Übliche Transformatorwicklungsanschlüsse und ihre Anwendungen

Transformatoren sind wichtige Komponenten in Stromversorgungssystemen, und ihre Wicklungsanschlüsse wirken sich direkt auf ihre Leistung und Anwendungsszenarien aus. Die gebräuchlichsten Wicklungsanschlüsse für Transformatoren sind die Dreieckschaltung (D) und die Sternschaltung (Y oder Yn). Dieser Artikel gibt einen detaillierten Überblick über diese beiden Schaltungsarten, ihre Bezeichnungsmethoden, Anschlussgruppen sowie die Vorteile und Anwendungen der beiden Schaltungsarten.

I. Notationsmethode für Transformatoranschlussgruppen

1. Bedeutung von Groß- und Kleinbuchstaben

Die Anschlussgruppe eines Transformators wird durch Groß- und Kleinbuchstaben gekennzeichnet: Großbuchstaben bezeichnen die Anschlussart der Primärseite (oder Hochspannungsseite), Kleinbuchstaben die Anschlussart der Sekundärseite (oder Niederspannungsseite). Im Einzelnen:

• Y (oder y): Sternschaltung
• D (oder d): Dreieckschaltung

Die Zahlen verwenden die Uhrennotation, um die Phasenbeziehung zwischen der Primär- und der Sekundärspannung darzustellen, wobei der Phasenleiter der Primärspannung der Minutenzeiger ist, der auf der 12-Uhr-Position steht, und der Phasenleiter der Sekundärspannung der Stundenzeiger.

2. Beispiel für eine typische Gruppe

Zum Beispiel bedeutet "Yn, d11" eine primärseitige Sternschaltung mit einem Nullleiter, eine sekundärseitige Dreieckschaltung und eine Sekundärnetzspannung, die der Primärnetzspannung um 330 Grad nacheilt (oder um 30 Grad vorauseilt). In dieser Schreibweise bedeutet 11, dass sich der Phasenleiter der primären Netzspannung in der 12-Uhr-Position befindet, während der Phasenleiter der sekundären Netzspannung in der 11-Uhr-Position ist.

Erfahren Sie mehr über: Dreieck-Stern-Transformator

II. Gemeinsame Transformator-Anschlussgruppen

Die Kombination von zwei Wicklungen in einem Transformator bildet die folgenden vier Anschlussgruppen:

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

Die am häufigsten verwendeten Verbindungsgruppen sind "Y, y" und "Y, d".

Yyn0 Anschlussgruppe

• Hochspannungsseite: Sternschaltung (Y) mit neutraler Erdung
• Niederspannungsseite: Sternschaltung (y) mit neutraler Erdung
• Die Phasen der primären und sekundären Netzspannung überschneiden sich, was durch "0" auf der Uhr angezeigt wird.

Dyn11 Anschlussgruppe

• Hochspannungsseite: Dreieckschaltung (D)
• Niederspannungsseite: Sternschaltung (y) mit einem Nullleiter
• Die Phasen der primären und sekundären Netzspannung unterscheiden sich um 330 Grad (11 Uhr auf der Uhr).

III. Leistungsanalyse von Verbindungsgruppen

1. Leerlaufverlust

• Yyn0 Anschlussgruppe: Die hochspannungsseitige Sternschaltung erzeugt einen sinusförmigen Erregerstrom, aber aufgrund der Nichtlinearität der Magnetisierungskurve enthält der Kernfluss erhebliche Komponenten der dritten Harmonischen, die die Hysterese und die Wirbelstromverluste erhöhen.
• Dyn11 Anschlussgruppe: Der Strom der dritten Harmonischen kann in der Hochspannungswicklung zirkulieren, wodurch der Kernfluss sinusförmig wird und die Verluste reduziert werden. Der Leerlaufverlust von Dyn11-Verbindungen kann etwa 10% geringer sein als der von Yyn0-Verbindungen.

2. Nullstrom

• Yyn0 Anschlussgruppe: Eine unsymmetrische Sekundärlast erzeugt einen Nullstrom, was zu zusätzlichen Verlusten führt. Transformatoren mit großer Leistung sind für diese Anschlussart nicht geeignet.
• Dyn11 Anschlussgruppe: Der Nullstrom in der Primärwicklung kann innerhalb der Wicklung zirkulieren, was den Nullstrom der Sekundärwicklung schwächt und die Überhitzung reduziert. Der Lastverlust von Dyn11-Verbindungen kann etwa 20% geringer sein als der von Yyn0-Verbindungen.

3. Einphasiger Kurzschluss

• Dyn11 Anschlussgruppe: Niedrige Nullimpedanz, was zu einem hohen einphasigen Kurzschlussstrom auf der Niederspannungsseite und einer hohen Schutzempfindlichkeit führt.
• Yyn0 Anschlussgruppe: Hohe Verlagerungsimpedanz, die zu einer hohen Verlagerungsspannung und einer erheblichen Asymmetrie der Phasenspannung führt.

IV. Auswahl der Verbindungsmethoden in der Praxis

1. Dreieckschaltung auf der Niederspannungsseite des Haupttransformators

• Grund: Eliminiert die dritten Oberschwingungen und verhindert Oberschwingungsverzerrungen in der Wellenform der Netzspannung. Der Nullstrom bildet einen zirkulierenden Strom in der Dreieckschaltung, wodurch die Stromqualität erhalten bleibt.

2. Grundsätze für die Wahl der Verbindungsmethoden

• Y-D Verbindung: Typischerweise für Abspanntransformatoren verwendet, da die hochspannungsseitige Sternschaltung die Leitungsverluste reduziert.
• D-Y-Verbindung: Wird normalerweise für Aufwärtstransformatoren verwendet, ist aber auch bei Verteilungstransformatoren üblich, bei denen die Niederspannungsseite geerdet ist.

3. Behandlung von Sonderfällen

• Y-Y-Verbindung: Wird im Allgemeinen nicht verwendet, da es keine Oberschwingungspfade gibt, die zu erheblichen Ausgangsverzerrungen führen können.
• Probleme mit mehrstufigen Transformatoren: Ein 10/0,4-kV-Transformator, der ein Bürogebäude mit Strom versorgt, muss beispielsweise sicherstellen, dass der Nullleiter geerdet ist, wenn er 400 V oder 380 V in 110 V für bestimmte Geräte umwandelt.

V. Schlussfolgerung

Die Wahl der geeigneten Anschlussmethode für Transformatoren ist entscheidend für den sicheren und stabilen Betrieb von Stromnetzen. Geeignete Anschlussmethoden können Verluste reduzieren, den Wirkungsgrad verbessern, Oberschwingungen unterdrücken und die Stromqualität sicherstellen. In praktischen Anwendungen sollte die geeignete Anschlussmethode auf der Grundlage spezifischer Anforderungen ausgewählt werden, wobei die Vorteile jeder Methode genutzt werden sollten, um die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit des Stromnetzes zu gewährleisten.