻線のデルタ接続内に保持し、供給側または負荷側に流れないようにします。したがって、これは非線形負荷で動作する配電変圧器におけるデルタ接続の主要な利点です。コンピュータ、可変周波数ドライブ、LED照明、UPSシステムは、非線形電流が一次側に流れるのを防ぎ、変圧器、ケーブル、タービン、モーターの加熱を回避します。さらに、デルタ接続は不均衡負荷での動作が可能であり、デルタ接続されたデバイスのいずれかの相が他の相よりも過負荷の場合、デルタ内の循環電流が負荷を均等に分配することを保証します。.
デルタ接続の物理的および経済的特性も考慮する必要があります。デルタ接続の場合の巻線設計は、ワイ接続の場合の銅線よりも太くない銅導体を使用し、ライン電圧用の絶縁が必要です。変圧器の巻線構成とその用途の全範囲についての紹介は、製品カタログを参照してください。 スビアン電気, それには、デルタ-デルタ、デルタ-ワイ、ワイ-デルタ変圧器、接地変圧器、絶縁変圧器、そしてグローバル市場向けの特殊電力変圧器が含まれています。.
三つの主要なデルタ変圧器構成 — それぞれの位置
下の表は、デルタ巻線を含む三つの主要な変圧器構成、その定義される電気的特性、およびそれぞれが正しい選択となる用途を要約しています。.
| 構成 | プライマリ接続 | セカンダリ接続 | 主要な電気的特性 | 最適な用途 |
|---|---|---|---|---|
| デルタ-デルタ (Δ-Δ) | デルタ | デルタ | 中性点はどちらの巻線にも存在せず、デルタ内の循環電流によって不平衡負荷が効率的に処理されます。また、両側の三重高調波をフィルタリングします。単相供給は、フルライン電圧で任意の2つのライン間から取ることができます。デルタ-デルタ変圧器のいずれかの相に故障が発生した場合、変圧器はオープンデルタ（V-V）モードで減少した容量で使用でき、したがって生産プロセスの高コストな停止が関与する産業用途において、この必要な故障耐性を提供します。. | 三相デルタ接続は、中性が不要な産業用モータードライブ、抵抗加熱、溶接装置などに適しています。三相デルタ接続の例外処理特性は、石炭採掘業、石油およびガス業、化学処理などの連続プロセス産業において重要です。. |
| デルタ-ワイ（Δ‑Y） | デルタ | ワイ（スター） | 単相負荷およびシステムの接地のために、二次側に中性があります。一次側のデルタ巻線は、供給側からの第三高調波の流れを防ぎます。ワイ巻線は、負荷のための接地の基準を提供します。一次電圧と二次電圧の間に30度の位相差を伴う電圧変換とともに、変圧器を並列接続する際には慎重な考慮が必要です。. | 標準の降圧変圧器は、三相および単相タイプに電流を分割します。例えば、480Vで動作する三相モーターと277Vの照明を、北米の480Y/277Vの二次ラインから受け取ります。同様に、IEC市場では、降圧電力変圧器が400Vモーターまたは230V負荷を400Y/230V二次から供給します。これらの変圧器は、商業および産業部門で最も頻繁に適用されるレイアウトです。. |
| ワイ-デルタ（Y‑Δ） | ワイ（スター） | デルタ | 一次側に中性を供給し、システムの保護のための接地を許可します。二次側のデルタは、負荷によって誘発された高調波を捕捉し、それらが一次側に到達するのを防ぎます。目的は、デルタ接続の送電線に昇圧する際にワイ接続の発電機と連携することです。ワイ側は、安定したシステム電圧を維持し、接地故障電流を導くために接地できます。. | 昇圧変圧器は、ワイ接続の発電機をデルタ接続の送電線に接続するために使用されます。これは、接地されていないデルタシステムの中性点を確立する接地変圧器の一例です。このタイプの追加接地は、デルタ接続の電源から供給されるが、短絡電流からの保護のために中性が必要な産業で人気があります。. |
高調波、接地、およびオープンデルタオプション：三つの実用的考慮事項
基本的な巻線構成に加えて、適切なデルタ変圧器を最終決定するために、三つの主要な要因があります。.
最初の要因は高調波です。. 非線形アプリケーション、例えば可変周波数ドライブ、無停電電源装置、LED照明、電子バラストは、トランスに流れ込む高調波電流を生成します。第三高調波は、60 Hzシステムで180 Hz、50 Hzシステムで150 Hzであり、その奇数倍（トリプル高調波）は、デルタ-ワイシステムの中性導体に結合するため、大きな混乱を引き起こす可能性があります。これにより、過熱が発生する可能性があります。デルタ接続はこれらのトリプル高調波を捕らえ、それらがデルタ内で循環し、熱に変換されます。デルタ-デルタは、運転の両側で高調波を捕らえることができます。デルタ-ワイは、主に側でのみ高調波を捕らえます。ワイ-ワイは高調波を捕らえる能力がなく、そのため業界ではほとんど使用されません。負荷があまりにも多くの高調波を生成する場合、特に高調波源に向かうデルタ巻線を持つデルタトランスを使用する必要があります。.
第二の考慮事項は、接地と接地故障からの保護です。. デルタには中性点がないため、使用する自然な接地ポイントはありません。ユーティリティトランスがデルタ接続されている場合、接地トランスが使用されない限り、システムは接地されていません。このような接地されていないシステムには特有の危険があります：接地故障が発生すると、ブレーカーはトリップせず、故障していない相に過電圧が発生し、相間で故障を引き起こす二次接地故障が発生する可能性があります。ワイ-デルタ接地トランスまたはジグザグ接地トランスの使用により、接地故障を使用した適切な操作に必要なシステムの接地が可能になります。接地トランスはデルタバスに接続され、その中性点（直接接地されるか、故障電流を必要なだけ制限する抵抗の助けを借りて接地される）は、接地故障の制御された動作を可能にします。.
接続の第三のタイプはオープンデルタ（V-V）構成です。. デルタ-デルタ変圧器がその相の一つ（ターンまたは相）で故障した場合、残りの相はオープンデルタ接続モードで動作でき、特定の三相負荷に電力を供給することができます。オープンデルタの構成では、容量はデルタ-デルタ接続の57.7%のみであり（66.7%ではなく）、これは二つの巻線間の60度の位相シフトによるもので、各巻線の定格を超える電流値を提供することが不可能になります。オープンデルタの接続は緊急時に使用されます — 新しい変圧器が取得されるまで、重要なプロセスが機能し続けることを可能にします — しかし、デルタ-デルタ変圧器の通常運転には使用されません。オープンデルタモードの電圧調整はデルタ-デルタのものよりも劣っており、位相バランスも悪化します。変圧器の故障が製造工場に大きな損失をもたらす場合、オープンデルタオプションは一時的な信頼できる解決策として機能しました。変圧器の構成が広範な電力配電システムとどのように統合されるかについての詳細は、私たちの記事「5. デルタ変圧器を指定する方法：重要なパラメータ」をご覧ください。 最良の基本的な電気変圧器購入者ガイド は、あらゆる変圧器購入の仕様と評価のための包括的なフレームワークを提供します。.
デルタトランスフォーマーを指定する方法：重要なパラメータ
デルタトランスの購入仕様書の準備には、バイヤーがトランスが満たすべき電気仕様を明記し、各入札者が類似の製品を提供できるように高い詳細レベルを提供することが含まれます。主要なパラメータはkVA定格（これは、熱マージンのために80%連続負荷規則を適用して負荷計算を通じて定義される必要があります）、一次および二次電圧、巻線構成（例：デルタ-ワイ降圧トランスの場合は「13.8 kV デルタ一次、480Y/277 V 二次」またはデルタ-デルタ絶縁トランスの場合は「480 V デルタ一次、480 V デルタ二次」）、インピーダンス（トランスのkVAベースのパーセンテージとして表され、通常は配電トランスの場合5%から6%の範囲です。インピーダンスが低すぎると電圧品質が低下し、故障電流が増加するため、保護手段および設備の短絡定格と調整する必要があります）、絶縁クラスおよび温度上昇（乾式トランスの場合はクラスFまたはクラスHで、上昇は80から150度セルシウスの範囲、または油トランスの場合は通常30度セルシウス以上で約65度セルシウスの温度上昇）、冷却方法（油トランスの場合はONAN、乾式トランスの場合はANまたはAF；強制冷却により乾式トランスのkVA定格を25-33%まで増加させることができます。したがって、バイヤーは追加の容量が必要かどうかを明記する必要があります）、タップ（オフサーキットタップは標準で、通常は名目一次電圧の上下に2.5%のステップで調整されます；負荷タップチェンジャーは高価ですが、重要なアプリケーションや一次電圧が大きく変動する場合に適用できます）、エンクロージャ（乾式屋内条件用のNEMA 1、屋外用のNEMA 3R、洗浄用のNEMA 4X、または防塵産業用のNEMA 12）、および標準（IEC 60076、IEEE C57.12、または地元の国家標準、なぜなら標準はテストの実施方法と設備の文書化方法を決定するからです）。良い仕様は供給者が上記すべてに対する回答を提供することを促し、あいまいな仕様は製造者に独自の判断を下す機会を与えます。.
よくある質問
デルタトランスとワイトランスの違いは何ですか？
デルタ巻線は中性点のない閉ループ三角形で構成されています。デルタ接続システムのライン電圧は相電圧に等しいですが、この構成ではライン電流は相電流の√3倍です。ワイ巻線には三つの巻線が交差する中性点があり、これによりライン電圧は相電圧の√3倍になり、ライン電流は相電流に等しくなります。さらに、ワイ接続の利点（単相負荷に対する中立性やシステムの接地の可能性など）により、多くのユーザーはデルタ巻線と併用しています。.
いつデルタ-デルタトランスを使用すべきですか？
通常、三相または三線システムの使用によって特徴付けられる負荷条件下で、デルタ-デルタ変圧器を使用してみてください。これには主にモーター、加熱装置、または溶接機が含まれ、どちらの変圧器にも中性線は必要ありません。さらに、デルタ-デルタ変圧器は不均衡負荷条件下でも簡単に動作し、これらの変圧器の両側で高調波をトラップし、開放デルタ接続での単相の故障時にも利用できます。したがって、デルタ-デルタ変圧器は、重いモーターの負荷を伴う産業用途に最適なソリューションです。.
デルタ変圧器は単相負荷を供給できますか？
確かに、デルタ接続された二次側は、任意の2つのライン間に接続された単相負荷を供給するために使用できますが、ライン電圧の全値に耐えることができる必要があります。ただし、単相負荷は使用される特定のデルタシステムのライン電圧を処理できるように構築されるべきです。つまり、480ボルトのデルタシステムには480ボルトの機器が必要であり、すべての三相でバランスが取れている必要があります。デルタ二次側は、120ボルトまたは277ボルトの負荷のように、低電圧での動作に中性回路を必要とする負荷には適用できません。.
開放デルタ変圧器接続とは何ですか？
開放デルタ接続は、三相負荷にサービスを提供するために三相のうちの2つの相に接続された2つの単相変圧器で構成されています。このセットアップは、完全な三相デルタ接続の57.7%の容量を利用します。このタイプの接続は、完全な三相システムの1つの相が故障した場合や、一部の軽負荷アプリケーションにおける安価で永続的な解決策として使用されます。電圧調整は劣悪であり、相のバランスも完全な三相システムのように安定していません。.
参考文献
- IEEE C57.12.00 — 液浸型配電、電力、調整変圧器の一般要件に関する規格. 変圧器の設計、試験、および性能に関する基礎的なIEEE標準であり、デルタおよびワイ巻線構成と関連する電気的特性を含みます。.
- IEC 60076 — 電力変圧器. 電力および配電変圧器の設計、試験、および性能要件を定義する国際標準シリーズであり、巻線構成と相関係を指定するベクトルグループの指定（Dyn11、YNd1など）を含みます。.
- Eaton — 変圧器巻線構成およびアプリケーションガイド. デルタ-デルタ、デルタ-ワイ、およびワイ-デルタ変圧器の製造業者であり、各構成の選択、設置、および接地要件に関する技術文書を提供しています。.
- Schneider Electric — 変圧器ベクトルグループおよび巻線接続. 商業および産業電力システム向けのデルタおよびワイ変圧器巻線構成の仕様および適用に関する製造業者のガイダンス。.
理想的なデルタトランスを選定するプロセスは、電気システムのタイプおよび電圧、接地、ハーモニクス、ニュートラルなどの特性に対応する巻線設計を特定することを含みます。デルタ-デルタトランスは、三相および三線の産業負荷に使用され、連続処理プラントに必要なハーモニクス緩和および安全要素を備えています。デルタ-ワイトランスは電圧を降圧し、単相および三相システムの混合負荷のためにニュートラルを生成し、入力供給からのハーモニクスを緩和する能力を持っています。ワイ-デルタトランスは発電機の電圧を昇圧して電力伝送を行うか、デルタシステムのためにニュートラルを生成して安全性を高めます。各デルタトランスの構成はそれぞれの目的に応じて機能し、知識のあるバイヤーは、売り手が在庫として持っているものを選ぶのではなく、アプリケーションに必要なトランスを知っています。Co. Subianは、すべての三つの構成のデルタトランスの製造業者であり、市場が要求する必要なkVA範囲および電圧クラス、インピーダンス、認証を備えたトランスを提供する能力があります。工場、鉱山、または処理施設の運用には正しく製造されたトランスを使用することが不可欠であり、トランスは電気システムに適切に設計される必要があるため、構成プロセスは非常に重要です。.