Almindelige transformatorvindingsforbindelser og deres anvendelser

Transformatorer er vigtige komponenter i elsystemer, og deres viklingsforbindelser har direkte indflydelse på deres ydeevne og anvendelsesscenarier. De almindelige transformatorforbindelser er deltaforbindelsen (D) og stjerneforbindelsen (Y eller Yn). Denne artikel giver et detaljeret overblik over disse to forbindelsestyper, deres notationsmetoder, forbindelsesgrupper og fordele og anvendelser af hver enkelt.

I. Notationsmetode for transformatortilslutningsgrupper

1. Betydningen af store og små bogstaver

Tilslutningsgruppen for en transformer betegnes med store og små bogstaver: Store bogstaver angiver tilslutningstypen på primærsiden (eller højspændingssiden), og små bogstaver angiver tilslutningstypen på sekundærsiden (eller lavspændingssiden). Helt specifikt:

• Y (eller y): Stjerneforbindelse
• D (eller d): Delta-forbindelse

Tallene bruger ur-notationen til at repræsentere faseforholdet mellem den primære og sekundære netspænding, hvor den primære netspændingsfasor er minutviseren, der står fast på klokken 12, og den sekundære netspændingsfasor er timeviseren.

2. Eksempel på en typisk gruppe

For eksempel angiver "Yn, d11" en stjerneforbindelse på primærsiden med en neutral linje, en deltaforbindelse på sekundærsiden og en sekundær linjespænding, der er 330 grader bagud i forhold til den primære linjespænding (eller 30 grader foran). I denne notation betyder 11, at når den primære netspændingsfasor er i kl. 12-positionen, er den sekundære netspændingsfasor i kl. 11-positionen.

Få mere at vide om: Delta Wye-transformer

II. Almindelige transformatortilslutningsgrupper

Kombinationen af to viklinger i en transformer danner følgende fire tilslutningsgrupper:

1. Y, y
2. D, y
3. Y, d
4. D, d

De almindeligt anvendte forbindelsesgrupper er "Y, y" og "Y, d".

Yyn0 Connection Group

• Højspændingsside: Stjerneforbindelse (Y) med neutral jordforbindelse
• Lavspændingsside: Stjerneforbindelse (y) med neutral jordforbindelse
• Primære og sekundære netspændingsfasere overlapper hinanden, angivet med "0" på uret.

Dyn11-forbindelsesgruppe

• Højspændingsside: Delta-tilslutning (D)
• Lavspændingsside: Stjerneforbindelse (y) med en neutral linje
• Primære og sekundære netspændingsfasorer adskiller sig med 330 grader (klokken 11 på uret).

III. Performance-analyse af forbindelsesgrupper

1. Tab uden belastning

• Yyn0 Connection Group: Stjerneforbindelsen på højspændingssiden genererer en sinusformet excitationsstrøm, men på grund af magnetiseringskurvens ikke-linearitet indeholder kernefluxen betydelige tredje harmoniske komponenter, hvilket øger hysterese- og hvirvelstrømstab.
• Dyn11-forbindelsesgruppe: Den tredje harmoniske strøm kan cirkulere i højspændingsviklingen, hvilket gør kernefluxen sinusformet og reducerer tab. Dyn11-forbindelsernes tab uden belastning kan være ca. 10% mindre end Yyn0-forbindelsernes.

2. Nul-sekvens strøm

• Yyn0 Connection Group: Ubalanceret sekundær belastning genererer nul-sekvens flux, hvilket øger yderligere tab. Transformatorer med stor kapacitet er ikke egnede til denne tilslutningsmetode.
• Dyn11-forbindelsesgruppe: Nulfølgestrømmen i den primære vikling kan cirkulere i viklingen, hvilket svækker den sekundære viklings nulfølgestrøm og reducerer overophedning. Belastningstabet for Dyn11-forbindelser kan være ca. 20% mindre end for Yyn0-forbindelser.

3. Enfaset kortslutning

• Dyn11-forbindelsesgruppe: Lav nulfølgeimpedans, hvilket resulterer i høj enfaset kortslutningsstrøm på lavspændingssiden og høj beskyttelsesfølsomhed.
• Yyn0 Connection Group: Høj nul-sekvens impedans, hvilket resulterer i høj nul-sekvens spænding og betydelig asymmetri i fasespændingen.

IV. Valg af forbindelsesmetoder i praksis

1. Deltaforbindelse på lavspændingssiden af hovedtransformatoren

• Årsag: Eliminerer tredje overtoner og forhindrer harmonisk forvrængning i elnettets spændingsbølgeform. Nulfølgestrømmen danner en cirkulerende strøm i deltaforbindelsen og opretholder strømkvaliteten.

2. Principper for valg af forbindelsesmetoder

• Y-D-forbindelse: Bruges typisk til nedtrapningstransformatorer, da stjernetilslutningen på højspændingssiden reducerer ledningstabet.
• D-Y-forbindelse: Bruges typisk til optrapningstransformatorer, men er også almindelig i distributionstransformatorer, hvor lavspændingssiden er jordet.

3. Håndtering af særlige tilfælde

• Y-Y-forbindelse: Bruges generelt ikke på grund af manglen på harmoniske stier, som kan forårsage betydelig outputforvrængning.
• Problemer med flertrins-transformatorer: For eksempel skal en 10/0,4 kV-transformer, der leverer strøm til en kontorbygning, sikre, at den neutrale linje er jordet, når den transformerer 400 V eller 380 V til 110 V til specifikt udstyr.

V. Konklusion

Det er afgørende for en sikker og stabil drift af elsystemerne, at man vælger den rigtige metode til tilslutning af transformere. Korrekte tilslutningsmetoder kan reducere tab, forbedre effektiviteten, undertrykke overtoner og sikre strømkvaliteten. I praktiske anvendelser skal den rette tilslutningsmetode vælges ud fra specifikke behov og udnytte hver metodes fordele for at sikre elsystemets pålidelighed og økonomiske effektivitet.