Connessioni comuni degli avvolgimenti dei trasformatori e loro applicazioni

I trasformatori sono componenti cruciali dei sistemi di alimentazione e i loro collegamenti degli avvolgimenti influiscono direttamente sulle loro prestazioni e sugli scenari di applicazione. I comuni collegamenti degli avvolgimenti dei trasformatori sono il collegamento a triangolo (D) e il collegamento a stella (Y o Yn). Questo articolo fornisce una panoramica dettagliata di questi due tipi di collegamento, dei metodi di notazione, dei gruppi di collegamento e dei vantaggi e delle applicazioni di ciascuno.

I. Metodo di notazione per i gruppi di connessione dei trasformatori

1. Significato delle lettere maiuscole e minuscole

Il gruppo di connessione di un trasformatore è indicato da lettere maiuscole e minuscole: le lettere maiuscole indicano il tipo di connessione del lato primario (o lato alta tensione), mentre le lettere minuscole indicano il tipo di connessione del lato secondario (o lato bassa tensione). In particolare:

• Y (o y): Collegamento a stella
• D (o d): Collegamento a triangolo

I numeri utilizzano la notazione dell'orologio per rappresentare la relazione di fase tra le tensioni di linea primaria e secondaria, dove il fasore della tensione di linea primaria è la lancetta dei minuti fissata alle ore 12 e il fasore della tensione di linea secondaria è la lancetta delle ore.

2. Esempio di gruppo tipico

Ad esempio, "Yn, d11" indica un collegamento primario a stella con linea neutra, un collegamento secondario a triangolo e una tensione di linea secondaria in ritardo rispetto alla tensione di linea primaria di 330 gradi (o in anticipo di 30 gradi). In questa notazione, 11 significa che quando il fasore della tensione di linea primaria si trova a ore 12, il fasore della tensione di linea secondaria si trova a ore 11.

Per saperne di più su: Trasformatore a triangolo Wye

II. Gruppi di connessione comuni dei trasformatori

La combinazione di due avvolgimenti in un trasformatore forma i seguenti quattro gruppi di connessione:

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

I gruppi di connessione comunemente utilizzati sono "Y, y" e "Y, d".

Gruppo di connessione Yyn0

• Lato alta tensione: Collegamento a stella (Y) con messa a terra del neutro
• Lato bassa tensione: Collegamento a stella (y) con messa a terra del neutro
• I fasori della tensione di linea primaria e secondaria si sovrappongono, indicati da "0" sull'orologio.

Gruppo di connessione Dyn11

• Lato alta tensione: Collegamento a triangolo (D)
• Lato bassa tensione: Collegamento a stella (y) con linea neutra
• I fasori della tensione di linea primaria e secondaria differiscono di 330 gradi (ore 11 dell'orologio).

III. Analisi delle prestazioni dei gruppi di connessione

1. Perdita a vuoto

• Gruppo di connessione Yyn0Il collegamento a stella lato alta tensione genera una corrente di eccitazione sinusoidale, ma a causa della non linearità della curva di magnetizzazione, il flusso del nucleo contiene significative componenti armoniche terze, aumentando le perdite per isteresi e correnti parassite.
• Gruppo di connessione Dyn11: La terza armonica può circolare all'interno dell'avvolgimento ad alta tensione, rendendo il flusso del nucleo sinusoidale e riducendo le perdite. La perdita a vuoto dei collegamenti Dyn11 può essere inferiore di circa 10% rispetto a quella dei collegamenti Yyn0.

2. Corrente a sequenza zero

• Gruppo di connessione Yyn0: Il carico secondario sbilanciato genera un flusso a sequenza zero, aumentando le perdite. I trasformatori di grande capacità non sono adatti a questo metodo di collegamento.
• Gruppo di connessione Dyn11: La corrente di sequenza zero nell'avvolgimento primario può circolare all'interno dell'avvolgimento, indebolendo il flusso di sequenza zero dell'avvolgimento secondario e riducendo il surriscaldamento. La perdita di carico dei collegamenti Dyn11 può essere inferiore di circa 20% rispetto a quella dei collegamenti Yyn0.

3. Cortocircuito monofase

• Gruppo di connessione Dyn11: Bassa impedenza di sequenza zero, con conseguente elevata corrente di cortocircuito monofase sul lato a bassa tensione ed elevata sensibilità di protezione.
• Gruppo di connessione Yyn0: Alta impedenza di zero-sequenza, con conseguente alta tensione di zero-sequenza e significativa asimmetria nella tensione di fase.

IV. Selezione dei metodi di connessione nella pratica

1. Collegamento a triangolo sul lato bassa tensione del trasformatore principale

• Motivo: Elimina le terze armoniche e previene la distorsione armonica nella forma d'onda della tensione di rete. La corrente di sequenza zero forma una corrente di circolazione nel collegamento a triangolo, mantenendo la qualità dell'alimentazione.

2. Principi di scelta dei metodi di connessione

• Collegamento Y-D: Tipicamente utilizzato per i trasformatori step-down, in quanto il collegamento a stella lato alta tensione riduce le perdite di linea.
• Collegamento D-Y: Tipicamente utilizzato per i trasformatori step-up, ma comune anche nei trasformatori di distribuzione in cui il lato a bassa tensione è collegato a terra.

3. Gestione dei casi speciali

• Collegamento Y-Y: Generalmente non viene utilizzato a causa della mancanza di percorsi armonici, che possono causare una significativa distorsione in uscita.
• Problemi dei trasformatori multistadio: Ad esempio, un trasformatore da 10/0,4kV che alimenta un edificio per uffici deve garantire la messa a terra della linea neutra quando trasforma 400V o 380V in 110V per apparecchiature specifiche.

V. Conclusione

La scelta del metodo di collegamento del trasformatore appropriato è fondamentale per il funzionamento sicuro e stabile dei sistemi di alimentazione. Metodi di collegamento adeguati possono ridurre le perdite, migliorare l'efficienza, sopprimere le armoniche e garantire la qualità dell'alimentazione. Nelle applicazioni pratiche, il metodo di connessione appropriato deve essere scelto in base alle esigenze specifiche, sfruttando i vantaggi di ciascun metodo per garantire l'affidabilità e l'efficienza economica del sistema elettrico.