Группы соединения трансформаторов — почему Dyn11 и Yyn0 нельзя просто включить параллельно

В руководстве IEC 61439 против NEN 1010 рассмотрено различие между стандартом на изготовление щитового оборудования и стандартом на установку вокруг него. Эта статья рассматривает похожее различие, но для трансформатора: что означает обозначение группы соединения на паспортной табличке и почему оно напрямую определяет, можно ли безопасно эксплуатировать два трансформатора параллельно.

Что означает обозначение группы соединения

Группа соединения трансформатора состоит из трёх частей, например Dyn11:

• Первая буква (заглавная) — схема соединения обмотки стороны высокого напряжения: D (треугольник), Y (звезда) или Z (зигзаг).
• Вторая буква (строчная) — схема соединения обмотки стороны низкого напряжения: d, y или z, с необязательной n, если нейтральная точка выведена (например, yn).
• Число (часовое число) — угловое смещение фаз между сторонами высокого и низкого напряжения, выраженное в кратных 30°, читаемое как положение на циферблате часов. Для Dyn11 угловое смещение составляет 11 × 30° = 330° (или −30°) — наиболее распространённая группа соединения для распределительных трансформаторов с выведенной нейтралью на стороне низкого напряжения.
• Yyn0, напротив, имеет угловое смещение 0° — обе обмотки соединены звездой, без смещения.

Почему группа соединения определяет возможность параллельной работы

Два трансформатора можно включать параллельно на одни шины только при идентичных группах соединения — как схемы соединения обмоток, так и, что критически важно, углового смещения фаз (часового числа). Трансформатор Dyn11 можно, таким образом, включить параллельно с другим трансформатором Dyn11, но нельзя напрямую с трансформатором Yyn0 или Dyn0, даже если напряжение и частота совпадают. При разном угловом смещении в момент параллельного включения между вторичными выводами обоих трансформаторов возникает разность напряжений, что приводит к:

• Уравнительным токам между трансформаторами даже без внешней нагрузки — эти токи не создают полезной мощности, но вызывают дополнительные потери и нагрев.
• Нестабильности и непредсказуемому распределению нагрузки между трансформаторами с риском перегрузки одного из них даже при внешне корректно рассчитанной суммарной мощности.

Внимание: трансформаторы с разным угловым смещением в исключительных случаях всё же можно соединить, но только через промежуточный фазосдвигающий трансформатор, компенсирующий разницу — это специализированное решение, а не стандартная практика.

Другие условия параллельной работы

Помимо идентичной группы соединения, для безопасной параллельной работы также требуются:

• Равный (или очень близкий) коэффициент трансформации — иначе разность напряжений и уравнительный ток возникают даже при одинаковой группе соединения.
• Сопоставимое напряжение короткого замыкания (процент импеданса, uk) — при большой разнице uk трансформаторы не распределяют нагрузку пропорционально своей мощности, из-за чего трансформатор с меньшим uk оказывается нагружен относительно сильнее.
• Правильный порядок чередования фаз — как и при параллельном включении генераторов (см. требования к синхронизации в руководстве по параллельному включению резервных генераторов), порядок чередования фаз должен совпадать с обеих сторон.

Практическая значимость

При оценке существующей или новой трансформаторной установки, в которой несколько трансформаторов работают (должны работать) параллельно, сначала нужно проверить паспортную табличку каждого трансформатора на группу соединения, коэффициент трансформации и uk — установка, в которой по ошибке параллельно включены два трансформатора с разной группой соединения, может не показывать явной неисправности, но будет иметь повышенные потери, нагрев и непредсказуемое распределение нагрузки.

Частые ошибки

1. Предположение, что одинакового напряжения и частоты достаточно для параллельной работы — группа соединения (в частности, угловое смещение) является столь же строгим требованием и часто упускается из виду при замене или расширении трансформаторной установки.
2. Заказ замещающего трансформатора без проверки группы соединения существующего трансформатора — замещающий трансформатор с той же мощностью и напряжением может иметь другую группу соединения.
3. Игнорирование разницы uk между двумя параллельно включёнными трансформаторами — даже при идентичной группе соединения большая разница uk может привести к неравномерному, нежелательному распределению нагрузки.

Связанные материалы

• IEC 61439 против NEN 1010 — сборка щитов
• Параллельное включение и синхронизация резервных генераторов
• Распределительные устройства и селективность