Transformátory jsou zásadními součástmi energetických systémů a jejich vinutí přímo ovlivňují jejich výkon a scénáře použití. Běžná zapojení vinutí transformátorů jsou zapojení do trojúhelníku (D) a do hvězdy (Y nebo Yn). Tento článek poskytne podrobný přehled těchto dvou typů zapojení, způsobů jejich zápisu, skupin zapojení a výhod a aplikací každého z nich.
I. Metoda zápisu pro skupiny připojení transformátorů
1. Význam velkých a malých písmen
Skupina připojení transformátoru se označuje velkými a malými písmeny: velká písmena označují typ připojení na primární straně (nebo na straně vysokého napětí) a malá písmena označují typ připojení na sekundární straně (nebo na straně nízkého napětí). Konkrétně:
- Y (nebo y): Hvězdicové připojení
- D (nebo d): Delta připojení
Čísla používají hodinový zápis pro vyjádření fázového vztahu mezi napětím primárního a sekundárního vedení, kde fázor napětí primárního vedení je minutová ručička upevněná na 12. hodině a fázor napětí sekundárního vedení je hodinová ručička.
2. Příklad typické skupiny
Například "Yn, d11" označuje zapojení primární strany do hvězdy s nulovým vodičem, zapojení sekundární strany do trojúhelníku a napětí sekundárního vedení zpožděné za napětím primárního vedení o 330 stupňů (nebo vedoucí o 30 stupňů). V tomto zápisu 11 znamená, že když je fázor napětí primárního vedení v poloze 12 hodin, fázor napětí sekundárního vedení je v poloze 11 hodin.
Další informace o: Transformátor Delta Wye
II. Společné skupiny připojení transformátorů
Kombinace dvou vinutí v transformátoru tvoří následující čtyři skupiny zapojení:
- Y, y
- D, y
- Y, d
- D, d
Běžně používané skupiny připojení jsou "Y, y" a "Y, d".
Yyn0 Connection Group
- Vysokonapěťová strana: Hvězdicové zapojení (Y) s uzemněním nulového vodiče
- Strana nízkého napětí: Připojení do hvězdy (y) s uzemněním nulového vodiče
- Fázory primárního a sekundárního síťového napětí se překrývají, což je na hodinách označeno "0".
Skupina připojení Dyn11
- Vysokonapěťová strana: Připojení delta (D)
- Strana nízkého napětí: Zapojení do hvězdy (y) s nulovým vodičem
- Fázory primárního a sekundárního síťového napětí se liší o 330 stupňů (11 hodin na hodinách).
III. Analýza výkonnosti skupin připojení
1. Ztráta bez zatížení
- Yyn0 Connection Group: Vysokonapěťové boční hvězdicové zapojení generuje sinusový budicí proud, ale vzhledem k nelinearitě magnetizační křivky obsahuje tok jádra významné složky třetí harmonické, což zvyšuje hysterezi a ztráty vířivými proudy.
- Skupina připojení Dyn11: Třetí harmonická proudu může cirkulovat ve vysokonapěťovém vinutí, čímž se tok jádra stává sinusovým a snižují se ztráty. Ztráty naprázdno u zapojení Dyn11 mohou být přibližně o 10% menší než u zapojení Yyn0.
2. Proud s nulovou sekvencí
- Yyn0 Connection Group: Nesymetrická sekundární zátěž vytváří nulový proud, což zvyšuje další ztráty. Velkokapacitní transformátory nejsou pro tento způsob připojení vhodné.
- Skupina připojení Dyn11: Nulový proud v primárním vinutí může cirkulovat uvnitř vinutí, což oslabuje nulový tok sekundárního vinutí a snižuje jeho přehřívání. Ztráty při zatížení u zapojení Dyn11 mohou být přibližně o 20% menší než u zapojení Yyn0.
3. Jednofázový zkrat
- Skupina připojení Dyn11: Nízká impedance nulové sekvence, což má za následek vysoký jednofázový zkratový proud na straně nízkého napětí a vysokou citlivost ochrany.
- Yyn0 Connection Group: Vysoká impedance nulové sekvence, která má za následek vysoké napětí nulové sekvence a výraznou nesymetrii fázového napětí.
IV. Výběr metod připojení v praxi
1. Připojení delta na straně nízkého napětí hlavního transformátoru
- Důvod: Eliminuje třetí harmonické a zabraňuje harmonickému zkreslení průběhu napětí v elektrické síti. Proud s nulovou sekvencí tvoří cirkulační proud v delta připojení, čímž se zachovává kvalita napájení.
2. Zásady pro výběr metod připojení
- Připojení Y-D: Obvykle se používá u snižovacích transformátorů, protože zapojení do hvězdy na vysokonapěťové straně snižuje ztráty ve vedení.
- Připojení D-Y: Obvykle se používá u zvyšovacích transformátorů, ale také u distribučních transformátorů, kde je uzemněna strana nízkého napětí.
3. Řešení zvláštních případů
- Připojení Y-Y: Obecně se nepoužívá kvůli nedostatku harmonických cest, které mohou způsobit výrazné zkreslení výstupu.
- Problémy s vícestupňovým transformátorem: Například transformátor 10/0,4 kV, který napájí kancelářskou budovu, musí při transformaci 400 V nebo 380 V na 110 V pro konkrétní zařízení zajistit uzemnění nulového vodiče.
V. Závěr
Volba vhodného způsobu připojení transformátoru je rozhodující pro bezpečný a stabilní provoz energetických systémů. Správné metody připojení mohou snížit ztráty, zlepšit účinnost, potlačit harmonické a zajistit kvalitu elektrické energie. V praktických aplikacích je třeba zvolit vhodnou metodu připojení na základě konkrétních potřeb a využít výhod každé metody k zajištění spolehlivosti a ekonomické efektivnosti elektrizační soustavy.