انواع اتصال ترانسفورماتور سه فاز

ترانسفورماتورهای (Transformer)، سه‌فاز، به عنوان یکی از اجزای اساسی سیستم‌های قدرت، برای تغییر ولتاژ سه‌فاز استفاده می‌شوند. اتصال صحیح Transformer در سیستم قدرت بسیار حائز اهمیت است؛ زیرا میزان ولتاژها و جریان‌ها را کنترل می‌کند و عملکرد صحیح سیستم را تضمین می‌کند. در این مقاله از بابا ادیسون، به بررسی چهار نوع اتصال پرکاربرد ترانسفورماتورهای سه‌فاز می‌پردازیم.

اتصال دلتا (Δ) – دلتا (Δ)

• این اتصال عموماً برای ترانسفورماتورهای بزرگ و کم ولتاژ استفاده می‌شود. تعداد فاز/چرخش‌های مورد نیاز نسبتاً بیشتر از اتصال ستاره-ستاره است.
• نسبت ولتاژ خط در سمت اولیه و ثانویه برابر است با نسبت تبدیل Transformerها.
• این اتصال حتی برای بارگذاری نامتعادل قابل استفاده است.
• مزیت دیگر این نوع اتصال این است که حتی اگر یک ترانسفورماتور غیرفعال باشد، سیستم می‌تواند در اتصال مثلث باز اما با ظرفیت موجود کاهش یافته به کار خود ادامه دهد.

اتصال ستاره (Y) – ستاره (Y)

در اتصال ستاره-ستاره یک ترمینال از سه سیم پیچ در هر یک از ضلع‌های اولیه و ثانویه که در یک نقطه مشترک (به نام نقطه خنثی) متصل می شوند و انتهای دیگر هر سیم پیچ به عنوان ترمینال خط خارج می‌شود.

در مورد اتصال ستاره به ستاره، جریان فاز برابر با جریان خط است و در فاز هستند. ولتاژ خط √3 برابر ولتاژ فاز است. همچنین اختلاف فاز 30 درجه بین ولتاژ خط و ولتاژ فاز وجود دارد.

مزایای اتصال ستاره – ستار

مزیت اصلی اتصال Y/Y این است که ترمینال خنثی دارد. از این رو، می‌توان از آن در جایی استفاده کرد که اولیه و ثانویه نیاز به یک نول دارند و ولتاژها متوسط ​​و زیاد هستند.

معایب اتصال ستاره – ستار

اتصال (Y/Y) دو مشکل بسیار جدی دارد که به شرح زیر است:

• اگر اتصال خنثی برقرار نشود و بار نامتعادل وصل شود، ولتاژهای فاز به شدت نامتعادل می‌شوند. بنابراین، اتصال ستاره-ستاره برای بارگذاری نامتعادل در غیاب اتصال خنثی رضایت بخش نیست.
• جریان مغناطیسی یک ترانسفورماتور به صورت غیر‌سینوسی متفاوت است و شامل هارمونیک سوم است. در یک سیستم 3 فاز متعادل، هارمونیک سوم در جریان مغناطیسی سه سیم پیچ اولیه از نظر بزرگی و فاز با یکدیگر برابر هستند. بنابراین، آن‌ها مستقیماً افزودنی خواهند بود و مجموع‌شان در نقطه خنثی اتصال ستاره صفر نیست.
• از آنجایی که هیچ مسیری برای این هارمونیک‌ها در جریان‌های مغناطیسی در یک اتصال ستاره‌ای غیر‌زمینی وجود ندارد، این مولفه‌ها موج شار مغناطیسی را منحرف می‌کنند که باعث ایجاد ولتاژی با مولفه هارمونیک سوم در هر یک از سیم پیچ‌ها، هم در طرف اولیه و هم در طرف ثانویه می‌شود. این سومین جزء هارمونیک ولتاژ القایی ممکن است به اندازه ولتاژ اصلی باشد. هنگامی که این ولتاژ القایی به ولتاژ اصلی اضافه می‌شود، حداکثر ولتاژ حدود دو برابر ولتاژ معمولی است.

اتصال ستاره (Y) – دلتا (Δ)

اتصال ستاره-دلتا (Y-Δ) یک نوع اتصال است که برای برنامه‌های گام به گام مناسب است. در این نوع اتصال، جریان سیم پیچ ثانویه 57.7٪ از جریان بار است. ترانسفورماتور سه فاز با این نوع اتصال متصل شده است. در سمت اولیه، ولتاژ از خط به خنثی است و در سمت ثانویه، ولتاژ از خط به خط است. بنابراین، ولتاژ و جریان در سمت اولیه با ولتاژ و جریان در سمت ثانویه خارج از فاز است.

شدت اعوجاج در ولتاژها در اتصال ستاره-دلتای (Y-Δ) نیز مثل اتصال ستاره-ستاره (Y/Y) قوی نیست. این به دلیل این است که جریان‌های تحریف شده در سمت اولیه باعث جریان در گردش در سمت ثانویه (Δ) می‌شوند. جریان در گردش بیشتر شبیه به یک جریان مغناطیسی است و تمایل به اصلاح اعوجاج دارد.

برای اتصال ستاره، سرهای بدون نقطه در سمت اولیه یا ثانویه به هم وصل می‌شوند و نقطه خنثی را تشکیل می‌دهند. برای اتصال دلتا، سه سیم پیچ متعلق به سمت اولیه یا ثانویه به صورت سری به هم وصل می‌شوند تا مجموع آن‌ها برابر صفر شود.

اتصال ستاره-دلتا معمولاً برای کاهش ولتاژهای بالا به سطح ولتاژ متوسط یا ولتاژ پایین در سیستم توزیع استفاده می‌شود. در صورتی که، ترانسفورماتورهای دلتا-ستاره برای افزایش ولتاژ ژنراتورها استفاده می‌شوند.

بعضی از مزایا و معایب اتصال ستاره-دلتای عبارتند از:

مزایا:

1. حضور خنثی در سمت اولیه که می‌تواند برای جلوگیری از اعوجاج و زمین کردن استفاده شود.
2. قابل استفاده برای ولتاژ تکفاز و سه فاز.
3. کاهش جریان‌های هارمونیک سوم.

معایب:

1. نمی‌تواند به صورت موازی با ترانسفورماتورهای Y-Y یا Δ-Δ کار کند زیرا اولیه و ثانویه هم‌فاز نیستند.
2. سمت دلتا نیاز به عایق دارد.

دلتا (Δ) – ستاره (Y)

• سیم پیچ اولیه به صورت مثلث و سیم پیچ ثانویه در ستاره با زمین خنثی متصل می‌شود. بنابراین می‌توان از آن برای ارائه سرویس 3 فاز 4 سیم استفاده کرد.
• این نوع اتصال عمدتاً در ترانسفورماتور پله‌بالا در ابتدای خط انتقال استفاده می‌شود.
• نسبت ولتاژ خط ثانویه به خط اولیه √3 برابر نسبت تبدیل است.
• 30 درجه جابجایی بین ولتاژ خط اولیه و ثانویه وجود دارد.

توجه:

نکته مهم در اتصال ترانسفورماتورهای سه‌فاز، تطابق درست فازها است. در هر نوع اتصال، فازها باید با یکدیگر هماهنگ شوند تا جریان‌ها به درستی جریان یابند و خطاهای ناخواسته از بین بروند. همچنین، نیاز به تعادل بار بین فازها نیز در نظر گرفته شود.

برای انتخاب نوع اتصال مناسب، عواملی مانند نوع بار، مشخصات فنی Transformer، شرایط شبکه و نیازهای سیستم قدرت باید مورد بررسی قرار گیرند. همچنین، استانداردها و ضوابط مربوط به اتصال، باید رعایت شود تا عملکرد بهینه و ایمنی سیستم حفظ شود.

نتیجه‌گیری:

اتصال ترانسفورماتورهای سه‌فاز در سیستم‌های قدرت بسیار حائز اهمیت است. با انتخاب درست اتصال مناسب با توجه به نوع بار، شرایط شبکه و نیازهای سیستم، امکان توزیع ولتاژ به صورت اثربخش و بهینه فراهم می‌شود. همچنین، رعایت استانداردها و ضوابط مربوط به اتصال Transformerها بسیار حیاتی است تا ایمنی و عملکرد صحیح سیستم قدرت تضمین شود.