گروه برداری ترانسفورماتورهای سه‌فاز و کاربرد آنها

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: گروه برداری یکی از مشخصات ترانسفورماتورهای سه‌فاز است که آرایش سیم‌پیچ‌های اولیه، ثانویه و ثالثیه را مشخص می‌کند. گروه برداری برداری ترانس‌ها که بر روی پلاک آن‌ها مشخص می‌شود نمایانگر نوع اتصال (ستاره، مثلث یا زیگزاگ) و جابجایی فاز در ثانویه نسبت به اولیه است.

 

نوع اتصال با کمک حروف بزرگ برای سمت فشارقوی و حروف کوچک برای سمت فشارضعیف مشخص می‌شود که در آن D. یا d. بیان‌کنندهٔ اتصال مثلث، Y. یا y. ستاره، و Z. یا z. بیان‌کنندهٔ اتصال زیگزاگ هستند. در صورت وجود سیم نول آن را با N. یا n. مشخص می‌کنند. عددی که در گروه برداری می‌آید نمایانگر جابجایی فاز سمت فشارضعیف بر حسب ۳۰ ° و نسبت به ولتاژ فازبه‌زمین سمت فشار قوی است.

 

برای محاسبهٔ گروه برداری، بردار ولتاژ سمت فشارقوی را روی عدد ۱۲ یک ساعت فرض می‌کنند و محل بردار ولتاژ فشارضعیف را نسبت به فشارقوی محاسبه می‌نمایند و عددی که بردار ولتاژ فشارضعیف نمایش می‌دهد همان عدد گروه برداری خواهد بود.

 

برای نمونه Dyn۱ معرف یک ترانس سه‌فاز با اتصال مثلث در سمت اولیه و اتصال ستارهٔ زمین‌شده در سمت ثانویه و پس‌فاز بودن ۳۰ °‌ای ولتاژهای فشارضعیف نسبت به فشارقوی است. یعنی اگر برداری ولتاژ فشارقوی روی عدد ۱۲ یک ساعت باشد، برداری ولتاژ فشار ضعیف روی عدد ۱ خواهد بود.

 

در این محاسبات فرض می‌شود که نیروی محرک الکتریکی در سه‌فاز برابر، متوازن، دارای اختلاف‌فاز ۱۲۰ درجه بین فاز‌ها و توالی فاز معین هستند. گروه‌های برداری معمولاً برای توالی فاز مثبت و با فرض اتصال اتصال هر فاز به پایهٔ خودش محاسبه می‌شوند، اما در صورتی که توالی فاز تغییر کند و پایه‌ها عوض شوند، امکان دارد (به‌ظاهر) گروه‌های برداری دیگری برای یک ترانس معین به دست آید.

 

برای نمونه برای یک ترانس معین است ممکن است با توجه به توالی فاز در نظر گرفته‌شده برای ترانس، نمادهای Yd۱، Yd۹ یا Yd۵ برای گروه برداری آن حاصل شوند. مانور دادن روی ترمینال‌ها این امکان را فراهم می‌آورد که بتوان ترانسفورماتورهایی با اتصالات داخلی متفاوت را با هم موازی کرد.

 

 

 

بر همین اساس موازی‌کردن ترانسفورماتورهای دارای اتصال Yy با Dd و Yd با Dy و Yd با Yz امکان‌پذیر است.

 

در ترانسفورماتورهای سه‌فاز، بسته به نحوهٔ اتصالات و اختلاف فاز بین ولتاژهای سمت فشارقوی و فشارضعیف، ترانسفورماتور‌ها را به چهار گروه برداری تقسیم می‌کنند. گروه برداری شمارهٔ ۱ بیانگر اختلاف‌فاز صفر درجه است و اتصال‌های Yy۰، Dd۰ و Dz۰ را شامل می‌شود.

در گروه شمارهٔ ۲، اختلاف فاز ۱۸۰ درجه است. اتصالات Yy۶ و Dd۶ در این گروه قرار دارند.

 

در گروه سوم بردار ولتاژ خط فشار ضعیف نسبت به بردار خط فشارقوی ۳۰ ° پس‌فاز است و به عبارت دیگر اختلاف‌فاز گروه سوم منفی ۳۰ ° است. اتصال‌های Yd۱ و Dy۱ از گروه سوم هستند.

در گروه چهارم اختلاف فاز مثبت ۳۰ ° است و بردار ولتاژ خط فشارضعیف نسبت به فشارقوی ۳۰ درجه پیش‌فاز است. اتصال‌های Dy۱۱ و Yd۱۱ در این گروه هستند.

یکی از شرایط ضروری برای موازی‌کردن ترانسفورماتور‌ها داشتن اختلاف فاز برابر است، یعنی اختلاف‌فاز ولتاژهای خط ثانویهٔ ترانسفورماتورهایی که می‌خواهند موازی شوند باید صفر باشد یا به عبارت دیگر از یک گروه برداری باشند. با این حال ترانسفورماتورهای گروه ۳ و ۴ را می‌توان با هم موازی کرد.

برای مثال در صورت نیاز به موازی‌کردن ترانسفورماتور Dy۱ و Yd۱۱ با هم، کافیست در ترانس Dy۱ سرهای تغذیه را به صورت دوره‌ای جابجا کنیم (توالی تغذیه را از ABC به CAB تغییر می‌دهیم) و سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه را با کمک ترمینال‌هایشان معکوس می‌کنیم. به این ترتیب بردارهای خط دو ترانس بر هم منطبق خواهند شد.

 

 

در انتخاب یک گروه برداری برای برای یک مقصود معین باید عوامل فنی و اقتصادی را همزمان در نظر گرفت.

-اتصال YNyn۰ معمولاً برای کاهش هزینهٔ عایق‌بندی سمت فشارقوی ترانسفورماتور استفاده می‌شود، زیرا در اتصال ستاره بر خلاف اتصال مثلث که سیم‌پیچ‌ها در معرض ولتاژ خط قرار می‌گیرند، سیم‌پیچ‌ها تنها در معرض ۶۰ ٪ ولتاژ خطبه‌خط خواهند بود.

 

این اتصال برای سامانه‌های فشارضعیف که در آن‌ها از رله‌های حفاظتی اضافه‌جریان برای محافظت در برابر تماس غیرمستقیم استفاده شده است و/یا بخش بزرگی از سامانه را بارهای تک‌فاز تشکیل می‌دهد، مناسب نیست، زیرا در اتصال ستاره بار در سوی دیگر ترانسفورماتور متعادل نمی‌شود و می‌تواند منجر به اختلاف بسیار شدید ولتاژ‌ها در سمت ثانویه شود.

در ترانسفورماتورهای فشارمتوسط (۳۳ / ۱۱ کیلوولت یا ۱۱ / ۳ ٫ ۳ کیلوولت) و فشارضعیف، معمولاً از گروه برداری Dyn۱ یا Dyn۱۱ استفاده می‌شود، زیرا:

 

۱) جریان‌های هارمونیکِ سوم سمت فشارضعیف در اتصال مثلثِ سمت فشارقوی حالت گردشی پیدا می‌کنند و نمی‌توانند وارد شبکهٔ سمت فشارقوی شوند.

۲) جریان‌های خطای زمین سمت ستاره در سمت مثلث بازتاب پیدا نمی‌کنند و این امر می‌تواند در رسیدن به هماهنگی عایقی بهتر مفید باشد

۳) هزینهٔ عایق‌بندی سیم‌پیچ ستاره و مثلث در ولتاژ‌های زیر ۳۳ کیلوولت تفاوت زیادی نمی‌کند. راه تشخیص سریعی برای تمیزدادن بین اتصال‌های Dyn۱ و Dyn۱۱ در سامانه‌های توزیع وجود ندارد و قاعده این است که ترانسفورماتورهای به کار رفته در یک سامانه باید همگی از یک گروه برداری باشند، به‌ویژه اگر بخواهیم آن‌ها را با هم موازی کنیم.

 

با وجود اینکه استفاده از گروه YNyn۰ در ترانس‌های توزیع ممکن است، اما استفاده از دو اتصال قبلی رایج‌تر است. برای کاهش هارمونیک می‌توان از اتصال‌های Dz استفاده کرد، اما باید مزایا و معایب این اتصال از جمله افزایش ۲۰ تا ۳۰ درصدی هزینه را در نظر گرفت.

در ترانسفورماتورهای توزیع سامانه‌های صنعتی با توان نامی بیشتر از ۲۵۰ کیلوولت آمپر استفاده از اتصال Dyn۵ ترجیح داده می‌شود. گروه برداری Yzn۵ در ترانسفورماتورهای توزیع با توان نامی کمتر از ۲۵۰ به کار می‌رود، زیرا اتصال زیگزاگ توانایی بیشتری برای تأمین بارهای نامتوازن دارد که به‌ویژه در سامانه‌های سه‌فاز کوچک با بارهای تک‌فاز دیده می‌شوند.

 

در ترانسفورماتورهای افزایندهٔ ژنراتورهای صنعتی و تجاری، اتصالات Ynd۱ یا Ynd۱۱ کاربرد دارند که در آن‌ها اتصال مثلث سمت ژنراتور قرار می‌گیرد. با این وجود بر خلاف باور رایج که استفاده از اتصال ستاره در سمت ژنراتور را از نظر هارمونیک مشکل‌ساز می‌دانند، در عمل نشان داده شده است که اتصال Ynyn۰ می‌تواند با موفقیت برای این منظور استفاده شود.

 

گروه برداری YNd۵، گروه برداری ترجیح‌داده شده برای ترانسفورماتور ژنراتور‌ها در نیروگاه‌ها و پست‌های انتقال ۱۱۰kv/MV است.

هنگام انتخاب گروه برداری برای ترانسفورماتور‌ها اندازه‌گیری راه دور، باید به تأثیر عواملی، چون جابجایی فاز در اتصال ستاره-مثلث و نحوهٔ گذر جریان‌های خطا از داخل ترانسفورماتور دقت کرد.

 

برای مثال در حالت‌های خاصی که جریان توالی صفر به سمت دستگاه اندازه‌گیری هدایت نشود امکان اندازه‌گیری صحیح فاصله هنگام وقوع خطاهای زمین وجود نخواهد داشت.

 

 

تست گروه برداری به آزمایشی گفته می‌شود که برای تشخیص نماد گروه برداری ترانسفورماتور به کار می‌رود. این تست‌ها در حالتی که ترانسفورماتور‌ها روی تپ نامی‌شان هستند انجام می‌شوند. یک روش انجام آزمایش این است که پس از اتصال منبع تغذیهٔ آزمایش به سمت فشارقوی، ترمینال‌های a۲ و A۲ را به هم متصل کنیم تا یک نقطهٔ مشترک بین اولیه و ثانویه ایجاد شود و سپس با اندازه‌گیری ولتاژ‌ها بین همهٔ ترمینال‌ها و رسم نمودارهای مربوطه، گروه برداری را به دست آوریم. در زمان انجام آزمایش‌ها در صورت وجود سیم نول، این سیم به زمین متصل نمی‌شود تا مانع برقراری جریان گردابی گردد؛ جریانی مصرفی ترانس در حین آزمایش ناشی از جریان مغناطیس‌کنندگی است که خود این جریان در حالت عادی حدود ۱ درصد جریان نامی است و در هنگام آزمایش مقدار آن به نسبت ولتاژ آزمایش به ولتاژ نامی ترانس بستگی خواهد داشت.

 

آزمایش مشابهی روی اتوترانسفورماتور‌ها نیز قابل انجام است، اما در روش بالا به علت وجود نقطهٔ مشترک بین اولیه و ثانویهٔ اتوترانسفورماتور، ایجاد جریان گردشی محاسبات را پیچیده خواهد کرد. در صورتی که اتوترانسفورماتور دارای سیم‌پیچ ثالثیهٔ مثلث باشد باید بین این سیم‌پیچ و سمت فشارقوی نیز ارتباط الکتریکی ایجاد کرد.

 

در ترانسفورماتورهای ولتاژ سه‌فاز نیز می‌توان با استفاده از تست گروه برداری استفاده کرد. اما به علت کوچک‌بودن ولتاژ ثانویهٔ این ترانسفورماتور‌ها (مثلاً ۱ ٫ ۴ ولت برای ولتاژ تغذیهٔ ۴۱۵ ولتی در یک ترانسفورماتور ولتاژ ۳۳ کیلوولت/ ۱۱۰ ولت)، کشیدن نمودار برداری غیرعملی است و به همین خاطر تست گروه برداری در این ترانسفورماتور‌ها انجام نمی‌شود و به نتایج آزمایش‌های تحت بار اعتماد می‌کنند.