Когда операционная компания горнодобывающего участка в Западной Австралии решила увеличить мощность перерабатывающего завода, электрический инженер столкнулся с проблемой, с которой он был знаком. Основной трансформатор, используемый на площадке, был обычным трансформатором, так как его трехфазные провода означали, что нейтраль была недоступна. Организации нужна была нейтраль для процедуры защиты от тока дробильного оборудования, а также для 240-вольтного электроснабжения завода и водоснабжения. Правильным решением было не заменять трансформатор, который был единицей мощностью 10 МВА и работал хорошо в течение пятнадцати лет. Компания решила выбрать дельта-трансформатор, который был дельта-вай трансформатором с искусственной нейтралью, способным обеспечивать защиту линии, а также подавать вспомогательную мощность, необходимую для площадки. С установкой дельта-трансформатора нейтраль была установлена, и завод начал свою работу вовремя. Как выбрать правильный дельта-трансформатор зависит от применяемой структуры обмотки: дельта-дельта соединение или совершенно другая комбинация.
Резюме: Дельта-трансформаторы — это те, в которых одна из обмоток или обе соединены в дельтовой форме. Дельта относится к замкнутой треугольной конфигурации, где каждая фазная обмотка соединяется на своем конце с следующей. В дельта-трансформаторах напряжение линии равно напряжению фазы.
Что такое дельта-соединение — и почему оно используется
В дельтовом соединении трехфазные обмотки трансформатора соединены друг с другом конец в конец, создавая замкнутый контур, который выглядит как дельта. Здесь нет нейтральной точки, что означает отсутствие нейтральных проводников, и линейные напряжения равны фазным напряжениям. Токи, протекающие по линиям, будут равны векторной сумме токов проводов. Дельтовое соединение имеет множество электрических характеристик, которые подтверждают его эффективность для определенных приложений и дают ему некоторые преимущества по сравнению с соединением звезда (вай). Отсутствие нейтрали позволяет подключать нагрузки только между линиями, но не между линией и нейтральным проводником, что означает, что нагрузка должна иметь более высокие номиналы напряжения (приборы на 230 В или 120 В не могут быть подключены к линии с более высоким напряжением в дельтовом соединении). Дельтовое соединение работает, чтобы удерживать тройные гармонические токи (третьи, шестые и девятые гармоники) внутри дельтового соединения обмотки, тем самым предотвращая их выход как на стороне питания, так и на стороне нагрузки. Таким образом, это основное преимущество дельтового соединения в распределительном трансформаторе, работающем с нелинейными нагрузками – компьютеры, преобразователи частоты, светодиодное освещение и ИБП не позволят нелинейным токам попасть на первичную сторону, тем самым избегая перегрева трансформаторов, кабелей, турбин и двигателей. Более того, дельтовое соединение способно работать с несбалансированными нагрузками, поэтому, если какая-либо фаза на устройстве с дельтовым соединением более загружена, чем остальные фазы, циркулирующий ток внутри дельты обеспечит равномерное распределение нагрузок.
Физические и экономические характеристики дельтового соединения также должны быть учтены. Конструкция обмотки в случае дельтового соединения использует медные проводники, которые не толще медных проводов в случае соединения звезда, и изоляция необходима для линейного напряжения. Для введения в полный спектр конфигураций обмоток трансформаторов и их применения смотрите каталог продукции на Субиан Электрик, который включает дельта-дельта, дельта-звезда и звезда-дельта трансформаторы, а также заземляющие трансформаторы, изоляционные трансформаторы и специализированные силовые трансформаторы для мирового рынка.
Три основные конфигурации дельтового трансформатора — и где каждая из них применяется
Таблица ниже суммирует три основных конфигурации трансформаторов, которые включают дельтовую обмотку, их определяющие электрические характеристики и приложения, где каждая из них является правильным выбором.
| Конфигурация | Первичное соединение | Вторичное соединение | Ключевые электрические характеристики | Лучше всего для |
|---|---|---|---|---|
| Дельта-Дельта (Δ‑Δ) | Дельта | Дельта | На обоих обмотках нет нейтральной точки; несбалансированная нагрузка эффективно обрабатывается благодаря циркулирующим токам в дельте. Это также фильтрует тройные гармоники с обеих сторон. Однофазное питание может быть получено через любые две линии при полном линейном напряжении. В случае неисправности любой одной фазы трансформатора дельта-дельта трансформатор может быть использован в режиме открытой дельты (V-V) с уменьшенной мощностью; таким образом, обеспечивая необходимую устойчивость к неисправностям в промышленных приложениях, где возможна дорогостоящая остановка производственного процесса. | Трехфазные дельта-соединения подходят для промышленных приводов моторов, сопротивления нагрева, сварочного оборудования и т.д., где нейтрали не нужны. Свойство обработки исключений трехфазного дельта-соединения важно в непрерывных процессах, таких как угольная промышленность, нефтегазовая промышленность и химическая переработка. |
| Дельта-Звезда (Δ‑Y) | Дельта | Звезда (Star) | Для однофазных нагрузок и заземления системы на вторичной стороне есть нейтраль. Дельтовая обмотка на первичной стороне предотвращает поток третьих гармоник вверх по цепи от источника питания. Звездная обмотка обеспечивает ссылку на землю для нагрузки. Вместе с преобразованием напряжения, которое происходит с 30-градусной фазовой разницей между первичным и вторичным напряжениями, это требует внимательного рассмотрения при параллельном подключении трансформаторов. | Стандартные понижающие трансформаторы делят ток на трехфазные и однофазные типы. Они получают питание от одной и той же вторичной линии, например, трехфазные моторы, питаемые от 480V, и освещение 277V, от вторичной линии, несущей 480Y/277V в Северной Америке. Аналогично, на рынках IEC понижающие силовые трансформаторы обеспечивают либо 400V моторы, либо 230V нагрузки от 400Y/230V вторичной линии. Эти трансформаторы являются наиболее часто применяемой компоновкой в коммерческом и промышленном секторах. |
| Звезда-Дельта (Y‑Δ) | Звезда (Star) | Дельта | Он обеспечивает нейтраль на первичной стороне, что позволяет заземление для защиты в системе. Дельта на вторичной стороне улавливает гармоники, вызванные нагрузкой, тем самым предотвращая их попадание на первичную сторону. Цель состоит в том, чтобы работать с генератором звездообразного соединения при повышении напряжения до линии передачи дельтового соединения. Звездная сторона может быть заземлена для поддержания стабильного напряжения системы и направления тока короткого замыкания на землю. | Повышающие трансформаторы используются для подключения генератора, соединенного по звезде, к линии передачи, соединенной по дельте. Они являются примером заземляющего трансформатора, который устанавливает нейтральную точку незаземленной дельтовой системы. Этот тип дополнительного заземления популярен в отраслях, которые получают питание от источника, соединенного по дельте, но нуждаются в нейтрали для защиты от тока короткого замыкания. |
Гармоники, заземление и опция открытой дельты: три практических соображения
Помимо основной конфигурации обмотки, три основных фактора помогают окончательно определить подходящий дельта-трансформатор для любого случая.
Первый из них — гармоники. Нелинейные приложения, такие как преобразователи частоты, источники бесперебойного питания, светодиоды и электронные балласты, создают гармонические токи, которые поступают в трансформатор. Третья гармоника, то есть 180 Гц в системе 60 Гц и 150 Гц в системе 50 Гц, и ее нечетные кратные (трипленные гармоники) могут значительно нарушать работу, поскольку они будут комбинироваться в нейтральном проводнике системы дельта-вай, что может привести к перегреву. Дельта-соединения улавливают эти трипленные гармоники, которые циркулируют внутри дельты и преобразуются в тепло. Дельта-дельта способна улавливать гармоники с обеих сторон своей работы. Дельта-вай будет улавливать только с стороны первичной обмотки. Вай-вай не имеет возможности улавливать гармоники и редко используется в промышленности из-за этого. В случае, если нагрузки производят слишком много гармоник, следует использовать дельта-трансформатор с как минимум одной дельта-обмоткой (особенно той, которая обращена к источнику гармоник).
Второе соображение — это заземление и защита от замыкания на землю. Дельта никогда не будет иметь нейтраль, поэтому нет естественной точки заземления для использования. Когда трансформатор коммунального хозяйства подключен по дельта-схеме, система не заземлена, если не используется заземляющий трансформатор. Такая незаземленная система имеет свои специфические опасности: когда происходит замыкание на землю, автомат не срабатывает, и возникает перенапряжение на незатронутых фазах, а также может произойти вторичное замыкание на землю, вызывающее короткое замыкание между фазами. Использование заземляющего трансформатора вай-дельта или заземляющего трансформатора зиг-заг позволяет заземлить систему, что необходимо для правильной работы с использованием замыкания на землю. Заземляющий трансформатор подключается к дельта-шине, в то время как его нейтраль (которая либо заземлена напрямую, либо с помощью резистора, ограничивающего ток короткого замыкания в необходимой степени для работы реле защиты) позволяет контролировать поведение замыкания на землю.
Третий тип соединения — это открытая дельта (V-V) конфигурация. Когда трансформатор дельта-дельта выходит из строя в одной из своих фаз (обмотке или фазе), остальные его фазы могут работать в режиме открытой дельты, что позволяет обеспечить определенную трехфазную нагрузку. В конфигурации открытой дельты мощность составляет только 57,7% от мощности дельта-дельта соединения (вместо 66,7%), так как это происходит из-за сдвига фаз на 60 градусов между двумя обмотками вместо 120 градусов, что делает невозможным обеспечение значения тока выше номинала для каждой из обмоток. Соединение открытой дельты используется в экстренных ситуациях — оно позволяет критическому процессу продолжать функционировать, пока не будет получен новый трансформатор — но не используется для нормальной работы трансформатора дельта-дельта. Регулирование напряжения в режиме открытой дельты хуже, чем в дельта-дельта, так же как и баланс фаз. В случае, если выход из строя трансформатора приводит к значительным потерям для производственного предприятия, вариант открытой дельты служит временным надежным решением. Для более глубокого понимания того, как конфигурации трансформаторов интегрируются с более широкой системой электрического распределения, ознакомьтесь с нашей статьей о лучшем базовом руководстве для покупателей электрических трансформаторов предоставляет комплексную основу для спецификации и оценки любой покупки трансформатора.
Как указать параметры трансформатора дельта: параметры, которые имеют значение
Подготовка спецификации на покупку дельта-трансформатора предполагает, что покупатель указывает электрические характеристики, которые должен выполнять трансформатор, и предоставляет высокий уровень детализации, чтобы каждый участник тендера предложил аналогичный продукт. Ключевые параметры — это номинальная мощность в кВА (которая должна быть определена через расчет нагрузки с применением правила непрерывной нагрузки 80% для термического запаса), первичное и вторичное напряжение и конфигурация обмоток (например, когда речь идет о дельта-вайе понижающем трансформаторе — “13,8 кВ дельта первичное, 480Y/277 В вторичное” или в случае дельта-дельта изолирующего трансформатора — “480 В дельта первичное, 480 В дельта вторичное”), импеданс (выраженный в процентах от базовой мощности трансформатора в кВА и обычно колеблется от 5% до 6% для распределительных трансформаторов; слишком низкий импеданс приводит к снижению качества напряжения, но к более высоким токам короткого замыкания, и его следует согласовать с защитными средствами и номиналом короткого замыкания оборудования), класс изоляции и повышение температуры (для сухих трансформаторов класс F или класс H, где повышение может колебаться от 80 до 150 градусов Цельсия, или для масляных трансформаторов повышение температуры обычно составляет около 65 градусов Цельсия выше 30 градусов Цельсия), метод охлаждения (ONAN для масляных трансформаторов, AN или AF для сухих; принудительное охлаждение позволяет увеличить номинальную мощность сухого трансформатора до 25-33%. Поэтому покупатель должен указать, требуются ли дополнительные мощности), отводы (отводы вне цепи являются стандартными и обычно имеют шаги 2.5% вверх и вниз от номинального первичного напряжения для корректировки фактического напряжения питания; переключатель отводов под нагрузкой дороже, но может быть применен для критических приложений и если первичное напряжение сильно колеблется), корпус (NEMA 1 для сухих внутренних условий, NEMA 3R для наружных, NEMA 4X для мойки, или NEMA 12 для защиты от пыли в промышленности), и стандарт (IEC 60076, IEEE C57.12 или стандарт местного национального, поскольку стандарт определяет, как должны проводиться испытания и методы, которые необходимо задокументировать для оборудования). Хорошая спецификация заставляет поставщика предоставить ответы на все вышеперечисленное, а нечеткая спецификация дает производителю возможность сделать собственное суждение.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между дельта и вайе трансформатором?
Дельта-обмотка состоит из замкнутого треугольника без нейтрали. Линейное напряжение системы с дельта-соединением равно фазному напряжению; однако линейный ток в этой конфигурации в √3 раза больше фазного тока. Вайе-обмотка имеет нейтральную точку, где пересекаются три обмотки, что позволяет линейному напряжению быть в √3 раза больше фазного напряжения, в то время как линейный ток равен фазному току. Более того, благодаря преимуществам вайе-соединения, таким как нейтральность для однофазных нагрузок и возможность заземления системы, многие пользователи используют его в сочетании с дельта-обмотками.
Когда мне следует использовать дельта-дельта трансформатор?
Попробуйте использовать трансформатор дельта-дельта в условиях нагрузки, которые обычно характеризуются использованием трехфазных или трехпроводных систем, которые в основном включают двигатели, нагревательные устройства или сварочные машины, отмечая, что в обоих трансформаторах нет необходимости в нейтральном проводе. Кроме того, трансформатор дельта-дельта может легко работать в условиях несбалансированной нагрузки, улавливать гармоники с обеих сторон этих трансформаторов и также может быть использован в случае выхода из строя одной фазы в открытом дельта-соединении. Таким образом, трансформатор дельта-дельта является идеальным решением для промышленных приложений, которые предполагают нагрузку тяжелых двигателей, например.
Может ли трансформатор дельта обеспечивать однофазные нагрузки?
Действительно, вторичная обмотка, соединенная по дельте, может использоваться для обеспечения однофазных нагрузок, связанных между любыми двумя линиями и способных выдерживать полное значение линейного напряжения. Однако однофазные нагрузки должны быть сконструированы для работы с линейным напряжением конкретной дельта-системы — т.е. оборудование на 480 вольт для дельта-систем на 480 вольт — и сбалансированы по всем трем фазам, чтобы не возникало чрезмерного дисбаланса. Вторичная обмотка дельта не может быть применена к нагрузкам, требующим нейтральной цепи для работы при низком напряжении, таким как нагрузки на 120 вольт или 277 вольт.
Что такое соединение открытого дельта-трансформатора?
Соединение открытого дельта состоит из двух однофазных трансформаторов, соединенных в двух из трех фаз для обслуживания трехфазной нагрузки. Эта конфигурация использует 57.7% от мощности трансформатора в полном трехфазном дельта-соединении. Этот тип соединения используется в случае выхода из строя одной из фаз в полном трехфазном системе или как недорогое и постоянное решение в некоторых приложениях с легкой нагрузкой. Регулирование напряжения хуже, а также баланс фаз не стабилен, как в полной трехфазной системе.
Ссылки
- IEEE C57.12.00 — Стандарт общих требований для распределительных, силовых и регулирующих трансформаторов, погруженных в жидкость. Основной стандарт IEEE для проектирования, испытаний и характеристик трансформаторов, включая конфигурации обмоток дельта и звезда и связанные с ними электрические характеристики.
- IEC 60076 — Силовые трансформаторы. Международная серия стандартов, которая определяет требования к проектированию, испытаниям и характеристикам для силовых и распределительных трансформаторов, включая обозначения векторных групп — Dyn11, YNd1 и другие — которые указывают на конфигурацию обмоток и фазовые соотношения.
- Eaton — Руководство по конфигурациям обмоток трансформаторов и их применению. Производитель трансформаторов дельта-дельта, дельта-звезда и звезда-дельта, с технической документацией, охватывающей выбор, установку и требования к заземлению для каждой конфигурации.
- Schneider Electric — Векторные группы трансформаторов и соединения обмоток. Руководство производителя по спецификациям и применению конфигураций обмоток трансформаторов дельта и звезда для коммерческих и промышленных энергетических систем.
Процесс выбора идеального дельта-трансформатора включает в себя определение конструкции обмотки, которая соответствует типу электрической системы и ее характеристикам, таким как напряжение, заземление, гармоники и нейтраль. Дельта-дельта трансформатор используется для трехфазной и трехпроводной промышленной нагрузки и имеет необходимые элементы для снижения гармоник и безопасности для непрерывных производственных предприятий. Дельта-вай трансформатор понижает напряжение и создает нейтраль для смешанной нагрузки как однофазных, так и трехфазных систем и имеет возможности для снижения гармоник от входного питания. Вай-дельта трансформатор повышает напряжение генератора для передачи электроэнергии или создает нейтраль для дельта-системы для повышения безопасности. Каждая конфигурация дельта-трансформаторов служит своей цели, и знающий покупатель знает, какой трансформатор нужен для применения, а не выбирает тот, который продавец случайно имеет в наличии. Компания Subian является производителем дельта-трансформаторов во всех трех конфигурациях и способна предоставить трансформаторы с необходимым диапазоном кВА и классом напряжения, импедансом и сертификатами, которые требуются рынком. Важно использовать правильно изготовленные трансформаторы для работы фабрик, шахт или перерабатывающих предприятий, где трансформаторы должны быть правильно спроектированы для электрической системы, что делает процесс конфигурации крайне важным.