راهنمای اتصالات ترانسفورماتور دلتا و وای

 

 

 

 

 

سیستم های توزیع برق سه فازی به شدت به دو نوع اتصال ترانسفورماتور اصلی وابسته هستند: دلتا (Δ) و وای (Y). این پیکربندی‌ها تعیین می‌کنند که چگونه ولتاژها و جریان‌ها تحویل داده می‌شوند، چگونه بارها می‌توانند متصل شوند و چگونه سیستم به خطاها و عدم تعادل پاسخ می‌دهد. درک کردناتصالات دلتا و وایبرای مهندسان برق، مدیران تاسیسات و تکنسین هایی که سیستم های قدرت را طراحی، راه اندازی یا نگهداری می کنند ضروری است.

این راهنما ویژگی ها، مزایا، محدودیت ها و کاربردهای عملی هر نوع اتصال را به همراه رایج ترین تنظیمات ترکیبی و معیارهای انتخاب پوشش می دهد.

 

 

 

 

 

 

 

نقطه خنثی دو سطح ولتاژ متمایز ارائه می دهد: خط-به-ولتاژ خط (معمولاً بالاتر) و خط{2}}به-ولتاژ خنثی (پایین تر). برای مثال، یک سیستم wye 480Y/277 ولت 480 ولت بین فازها برای تجهیزات سه فاز و 277 ولت از هر فاز تا خنثی برای بارهای تک فاز فراهم می کند. رابطه ریاضی به صورت بیان شده است، یعنی ولتاژ خط تقریباً 1.732 برابر ولتاژ فاز است.

اتصالات Wye همچنین امکان اتصال به زمین نقطه خنثی را فراهم می کند، که یک مرجع ولتاژ پایدار ایجاد می کند و یک مسیر بازگشت امپدانس پایین- برای جریان های خطا ایجاد می کند. خنثی را می توان به طور محکم به زمین متصل کرد، از طریق یک مقاومت به زمین متصل شد، یا بسته به نیاز سیستم شناور باقی ماند. با این حال، اگر نول بدون زمین بماند یا قطع شود، تحمل خطا به طور قابل توجهی کاهش می یابد و نوسانات غیرمنتظره ولتاژ ممکن است به تجهیزات آسیب برساند.

 

 

در پیکربندی دلتا، ولتاژ خط برابر با ولتاژ فاز در هر سیم پیچ است، در حالی که جریان خط به گونه ای توزیع می شود که سیم پیچ هر فاز حدود 58٪ را حمل می کند.) جریان خط. طراحی حلقه بسته، گردش جریان قوی و عملکرد عالی را تحت بارهای سنگین فراهم می کند. حتی اگر یک-واحد تک فاز در بانک دلتا از کار بیفتد، دو واحد باقیمانده می‌توانند به ارائه برق سه فاز با تقریباً 58 درصد ظرفیت اولیه ادامه دهند-که اغلب به آن عملیات «باز-دلتا» می‌گویند.

عدم وجود یک نقطه خنثی، انتقال قدرت سه فاز{{1} بالا را ساده می‌کند، اما محدودیت‌هایی را ایجاد می‌کند: اتصالات دلتا نمی‌توانند بارهای تک فاز را مستقیماً بدون تجهیزات اضافی تأمین کنند، و اتصال زمین به روش‌های خاصی نیاز دارد زیرا هیچ خنثی طبیعی وجود ندارد.

 

 

 

 

 

 

ویژگی	دلتا (Δ)	وای (Y)
پیکربندی	حلقه مثلث بسته	شکل ستاره با خنثی مرکزی
سیم ها	سیستم 3 سیم (فقط فاز)	سیستم 4 سیم (+ خنثی)
رابطه ولتاژ
نقطه خنثی	هیچ کدام موجود نیست	موجود (قابل اتصال به زمین)
ظرفیت تک فاز-	نمی‌توان بارهای تک فاز-را مستقیماً تأمین کرد	ولتاژ دوگانه برای-تک فاز و سه-
کاهش هارمونیک	هارمونیک های سه گانه را در داخل به دام می اندازد	حساس تر (نیاز به کاهش دارد)
تحمل خطا	پس از از کار افتادن یک سیم پیچ، به باز کردن-دلتا ادامه دهید	به پیکربندی زمین خنثی بستگی دارد
برنامه های کاربردی معمولی	موتورهای صنعتی سنگین-انتقال ولتاژ بالا	سیستم های توزیع، ساختمان های مختلط-، تأسیسات تجاری

 

جدول نشان می دهد که دلتا برای بارهای سه فاز سنگین، استحکام و کارایی را در اولویت قرار می دهد، در حالی که Wye تطبیق پذیری و زمین ایمن تری را برای سیستم هایی با انواع بار مختلط ارائه می دهد.

 

 

 

 

 

 

ترانسفورماتورها می توانند دلتا و وای را روی سیم پیچ های اولیه و ثانویه خود به چهار روش استاندارد ترکیب کنند. نوع سیم پیچ اولیه ابتدا (سمت H، حروف بزرگ) و سپس نوع سیم پیچ ثانویه (سمت X، حروف کوچک) ذکر شده است.

 

 

 

 

 

 

 

محاسبات نسبت چرخش بسته به پیکربندی متفاوت است:

Delta-Wye (Δ-Y):برای ترانسفورماتور -پایین دلتا- با نسبت دور N (اولیه به ثانویه در هر سیم پیچ)، ولتاژ خط ثانویه برابر است با. برعکس، محاسبه شامل الف استعامل ناشی از تبدیل ولتاژ خط دلتا به خط وای-به ولتاژ خنثی-.

Wye-Delta (Y-Δ):برای یک ترانسفورماتور Wye-مثلث، ولتاژ خط ثانویه با نسبت دور به ولتاژ فاز اولیه مربوط می شود، اما اضافیاین روابط بسته به اینکه در حال کناره گیری یا کناره گیری هستید اعمال می شود.

Delta-Delta (Δ-Δ) و Wye-Wye (Y-Y):برای پیکربندی‌های اتصال یکسان، تبدیل ولتاژ از نسبت چرخش ساده پیروی می‌کند:، با ولتاژ خط به طور مستقیم مقیاس بندی می شود.

 

 

 

 

 

 

هنگام انتخاب بین دلتا و وای، مسلماً زمین‌گیری مهم‌ترین عامل عملی است.

گزینه‌های زمین‌سازی Wye:وقتی یک Wye خنثی وجود دارد، می تواند یکی از این موارد باشد:

• دارای پایه محکم:مستقیماً به زمین متصل می شود (متداول ترین برای ولتاژهای زیر 600 ولت). این مسیر بازگشت خطای کمترین امپدانس را فراهم می کند.
• مقاومت پایه:خنثی از طریق یک مقاومت به زمین متصل می شود که جریان خطای زمین را به مقدار از پیش تعیین شده محدود می کند، معمولاً 5-400 آمپر. این باعث کاهش آسیب در هنگام خطا می شود و در عین حال حساسیت رله را فراهم می کند.
• بدون زمین یا راکتانس زمین شده:خنثی از زمین جدا شده یا از طریق یک راکتور متصل می شود. در سیستم‌های مسکونی یا تجاری مدرن کمتر رایج است، اما در برخی از تأسیسات صنعتی یا سیستم‌های زمینی با مقاومت بالا- یافت می‌شود.

در مدل سازی سوئیچینگ، تصمیم به زمین نول یک اتصال Wye مستقیماً بر انتخاب ترانسفورماتورهای بالقوه، برقگیرها، بوشینگ ها و سایر اجزا تأثیر می گذارد. برای سیستم‌های Wye متصل به زمین، اجزا بر اساس ولتاژ فاز-به-زمین انتخاب می‌شوند. برای سیستم‌های زمین‌نشده، اجزا باید برای ولتاژ فاز-به-فاز رتبه‌بندی شوند.

چالش های زمینی دلتا:بدون نقطه خنثی، سیستم های دلتا را نمی توان به همان روشی که سیستم های Wye به زمین متصل کرد. در عوض:

• زمین گوشه:یک هادی فاز عمداً به زمین وصل می‌شود-ساده‌ترین روش اما در دو فاز دیگر ولتاژ بالایی نسبت به زمین ایجاد می‌کند.
• وسط-زمین ضربه خورده:در برخی از سیم‌پیچ‌های ثانویه دلتا، می‌توان نقطه وسط یک سیم‌پیچ را در مرکز- ضربه زد و به زمین متصل کرد تا قابلیت‌های تک فاز محدودی را فراهم کند، مانند سیستم‌های دلتای سیم سه-چهار{5} 240/120 ولت (همچنین به عنوان "دلتای بالا-پایه" نیز شناخته می‌شود).
• ترانسفورماتورهای زمین: A زیگ-زیگ زاگیا Wye{0}}ترانسفورماتور اتصال زمین دلتا را می‌توان برای ایجاد یک خنثی مصنوعی برای اتصال به زمین یک سیستم دلتا غیر زمینی موجود اضافه کرد.

نکات ایمنی حیاتی:یک نول Wye کاملاً با زمین یک مسیر امپدانس کم- برای جریان‌های خطای زمین فراهم می‌کند و به قطع کننده‌های مدار و فیوزها اجازه می‌دهد تا به سرعت عیب‌ها را برطرف کنند. این دلیل عمده ای است که ثانویه های Wye برای ساختمان های تجاری، تأسیسات مراقبت های بهداشتی و سایر تنظیماتی که در آن پاکسازی عیب و ایمنی پرسنل در اولویت هستند، ترجیح داده می شوند.

 

 

 

 

 

 

 

یک نکته مهم فنی: در ترانسفورماتورهای دلتا-وای و وای-دلتا، ولتاژهای اولیه و ثانویه به طور طبیعی 30 درجه تغییر می‌کنند. این تغییر فاز نه در درون خود سیم پیچ ها بلکه به دلیل نحوه اتصال سیم پیچ ها به یکدیگر اتفاق می افتد. به طور خاص، ولتاژ خط-به-خط در سمت وای 30 درجه نسبت به ولتاژ خط-به-خط در سمت دلتا جابجا شده است.

نماد ساعت (گروه های برداری):اتصالات ترانسفورماتور اغلب با استفاده از نماد ساعت برای نشان دادن تغییر فاز برچسب گذاری می شوند-به عنوان مثال، "Dy11" به معنای یک دلتا اولیه (D)، Wye ثانویه (y)، با تغییر فاز مربوط به 11 ساعت در ساعت یا 330 درجه (معادل 30- درجه) است. "Yd1" به این معنی است که ثانویه 30 درجه از اولیه فاصله دارد.

چرا تغییر فاز مهم است:تغییر فاز 30 درجه در اکثر تاسیسات مشکلی نیست، اما در ترانسفورماتورهای موازی بسیار مهم می شود. اگر دو ترانسفورماتور با گروه های برداری مختلف به طور موازی به هم متصل شوند، جریان های گردشی زیادی ایجاد می شود. هنگام اتصال ترانسفورماتورها به صورت موازی، گروه برداری باید مطابقت داشته باشد یا به درستی جبران شود. به عنوان مثال، اگر تنظیمات چرخش فاز مناسب انجام شود، گاهی اوقات می‌توان Dy11 را با Yd1 موازی کرد.

تغییر فاز وجود ندارددر اتصالات دلتا-دلتا و وای-، که موازی سازی را ساده می کند.

 

 

 

 

 

سیم پیچ های دلتا نقش مهمی در کنترل اعوجاج هارمونیک دارند. هارمونیک های سه گانه (سوم، نهم، پانزدهم، و غیره) به طور طبیعی در سیم پیچ های دلتا به دام می افتند و به جای انتشار به خط تغذیه، در جریان هستند. این ویژگی باعث می‌شود که پیکربندی‌های دلتا-دلتا و دلتا{4}}وای در جلوگیری از اعوجاج هارمونیک ناشی از بارهای غیرخطی از تأثیرگذاری بر سیستم‌های بالادست مؤثر باشند.

وای-ترانسفورماتورهای وای بیشتر مستعد عبور نویز هارمونیک بین منبع و بار هستند. به همین دلیل، هنگامی که به دلایل دیگر اتصال Wye{2}}نیاز است، گاهی اوقات یک سیم‌پیچ دلتا سوم اضافه می‌شود تا به هارمونیک‌های سه‌گانه مسیری برای گردش بدهد.

 

 

 

 

 

 

 

انتخاب پیکربندی ترانسفورماتور بهینه برای یک کاربرد معین شامل متعادل کردن چندین عامل است:

9.1 نوع بار و تنوع

بارهای سه فاز خالص (موتورهای بزرگ، تجهیزات صنعتی سنگین، جوشکارها) با هر پیکربندی به خوبی کار می کنند، اما دلتا{1}}دلتا تحمل خطای قوی و توانایی ادامه کار در حالت باز-پس از خرابی را فراهم می کند. بارهای مختلط که هم به برق سه فاز و هم تک فاز نیاز دارند، به بهترین وجه توسط یک پیکربندی دلتا{6}}وای استفاده می‌شوند، که یک خنثی زمینی برای توزیع تک فاز فراهم می‌کند و در عین حال عدم تعادل اولیه را از ثانویه جدا می‌کند.

9.2 الزامات زمین

اگر یک نول زمین شده برای محافظت از سیستم و رفع عیب ضروری است، یک ثانویه Wye ضروری است. دلتا{1}}وای انتخاب طبیعی برای سیستم‌های توزیعی است که به یک خنثی ثابت و زمین‌دار در سمت بار نیاز دارند. اگر سیستم به یک نول نیاز ندارد و می‌تواند بدون زمین یا با زمین گوشه کار کند، دلتا{3}}ممکن است دلتا مناسب باشد.

9.3 محتوای هارمونیک

سیستم‌هایی با بارهای تولید کننده هارمونیک قابل توجه (درایوهای فرکانس متغیر، منابع تغذیه سوئیچینگ، روشنایی LED،مرکز دادهتجهیزات) از قابلیت هارمونیک-به دام انداختن سیم پیچ دلتا بهره می برند. تنظیمات دلتا-Wye یا Delta{3}}در چنین مواردی توصیه می‌شود.

9.4 الزامات راه اندازی برای موتورهای بزرگ

موتورهای بزرگی که نیاز به شروع ولتاژ کمتری دارند-ممکن است با ترتیبات راه اندازی Wye-دلتا مناسب باشند، جایی که موتور در Wye راه اندازی می شود تا جریان هجومی را محدود کند و سپس برای کار به دلتا تغییر می کند.

9.5 سطوح ولتاژ سیستم و مرحله{1}}بالا در مقابل مرحله پایین-

دلتا{0}}وای معمولاً برای برنامه‌های کاربردی پایین‌آمده از-توزیع ولتاژ متوسط ​​به ولتاژ پایین-استفاده می‌شود. Wye-دلتا اغلب برای پایین آمدن- نیز استفاده می‌شود، اما انتخاب بین آنها ممکن است به این بستگی دارد که آیا یک خنثی در سمت اصلی یا ثانویه مورد نیاز است.

9.6 توسعه پذیری و افزونگی آینده

دلتا-پیکربندی‌های دلتا امکان بازپشت-پشتیبان‌گیری دلتا-در صورت خرابی یک ترانسفورماتور در بانک را فراهم می‌آورند، دو ترانسفورماتور باقی مانده می‌توانند تقریباً 58% از ظرفیت سه فاز- را ارائه دهند. این می تواند یک ملاحظات مهم برای تاسیسات حیاتی باشد.

 

 

 

 

 

 

اتصالات دلتا و وای هر کدام نقش‌های متمایزی را در -توزیع برق سه فاز ایفا می‌کنند، و ترکیب دلتا{1}}پیکربندی وای آن‌ها نیروی کار صنعت برای کاهش ولتاژ انتقال به سطوح قابل استفاده است که در آن زمین پایدار و بارهای مختلط مورد نیاز است. دلتا در جایی که-تحویل برق سه فاز قوی و تحمل خطا بسیار مهم است، طراحی حلقه بسته-به اشتراک گذاری بار عالی را ارائه می دهد و عدم وجود خنثی محدودیتی نیست. Wye در جاهایی که تطبیق پذیری، عملکرد زمین و بارهای ترکیبی تک فاز به علاوه سه- مورد نیاز است، برتر است و قابلیت های ولتاژ دوگانه و مرجع خنثی پایدار را ارائه می دهد.

رایج‌ترین نقطه ملاقات بین این دو جهان، ترانسفورماتور دلتا-وای است: دلتا اولیه سیستم‌های بالادست را از عدم تعادل و هارمونیک‌های پایین دست جدا می‌کند، در حالی که ثانویه Wye یک خنثی زمین‌دار و پایدار برای بارهای{{1} دنیای واقعی فراهم می‌کند که به ندرت کاملاً متعادل هستند. درک زمان و چرایی استفاده از هر پیکربندی به مهندسان امکان می دهد تا عملکرد را بهینه کنند، انواع بارهای مختلف را به طور موثر مدیریت کنند و هزینه های پروژه را کنترل کنند. در صورت شک،-شکل کلی برای کنار گذاشتن قدرت به امکانات استفاده مختلط معمولاً Delta-Wye است، زیرا بهترین تعادل بین تطبیق پذیری، ایمنی و عملکرد را ارائه می دهد.

 

 

 

 

 

هنگام کار با ترانسفورماتورها، همیشه از تمام قوانین الکتریکی قابل اجرا و استانداردهای ایمنی پیروی کنید. هرگز فرض نکنید که یک سیستم بدون آزمایش صحیح-بدون انرژی است. حفاظت در برابر جریان اضافه و اتصال زمین با اندازه مناسب برای عملکرد ایمن ضروری است. اگر در مورد هر جنبه ای از انتخاب یا نصب ترانسفورماتور مطمئن نیستید، با یک مهندس برق مجاز یا متخصص واجد شرایط مشورت کنید.