Você já se deparou com uma placa de identificação de transformador que mostrava Dyn11 e se perguntou o que as letras e números significavam? Se sim, você está olhando para o transformador delta-estrela, que é a conexão trifásica mais popular em sistemas de distribuição ao redor do mundo. Quando o engenheiro é encarregado de comissionar uma nova subestação de distribuição ou planta industrial, ele encontrará esse transformador em quase todos os projetos de layout. Este artigo apresentará a definição de um transformador delta-estrela, e a essência da conexão em termos de tensões e deslocamento de fase, suas vantagens em relação a outros tipos de conexões, e como selecionar adequadamente os transformadores para seus projetos.
O que é um transformador delta-estrela?
Em termos de topologia, um transformador delta-estrela se enquadra na categoria de um transformador trifásico com seus enrolamentos de Alta Tensão (AT) configurados em delta e enrolamentos de Baixa Tensão (BT) configurados em estrela. A configuração delta envolve conectar cada enrolamento de ponta a ponta, criando assim um laço triangular fechado, enquanto na configuração estrela; uma extremidade de cada um dos enrolamentos de BT é conectada a um ponto neutro comum. O neutro da estrela é geralmente levado a um quarto terminal, que é o que o nome Dyn representa, indicando que o lado de AT tem configuração delta, e o lado de BT estrela, enquanto n se refere ao neutro. A combinação das duas configurações resulta em um transformador delta-estrela que oferece as vantagens proporcionadas pelas duas configurações. Por exemplo; a conexão delta serve o lado primário ao oferecer um meio pelo qual correntes secundárias não aterradas podem ser tratadas juntamente com a contenção de fluxo de terceira harmônica. Por outro lado, a conexão estrela ajuda a estabilizar pontos neutros para cargas monofásicas e fornece aterramento do sistema.
Como a Conexão Delta-Estrela Funciona
É melhor começar com a análise do lado estrela, uma vez que ele fornece a tensão vista pelo equipamento. À medida que cada enrolamento de fase vai do terminal da linha até a junção neutra na conexão estrela, a tensão de fase (tensão do enrolamento) é dada como √3 (1,732) por causa da tensão linha a linha. Um sistema trifásico de 0,4 kV tem tensão de fase abaixo de 0,4/1,732 = 0,23 kV (ou 230 V). Esta é exatamente a razão pela qual o fornecimento de baixa tensão da IEC dá 230/400 V. O fio neutro transporta corrente excessiva durante cargas monofásicas desbalanceadas.
O lado delta tem três enrolamentos conectados em um anel, e aqui, a tensão linha a linha é a da tensão de fase (enrolamento) devido à ausência de qualquer divisão √3 ou neutro. O anel forma um laço fechado que permite que a corrente de sequência zero e a terceira harmônica circulem no design delta. A vantagem de ter uma conexão delta é que ela não permite que a distorção de terceira harmônica afete o nível de fornecimento. Além disso, a transformação de tensão na unidade ocorre de acordo com uma razão de espiras, que é o que a torna diferente da conexão estrela, enquanto um arranjo delta sempre introduz um deslocamento de fase constante, ou seja, 30°.
| Sistema | Tensão linha a linha | Tensão de fase (estrela) | Relação |
|---|---|---|---|
| Serviço LV IEC | 400 V | 230 V | 400 / 1.732 |
| LV IEC, Reino Unido | 415 V | 240 V | 415 / 1.732 |
| Serviço LV EUA | 208 V | 120 V | 208 / 1.732 |
| Industrial dos EUA | 480 V | 277 V | 480 / 1.732 |
| Lado delta (sem neutro) | Igual à tensão de fase | — | Sem divisão de 1,732 |
Grupos Vetoriais: Dyn11, Dyn5 e o que eles significam
O código de notação do grupo vetorial fornece uma indicação da relação de fase e da forma como a conexão é feita. D denota que o enrolamento de alta tensão está conectado em delta; y significa que o enrolamento de baixa tensão está conectado em estrela; n significa que o terminal da linha neutra de baixa tensão foi trazido para fora. O número na notação do grupo vetorial indica a diferença de fase da baixa tensão em relação à alta tensão em termos de múltiplos de 30° como em um relógio. Se um grupo vetorial é Dyn11, nele a tensão de linha do sistema de baixa tensão está à frente da do sistema de alta tensão em 11*30° = 330° (ou atrás em 30°); em Dyn5, está à frente em 150°. Os números utilizados, seja 11 ou 5, são muito significativos quando transformadores operam em paralelo ou quando a relação de fase é necessária para o modo de proteção do transformador. Às vezes, a conexão de dois transformadores delta-estrela em paralelo será possível apenas se seus grupos vetoriais e sequências de fase coincidirem. É importante verificar e confirmar o grupo na especificação do pedido, bem como no relatório de teste, uma vez que, por exemplo, um Dyn11 não funcionará em paralelo com um sistema de transformador Dyn5.
| Número do relógio | Deslocamento de fase | Uso comum |
|---|---|---|
| 0 | 0° | Bancos estrela-estrela e delta-delta |
| 1 | 30° (LV atrasa) | Delta-estrela, alguns bancos norte-americanos |
| 5 | 150° | Delta-estrela, esquemas de aterramento especiais |
| 6 | 180° | Estrela-estrela invertida, variantes zig-zag |
| 11 | 330° (LV adianta 30°) | Padrão de distribuição delta-estrela |
Principais características e benefícios
| Recurso | Benefício |
|---|---|
| Neutro do lado estrela | Fornece cargas monofásicas e fornece uma referência de aterramento |
| Laço primário delta | Circula correntes de sequência zero e de terceira harmônica, protegendo o fornecimento |
| Deslocamento de fase de 30° | Relação de fase padrão e previsível para operação em paralelo |
| Tolerância a carga não balanceada | Cargas mistas monofásicas e trifásicas causam menos desbalanceamento de tensão |
| Flexibilidade de aterramento | Neutro pode ser aterrado solidamente ou conectado através de uma impedância de aterramento |
Delta-Estrala vs. Outras Conexões
| Conexão | Neutro disponível | Tratamento de terceira harmônica | Tolerância a carga não balanceada | Uso comum |
|---|---|---|---|---|
| Delta-estrela (Dyn11) | Sim (LV) | Bom — o laço delta circula | Boa | Distribuição, fornecimento industrial |
| Estrela-estrela (Yyn0) | Sim (ambos os lados) | Ruim sem enrolamento terciário | Ruim | Raramente usado sozinho em trifásico |
| Delta-delta (Dd0) | Não | Boa | Ruim — sem neutro LV | Cargas industriais, sem necessidade de aterramento |
| Estrela-delta (Yd11) | Não (delta LV) | Boa | Boa | Elevação na geração |
Delta-estrela é a única conexão amplamente adotada que fornece um neutro aterrado no lado da carga e mitigação de harmônicos no lado da fonte. Estrela-estrela, sem o terceiro enrolamento, terá algum deslocamento de neutro e distorção de terceira harmônica para cargas desbalanceadas. Delta-delta não tem neutro algum. Portanto, caso a carga necessite de fornecimento de 230/400 V em quatro fios, delta-estrela será sua conexão de escolha quase invariavelmente.
Aplicações Comuns
- Subestações que reduzem 35 kV ou 10 kV para 0,4 kV para o fornecimento de sistemas de quatro fios no campo comercial e na indústria. Empresas de manufatura que necessitam de energia elétrica trifásica (para motores e compressores) e o neutro para iluminação e dispositivos de controle. Projetos de energia renovável onde a referência de neutro e os harmônicos são contidos na saída do cluster do inversor por meio do transformador no lado do coletor. Construção de operações de planta que requerem fornecimento aterrado de acordo com normas de segurança. Sistemas de utilidade que criam uma unidade delta-estrela às vezes por meio do próprio transformador de aterramento.
Especificações Típicas
| Classificação (kVA) | Relação de tensão | Grupo vetorial | Impedância | Preço 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–$45.000 |
Os preços são indicativos FOB para unidades imersas em óleo com níveis de perda padrão; versões de resina fundida do tipo seco custam cerca de 20–40% a mais na mesma classificação. Confirme a impedância em relação ao seu esquema de proteção, pois isso governa a corrente de falta e a discriminação.
Como Escolher a Unidade Certa
- Confirme o grupo vetorial. Dyn11 para a maioria das funções de distribuição; Dyn5 onde a rede requer uma relação de fase diferente. Declare isso no pedido.
- Combine o kVA com a carga. Dimensione a partir da carga conectada, a maior carga de partida e uma margem de crescimento de 10–20%.
- Defina a relação de tensão. 35/0,4 kV, 10/0,4 kV ou 11/0,4 kV dependendo da sua rede primária e da tensão do painel LV.
- Decida o arranjo de aterramento. Aterramento neutro sólido é o mais simples; use um resistor de aterramento neutro (NER) onde limites de corrente de falta são necessários.
- Verifique a impedância para coordenação de proteção. Uma impedância de 4–6% é típica; valores mais altos limitam a corrente de falta, mas aumentam a regulação de tensão.
- Escolha isolamento e resfriamento para o local. Imersão em óleo ao ar livre, tipo seco de resina fundida em ambientes internos; padrão ONAN, ONAF para altos fatores de carga.
- Exija conformidade com a IEC 60076. Confirme os níveis de isolamento, aumento de temperatura e resistência a curto-circuito, e solicite o relatório de teste de rotina.
Principais Marcas e Faixas de Preço
| Marca | País | Foco no produto | Faixa de preço indicativa (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | Suíça/Suécia | Unidades delta-estrela para distribuição e industriais | $4.000–$60.000 |
| Siemens | Alemanha | Transformadores de distribuição IEC | $3.500–$55.000 |
| Schneider Electric | França | Unidades do tipo seco e de resina fundida | $3.000–$45.000 |
| Hitachi Energy | Suíça | Transformadores de distribuição de grau utilitário | $4,500–$70,000 |
| Eaton | EUA | Unidades de distribuição da América do Norte | $2,500–$42,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | China | Imersas em óleo e do tipo seco, grupos vetoriais personalizados | $3.000–$45.000 |
Os preços mencionados não são fixos e podem variar entre os fabricantes com base na qualidade dos produtos, bem como danos e equipamentos utilizados. Empresas bem conhecidas que fabricam transformadores delta/wye incluem ABB, Schneider Electric, Siemens, Hitachi Energy e Eaton. A documentação dessas empresas serve como um excelente ponto de referência para especificações. Aqueles que estão interessados em obter transformadores delta/wye fabricados de acordo com os padrões IEC 60076 a preços melhores podem comprar transformadores wick da Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd. Esta empresa fabrica transformadores delta-wye do tipo óleo (湿型) e seco (干型) em todas as capacidades, desde pequenas unidades de distribuição até vários MVA e com vários grupos vetoriais, incluindo Dyn11 e Dyn5. A Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd. utiliza aço orientado e cobre de alta qualidade para seus transformadores e pode fornecer documentação completa de testes e suporte necessário para suas exportações. Revise a gama de produtos no site da Subian Electric.
Perguntas Frequentes
Por que a conexão delta-wye é tão comum na distribuição?
O benefício que vem dessa conexão é a capacidade de fornecer tudo de uma vez: aterramento neutro em baixa tensão para cargas monofásicas e aterramento; a capacidade de fazer um laço delta no lado de alta tensão que captura correntes de terceira harmônica e de sequência zero, e um grau razoável de resistência a cargas desbalanceadas. Nenhuma outra conexão possui essas três características, e essa é a razão pela qual o Dyn11 foi escolhido para transformadores de distribuição na faixa de tensão de 10 kV até 0,4 kV.
O que significa Dyn11 em uma placa de identificação de transformador?
D indica que o enrolamento de alta tensão está em uma conexão delta, y nos informa que o enrolamento de baixa tensão está em uma conexão wye (ou estrela), e n indica que o neutro de baixa tensão está fora. O 11 indica a hora do relógio: isso significa que a tensão da linha LV lidera a tensão da linha HV em 330 graus (isso é equivalente a atrasar a tensão da linha LV em 30 graus), o que nos dá a característica da conexão delta-wye—deslocamento de fase de 30 graus.
Por que há um deslocamento de fase de 30° em um transformador delta-wye?
A transformação é resultado das mudanças nas conexões dos enrolamentos nos dois lados. Para a conexão wye, o fasor de tensão da linha é a diferença entre duas tensões de fase que estão separadas por 120 graus, enquanto para a conexão delta, é igual à tensão de uma fase. Comparando as duas tensões de linha, pode-se descobrir que o ângulo entre os fasores é de 30 graus, que é a razão pela qual o transformador delta-wye é referido como 11 ou 5 (30 ou 150 graus).
Um transformador delta-wye pode lidar com cargas desbalanceadas?
Muito bem. Quando conexões do tipo delta estão presentes em um enrolamento primário, a corrente de desbalanceamento no enrolamento secundário fluirá através da rede delta e será suprimida. Isso torna esse tipo de conexão favorável ao utilizar uma combinação de suprimentos monofásicos e trifásicos. Em situações de alto desbalanceamento, é essencial que o sistema seja devidamente classificado e a corrente neutra contabilizada.
A Subian fabrica transformadores delta-wye para exportação?
De fato! A Jiangsu Subian Electric Power pode fornecer transformadores delta-wye de acordo com a IEC 60076 com o grupo vetorial, capacidade e relação de tensão que você precisa, e também fornece relatórios de testes de rotina e inspeções de terceiros opcionais para trabalhos internacionais. A fábrica é capaz de fornecer construções imersas em óleo ou do tipo seco para classes de distribuição típicas.
Referências
- IEC 60076-1 — Transformadores de Potência: Geral — o padrão regulador para classificação e teste, incluindo designação do grupo vetorial.
- IEC 60076-3 — Níveis de Isolamento e Testes Dieletricos — define os requisitos de isolamento para transformadores delta-wye de classe de distribuição.
- IEC 60076-5 — Capacidade de Suportar Curto-Circuito — o padrão de verificação de curto-circuito para os enrolamentos.
- NEMA TP-1 — Eficiência Energética para Transformadores de Distribuição — referência de eficiência utilizada na avaliação de perdas.
- Hitachi Energy — Produtos de Transformadores — documentação de referência para transformadores de distribuição de grau utilitário.
- Eaton — Informações de Engenharia de Transformadores — orientação prática de conexão e aplicação de um grande fabricante.
Conclusão
ele combina um secundário em estrela aterrado adequado para cargas monofásicas com uma conexão à terra, com um enrolamento primário em delta capaz de realizar supressão harmônica e absorver correntes desbalanceadas, ao mesmo tempo permitindo um deslocamento de fase de 30 graus. Para garantir o sucesso do uso de tais transformadores, a combinação certa dos seguintes cinco elementos deve ser alcançada: a especificação do grupo vetorial (tipicamente Dyn11), a determinação do kVA do transformador com base em estudos de carga, a identificação da relação de tensão que corresponde à rede, a seleção do modo de aterramento, bem como a conformidade de todas as especificações com os requisitos da norma IEC 60076 e a disponibilidade de documentação de teste. Confirme seu grupo vetorial e dados de carga com a equipe através do site oficial para receber uma cotação correspondente à especificação.