3-фазный электрический трансформатор: как определить обмотку, охлаждение и размеры

Конвейерная линия мощностью 250 кВт, устанавливаемая на предприятии пищевой промышленности, требует собственной точки понижения мощности. Объект получает первичное питание напряжением 10 кВ, а двигатели, частотно-регулируемые приводы и шкафы управления работают от трехфазного напряжения 400 В. Прежде чем разместить заказ на покупку, инженер, составляющий спецификацию, должен решить четыре вопроса: конфигурация обмотки, изоляционная среда, полное сопротивление и класс охлаждения. Трехфазный электрический трансформатор не является взаимозаменяемым товаром. Каждое решение меняет эффективность, занимаемую площадь, нагрузку на пол, координацию защиты и частоту технического обслуживания на следующие два десятилетия эксплуатации.

Что такое трехфазный электрический трансформатор?

Трехфазный электрический трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, которое передает мощность трехфазного переменного тока между цепями с разными уровнями напряжения с помощью трех наборов обмоток, соединенных общим магнитным сердечником.

Три первичные обмотки и три вторичные обмотки намотаны на ламинированный стальной сердечник с тремя плечами. Переменный ток в первичных обмотках создает магнитный поток, который посредством индукции связывает все три вторичные обмотки, создавая вторичное напряжение, пропорциональное числу витков. Поскольку трансформатор не имеет движущихся частей, срок его службы определяется температурой изоляции, напряжением обмотки и циклами нагрузки, а не механическим износом.

Трехфазное питание имеет значение, поскольку три напряжения смещены на 120 электрических градусов. Таким образом, сбалансированная трехфазная нагрузка получает постоянную мгновенную мощность, тогда как однофазная мощность пульсирует с удвоенной частотой сети. Вот почему трехфазный трансформатор заданной мощности в кВА примерно на 15-20 процентов легче и дешевле, чем три однофазных агрегата с той же общей мощностью, и почему в промышленных сетях почти исключительно используется трехфазное оборудование.

Дельта против звезды: выберите обмотку, соответствующую сети

Соединение обмоток определяет, может ли трансформатор питать нагрузку между фазой и нейтралью, как он реагирует на несбалансированный ток и какой фазовый сдвиг вводится между первичной и вторичной обмотками. Это решение принимается один раз, во время спецификации, и его нельзя исправить впоследствии путем настройки панели.

Соединение треугольником соединяет каждую обмотку между двумя фазными проводами. У него нет нейтрали, поэтому он не может напрямую питать однофазные нагрузки, но замкнутый контур внутри треугольника уравновешивает поток и хорошо переносит несбалансированные фазные токи. Соединение звездой соединяет один конец каждой обмотки с общей нейтралью. Он обеспечивает нейтраль, необходимую для смешанных осветительных и силовых нагрузок напряжением 230/400 В, и может быть глухозаземлен или заземлен по сопротивлению для устранения неисправностей.

Практика распределения на большинстве рынков отдает предпочтение первичной схеме «треугольник» и вторичной схеме «звезда». Первичная обмотка треугольника блокирует попадание тройных гармонических токов в коммунальную сеть, а заземленная вторичная обмотка звезды ограничивает напряжение между фазой и землей в условиях неисправности.

Производители идентифицируют эти схемы кодами векторных групп. Наиболее распространенным кодом распределения является Dyn11: D — первичная обмотка, соединенная треугольником, y — вторичная обмотка, соединенная звездой, n означает, что нейтраль выведена на клемму, а 11 означает, что напряжение между фазой и нейтралью вторичной обмотки отстает от первичной обмотки на 30 градусов.

Сухой тип или масляный: сопоставьте конструкцию со зданием

От изоляционной и охлаждающей среды зависит, где может быть установлен трансформатор, какую противопожарную защиту и изоляцию должно обеспечить здание, а также какой запас прочности при кратковременных перегрузках выдерживает агрегат.

В масляных трансформаторах для охлаждения используется бумажная изоляция и минеральное или сложноэфирное масло, обычно с циркуляцией ONAN. Масляное масло поглощает тепло во время пиков перегрузки, поэтому масляные агрегаты могут выдерживать примерно 150–200 процентов номинальных значений, указанных на паспортной табличке, в течение коротких интервалов времени. Они более экономичны при мощности выше примерно 500 кВА и являются стандартным выбором для наружных подстанций.

Масляный трансформатор с сердечником из аморфного сплава для повышения энергоэффективности Этот масляный блок подходит для наружных подстанций, которым требуется высокая перегрузочная способность. Его аморфный сердечник резко сокращает потери холостого хода, снижая затраты на электроэнергию и выбросы, обеспечивая при этом высокую устойчивость к короткому замыканию и низкий уровень шума. Просмотреть продукт →

В трансформаторах сухого типа в качестве охлаждающей среды используются обмотки из литой смолы или пропитанные вакуумом и давлением воздух. Они используются по умолчанию для установки внутри помещений, высотных зданий, туннелей и центров нагрузки, поскольку в них нет масла и, следовательно, нет пожароопасности или требований к локализации. Компромиссами являются более высокие первоначальные затраты на кВА и более низкая кратковременная перегрузочная способность.

Трехфазный трансформатор сухого типа с кремниевым стальным сердечником Этот трансформатор сухого типа, отлитый из эпоксидной смолы, подходит для помещений, где важна пожарная безопасность. Медные обмотки, отлитые в вакууме, устойчивы к влаге и коротким замыканиям, а конструкция с низкими потерями помогает эффективно работать в высотных зданиях и туннелях. Просмотреть продукт →

Как правильно подобрать трехфазный электрический трансформатор

Определение параметров начинается с подключенной нагрузки, применяется коэффициент нагрузки, добавляется запланированный запас расширения и только затем преобразуется результат в кВА по трехфазной формуле. Трансформатор, выбранный таким образом, работает с нагрузкой 60–75 процентов, что является оптимальным показателем эффективности и срока службы.

Диаграмма показывает, почему основной вопрос, который должен задать покупатель, — это основной материал. Сердечник из аморфного сплава сокращает потери холостого хода примерно на 65 процентов по сравнению с обычным сердечником из кремнистой стали с ориентированной структурой и более чем на 75 процентов по сравнению с типичным агрегатом сухого типа. Поскольку потери холостого хода возникают всякий раз, когда на трансформатор подается питание, они доминируют в счете за электроэнергию за весь срок службы для малонагруженных агрегатов.

Если нагрузка включает преобразователи частоты или шестипульсные выпрямители, укажите номинальный преобразователь с К-фактором или добавьте фильтр гармоник. Нелинейные нагрузки создают токи 5-й и 7-й гармоник, которые повышают температуру обмотки выше значения, указанного на паспортной табличке (кВА).

Где находится трансформатор в распределительной цепи

В типичной промышленной или коммерческой сети трехфазный электрический трансформатор является мостом между питающей сетью среднего напряжения и распределительным устройством низкого напряжения, которое питает нагрузки. Правильный выбор этого интерфейса предотвращает наиболее распространенные и дорогостоящие виды электрических сбоев.

Сопротивление трансформатора определяет ожидаемый ток короткого замыкания на стороне низкого напряжения. Если существующий трансформатор заменяется блоком с более низким сопротивлением, ток повреждения может превысить отключающую способность установленного низковольтного распределительного устройства. Если выбран блок с более высоким импедансом, ухудшается регулирование напряжения при запуске двигателя. Оба значения должны быть проверены вместе.

Для объектов, которым необходима полная цепочка в одном корпусе, компактная подстанция объединяет главный блок кольцевой сети, трансформатор и распределительное устройство низкого напряжения в одном корпусе. Это самый быстрый способ подать электроэнергию на новый объект, поскольку перед транспортировкой сборка проходит заводские испытания.

Компактная подстанция, сочетающая кольцевой главный блок и трансформатор Это проверенное на заводе устройство объединяет в одном корпусе коммутационное устройство среднего напряжения, трансформатор и распределительное устройство низкого напряжения. Это обеспечивает быструю подачу напряжения на объект с низкими потерями, минимальным обслуживанием и небольшой занимаемой площадью для новых проектов. Просмотреть продукт →

Когда проект требует отдельного оборудования, Кольцевые распределительные устройства среднего напряжения и распределительные устройства низкого напряжения доступные в каталоге производителя, можно просмотреть до окончательного оформления однолинейной схемы.

Часто задаваемые вопросы о трехфазных электрических трансформаторах

В чем разница между однофазным трансформатором и трехфазным электрическим трансформатором?

Однофазный трансформатор имеет одну первичную и одну вторичную обмотку и выдает пульсирующую мощность. Трехфазный электрический трансформатор имеет три набора обмоток на общем магнитном сердечнике и обеспечивает постоянную мощность для сбалансированных нагрузок, что делает его примерно на 15-20 процентов легче на кВА и лучше подходит для нагрузки двигателя.

Могут ли три однофазных трансформатора заменить один трехфазный трансформатор?

Да. Три однофазных блока могут быть соединены в трехфазный блок, и эта конфигурация иногда используется для резервирования и транспортабельности. Он стоит на 15-20 процентов дороже, занимает большую площадь и производит более высокие общие потери, чем одиночный трехфазный агрегат той же мощности.

Как рассчитать мощность в кВА для новой производственной линии?

Суммируйте кВА при полной нагрузке каждого двигателя и привода, примените коэффициент спроса 0,6–0,8 для повторно-кратковременного режима работы, добавьте 20–25 процентов для будущего расширения, а затем выберите следующий больший стандартный номинал. Блок мощностью 400 кВА является правильным выбором при измеренной нагрузке около 300–320 кВА.

Что означает Dyn11 на заводской табличке?

D означает первичное соединение треугольником, y означает вторичное соединение звездой, n означает, что нейтраль вторичной обмотки выведена наружу, а 11 означает, что вторичное напряжение отстает от первичного на 30 градусов. Dyn11 — наиболее распространенная векторная группа для понижающих распределительных трансформаторов среднего напряжения на многих рынках.