Grupy połączeń transformatorów — dlaczego Dyn11 i Yyn0 nie można po prostu połączyć równolegle

W przewodniku IEC 61439 kontra NEN 1010 omówiono rozróżnienie między normą wytwórczą dla rozdzielnicy a normą instalacyjną dla otoczenia wokół niej. Ten artykuł omawia podobne rozróżnienie, ale dla transformatora: co oznacza oznaczenie grupy połączeń na tabliczce znamionowej i dlaczego bezpośrednio decyduje ono o tym, czy dwa transformatory można bezpiecznie eksploatować równolegle.

Co oznacza oznaczenie grupy połączeń

Grupa połączeń transformatora składa się z trzech części, na przykład Dyn11:

• Pierwsza litera (wielka) — układ połączeń uzwojenia strony wysokiego napięcia: D (trójkąt), Y (gwiazda) lub Z (zygzak).
• Druga litera (mała) — układ połączeń uzwojenia strony niskiego napięcia: d, y lub z, z opcjonalnym n, jeśli punkt zerowy jest wyprowadzony (na przykład yn).
• Liczba (liczba godzinowa) — przesunięcie fazowe między stroną wysokiego i niskiego napięcia, wyrażone w wielokrotnościach 30°, odczytywane jako pozycja na tarczy zegara. Dla Dyn11 przesunięcie fazowe wynosi 11 × 30° = 330° (czyli −30°) — najczęściej stosowana grupa połączeń dla transformatorów rozdzielczych z wyprowadzonym punktem zerowym po stronie niskiego napięcia.
• Yyn0 natomiast ma przesunięcie fazowe 0° — oba uzwojenia połączone w gwiazdę, bez przesunięcia.

Dlaczego grupa połączeń decyduje o pracy równoległej

Dwa transformatory można łączyć równolegle na tych samych szynach tylko przy identycznych grupach połączeń — zarówno układu połączeń uzwojeń, jak i, co kluczowe, przesunięcia fazowego (liczby godzinowej). Transformator Dyn11 można zatem połączyć równolegle z innym transformatorem Dyn11, ale nie bezpośrednio z transformatorem Yyn0 lub Dyn0, nawet jeśli napięcie i częstotliwość są zgodne. Przy różnym przesunięciu fazowym w momencie łączenia równoległego powstaje różnica napięć między zaciskami wtórnymi obu transformatorów, co prowadzi do:

• Prądów wyrównawczych między transformatorami, nawet bez obciążenia zewnętrznego — prądy te nie dają użytecznej mocy, ale powodują dodatkowe straty i nagrzewanie.
• Niestabilności i nieprzewidywalnego rozdziału obciążenia między transformatorami, z ryzykiem przeciążenia jednego z nich nawet przy pozornie poprawnie dobranej mocy łącznej.

Uwaga: transformatory o różnym przesunięciu fazowym w wyjątkowych przypadkach można jednak połączyć, ale wyłącznie za pośrednictwem transformatora przesuwającego fazę, kompensującego różnicę — to rozwiązanie specjalistyczne, a nie standardowa praktyka.

Inne warunki pracy równoległej

Oprócz identycznej grupy połączeń bezpieczna praca równoległa wymaga również:

• Równej (lub bardzo zbliżonej) przekładni transformacji — inaczej różnica napięć i prąd wyrównawczy powstają nawet przy tej samej grupie połączeń.
• Porównywalnego napięcia zwarcia (procentu impedancji, uk) — przy dużej różnicy uk transformatory nie rozdzielają obciążenia proporcjonalnie do swojej mocy, przez co transformator o niższym uk jest obciążany relatywnie mocniej.
• Prawidłowej kolejności faz — podobnie jak przy łączeniu równoległym generatorów (zob. wymagania synchronizacji w przewodniku o łączeniu równoległym agregatów prądotwórczych), kolejność faz musi się zgadzać po obu stronach.

Znaczenie praktyczne

Przy ocenie istniejącej lub nowej instalacji transformatorowej, w której kilka transformatorów pracuje (ma pracować) równolegle, należy najpierw sprawdzić tabliczkę znamionową każdego transformatora pod kątem grupy połączeń, przekładni transformacji i uk — instalacja, w której omyłkowo połączono równolegle dwa transformatory o różnej grupie połączeń, może nie wykazywać wyraźnej usterki, ale będzie miała podwyższone straty, nagrzewanie i nieprzewidywalny rozdział obciążenia.

Częste błędy

1. Założenie, że jednakowe napięcie i częstotliwość wystarczą do pracy równoległej — grupa połączeń (a konkretnie przesunięcie fazowe) jest równie twardym wymogiem i jest często pomijana przy wymianie lub rozbudowie instalacji transformatorowej.
2. Zamawianie transformatora zastępczego bez sprawdzenia grupy połączeń istniejącego transformatora — transformator zastępczy o tej samej mocy i napięciu może mieć inną grupę połączeń.
3. Ignorowanie różnicy uk między dwoma połączonymi równolegle transformatorami — nawet przy identycznej grupie połączeń duża różnica uk może prowadzić do nierównego, niepożądanego rozdziału obciążenia.

Powiązane

• IEC 61439 kontra NEN 1010 — budowa rozdzielnic
• Łączenie równoległe i synchronizacja agregatów prądotwórczych
• Rozdzielnice i selektywność