Yleiset muuntajan käämiliitännät ja niiden sovellukset

Muuntajat ovat voimajärjestelmien keskeisiä komponentteja, ja niiden käämiliitännät vaikuttavat suoraan niiden suorituskykyyn ja käyttökohteisiin. Yleisiä muuntajan käämikytkentöjä ovat kolmiokytkentä (D) ja tähtikytkentä (Y tai Yn). Tässä artikkelissa luodaan yksityiskohtainen katsaus näihin kahteen kytkentätyyppiin, niiden merkintätapoihin, kytkentäryhmiin sekä niiden etuihin ja sovelluksiin.

I. Muuntajien kytkentäryhmien merkintätapa

1. Isojen ja pienten kirjainten merkitys

Muuntajan kytkentäryhmä merkitään isoilla ja pienillä kirjaimilla: isoilla kirjaimilla merkitään ensiöpuolen (tai korkeajännitepuolen) kytkentätyyppi ja pienillä kirjaimilla toisiopuolen (tai pienjännitepuolen) kytkentätyyppi. Erityisesti:

• Y (tai y): Tähtiyhteys
• D (tai d): Delta-liitäntä

Luvuissa käytetään kellomerkintää kuvaamaan ensiö- ja toisioverkon jännitteiden välistä vaihesuhdetta, jossa ensiöjännitteen faasori on kello 12:een kiinnitetty minuuttiosoitin ja toisioverkon jännitteen faasori on tuntiosoitin.

2. Esimerkki tyypillisestä ryhmästä

Esimerkiksi 'Yn, d11' tarkoittaa, että ensiöpuolen tähtiyhteys on nollajohdon kanssa, toisiopuolen kolmiyhteys on kolmio ja toisiopuolen jännite on 330 astetta ensiöjännitteestä jäljessä (tai 30 astetta edellä). Tässä merkintätavassa 11 tarkoittaa, että kun ensiöjännitteen faasori on kello 12:n asennossa, toisiojännitteen faasori on kello 11:n asennossa.

Lisätietoja: Delta Wye muuntaja

II. Yleiset muuntajakytkentäryhmät

Muuntajan kahden käämin yhdistelmä muodostaa seuraavat neljä kytkentäryhmää:

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

Yleisesti käytetyt yhteysryhmät ovat "Y, y" ja "Y, d".

Yyn0 Connection Group

• Suurjännitepuoli: Nollajännite: Tähtikytkentä (Y), jossa on nollamaadoitus
• Pienjännitepuoli: Nollajännitteen maadoituksella varustettu tähtikytkentä (y)
• Ensisijaisen ja toissijaisen verkkojännitteen vaiheet ovat päällekkäin, mikä näkyy kellossa merkillä "0".

Dyn11-yhteysryhmä

• Suurjännitepuoli: (D)
• Pienjännitepuoli: Tähtiyhteys (y), jossa on nollajohto
• Ensisijaisen ja toissijaisen verkkojännitteen vaiheet eroavat toisistaan 330 astetta (kello 11).

III. Yhteysryhmien suorituskyvyn analysointi

1. Kuormittamaton tappio

• Yyn0 Connection Group: Suurjännitepuolen tähtikytkentä tuottaa sinimuotoisen herätevirran, mutta magnetointikäyrän epälineaarisuuden vuoksi ydinvuossa on merkittäviä kolmannen harmonisen komponentteja, mikä lisää hystereesiä ja pyörrevirtahäviöitä.
• Dyn11-yhteysryhmä: Kolmas harmoninen virta voi kiertää suurjännitekäämityksessä, jolloin ytimen virta on sinimuotoinen ja häviöt vähenevät. Dyn11-liitäntöjen tyhjäkäyntihäviö voi olla noin 10% pienempi kuin Yyn0-liitäntöjen.

2. Nollavirta

• Yyn0 Connection Group: Epätasapainoinen sekundäärikuorma aiheuttaa nollasekvenssivirtaa, mikä lisää lisähäviöitä. Suurikapasiteettiset muuntajat eivät sovellu tähän kytkentätapaan.
• Dyn11-yhteysryhmä: Primaarikäämityksen nollavirta voi kiertää käämityksen sisällä, mikä heikentää toisiokäämityksen nollavirtaa ja vähentää ylikuumenemista. Dyn11-liitäntöjen kuormitushäviö voi olla noin 20% pienempi kuin Yyn0-liitäntöjen.

3. Yksivaiheinen oikosulku

• Dyn11-yhteysryhmä: Alhainen nollasarja-impedanssi, mikä johtaa suureen yksivaiheiseen oikosulkuvirtaan pienjännitepuolella ja suureen suojausherkkyyteen.
• Yyn0 Connection Group: Korkea nollasähköimpedanssi, mikä johtaa korkeaan nollasähköjännitteeseen ja merkittävään vaihejännitteen epäsymmetriaan.

IV. Liitäntämenetelmien valinta käytännössä

1. Kolmiokytkentä päämuuntajan pienjännitepuolella

• Syy: Poistaa kolmannet harmoniset yliaallot ja estää harmoniset vääristymät sähköverkon jännitteen aaltomuodossa. Nollavirta muodostaa kiertävän virran delta-liitännässä, mikä ylläpitää sähkön laatua.

2. Liitäntämenetelmien valinnan periaatteet

• Y-D-yhteys: Käytetään tyypillisesti alasajomuuntajissa, koska korkeajännitepuolen tähtikytkentä vähentää linjahäviöitä.
• D-Y-liitäntä: Käytetään tyypillisesti korotusmuuntajissa, mutta myös jakelumuuntajissa, joissa pienjännitepuoli on maadoitettu.

3. Erityistapausten käsittely

• Y-Y Yhteys: Ei yleensä käytetä harmonisten polkujen puuttumisen vuoksi, sillä ne voivat aiheuttaa merkittävää lähtösäröä.
• Monivaiheisen muuntajan ongelmat: Esimerkiksi 10/0,4 kV:n muuntajan, joka syöttää virtaa toimistorakennukseen, on varmistettava, että nollajohto on maadoitettu, kun se muuttaa 400 tai 380 V:n jännitteen 110 V:ksi tiettyjä laitteita varten.

V. Päätelmät

Sopivan muuntajan kytkentätavan valinta on ratkaisevan tärkeää sähköjärjestelmien turvallisen ja vakaan toiminnan kannalta. Oikeilla kytkentämenetelmillä voidaan vähentää häviöitä, parantaa hyötysuhdetta, vaimentaa harmonisia yliaaltoja ja varmistaa sähkön laatu. Käytännön sovelluksissa sopiva kytkentämenetelmä olisi valittava erityistarpeiden perusteella, ja kunkin menetelmän etuja olisi hyödynnettävä sähköjärjestelmän luotettavuuden ja taloudellisen tehokkuuden varmistamiseksi.