Групи з'єднання трансформаторів — чому Dyn11 і Yyn0 не можна просто увімкнути паралельно

У посібнику IEC 61439 проти NEN 1010 розглянуто відмінність між стандартом на виготовлення щитового обладнання та стандартом на установку навколо нього. Ця стаття розглядає подібну відмінність, але для трансформатора: що означає позначення групи з'єднання на паспортній табличці і чому воно напряму визначає, чи можна безпечно експлуатувати два трансформатори паралельно.

Що означає позначення групи з'єднання

Група з'єднання трансформатора складається з трьох частин, наприклад Dyn11:

• Перша літера (велика) — схема з'єднання обмотки сторони високої напруги: D (трикутник), Y (зірка) або Z (зигзаг).
• Друга літера (мала) — схема з'єднання обмотки сторони низької напруги: d, y або z, з необов'язковою n, якщо нейтральна точка виведена (наприклад, yn).
• Число (годинникове число) — кутовий зсув фаз між сторонами високої та низької напруги, виражений у кратних 30°, що читається як положення на циферблаті годинника. Для Dyn11 кутовий зсув становить 11 × 30° = 330° (або −30°) — найпоширеніша група з'єднання для розподільчих трансформаторів із виведеною нейтраллю на стороні низької напруги.
• Yyn0, навпаки, має кутовий зсув 0° — обидві обмотки з'єднані зіркою, без зсуву.

Чому група з'єднання визначає можливість паралельної роботи

Два трансформатори можна вмикати паралельно на одні шини лише за ідентичних груп з'єднання — як схеми з'єднання обмоток, так і, що критично важливо, кутового зсуву фаз (годинникового числа). Трансформатор Dyn11 можна, таким чином, увімкнути паралельно з іншим трансформатором Dyn11, але не можна напряму з трансформатором Yyn0 чи Dyn0, навіть якщо напруга та частота збігаються. За різного кутового зсуву в момент паралельного увімкнення між вторинними виводами обох трансформаторів виникає різниця напруг, що призводить до:

• Зрівняльних струмів між трансформаторами навіть без зовнішнього навантаження — ці струми не створюють корисної потужності, але спричиняють додаткові втрати й нагрів.
• Нестабільності та непередбачуваного розподілу навантаження між трансформаторами з ризиком перевантаження одного з них навіть за зовні коректно розрахованої сумарної потужності.

Увага: трансформатори з різним кутовим зсувом у виняткових випадках все ж можна з'єднати, але лише через проміжний фазозсувний трансформатор, що компенсує різницю — це спеціалізоване рішення, а не стандартна практика.

Інші умови паралельної роботи

Окрім ідентичної групи з'єднання, для безпечної паралельної роботи також потрібні:

• Однаковий (або дуже близький) коефіцієнт трансформації — інакше різниця напруг і зрівняльний струм виникають навіть за однакової групи з'єднання.
• Порівнянна напруга короткого замикання (відсоток імпедансу, uk) — за великої різниці uk трансформатори не розподіляють навантаження пропорційно своїй потужності, через що трансформатор із меншим uk виявляється навантажений відносно сильніше.
• Правильний порядок чергування фаз — як і при паралельному увімкненні генераторів (див. вимоги до синхронізації в посібнику з паралельного увімкнення резервних генераторів), порядок чергування фаз повинен збігатися з обох сторін.

Практична значущість

При оцінці наявної чи нової трансформаторної установки, у якій кілька трансформаторів працюють (мають працювати) паралельно, спочатку потрібно перевірити паспортну табличку кожного трансформатора на групу з'єднання, коефіцієнт трансформації та uk — установка, в якій помилково паралельно увімкнено два трансформатори з різною групою з'єднання, може не показувати явної несправності, але матиме підвищені втрати, нагрів і непередбачуваний розподіл навантаження.

Часті помилки

1. Припущення, що однакової напруги та частоти достатньо для паралельної роботи — група з'єднання (зокрема кутовий зсув) є настільки ж суворою вимогою і часто випускається з уваги при заміні чи розширенні трансформаторної установки.
2. Замовлення замінного трансформатора без перевірки групи з'єднання наявного трансформатора — замінний трансформатор із тією ж потужністю та напругою може мати іншу групу з'єднання.
3. Ігнорування різниці uk між двома паралельно увімкненими трансформаторами — навіть за ідентичної групи з'єднання велика різниця uk може призвести до нерівномірного, небажаного розподілу навантаження.

Пов'язані матеріали

• IEC 61439 проти NEN 1010 — складання щитів
• Паралельне увімкнення та синхронізація резервних генераторів
• Розподільні пристрої та селективність