Руководство по трехфазному распределительному трансформатору: типы, потери и выбор

Трехфазный распределительный трансформатор мощностью 630 кВА с потерями холостого хода 1,2 кВт потребляет около 10 500 кВтч в год до подключения одной нагрузки. При цене 0,10 доллара США за кВтч это более 1000 долларов США ежегодно тратится на поддержание намагничивания сердечника. Для инженеров-распределителей, групп закупок и руководителей предприятий трехфазный распределительный трансформатор Здесь небольшие решения по спецификациям становятся большими эксплуатационными расходами. Цзянсу Хэнъюань Трансформатор Ко., Лтд. , производитель трансформаторов и распределительных устройств для сетей 6-35 кВ, производит агрегаты масляного и сухого типа с сердечниками из аморфного сплава и кремнистой стали.

Что на самом деле делает трехфазный распределительный трансформатор

Трехфазный распределительный трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, которое понижает среднее напряжение, обычно от 6 до 35 кВ, до уровня 400/230 В для промышленных, коммерческих и бытовых потребителей.

В блоке три первичные обмотки и три вторичные обмотки размещены на общем трехконечном сердечнике. Переменный поток первичной обмотки индуцирует напряжение во вторичной обмотке той же частоты, поэтому устройство меняет напряжение на ток в соответствии с соотношением витков. Векторная группа Dyn11 является стандартной: сторона ВН подключается по схеме «треугольник», а сторона НН — по схеме «звезда» с выведенной нейтралью для однофазных нагрузок 230 В и заземления.

• Основные номиналы, доминирующие в практических проектах: классы 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ и 35 кВ.
• Вторичная подача: трехфазное напряжение 400 В плюс глухозаземленная нейтраль.
• Общий диапазон номинальной мощности распределения: от 50 кВА до 2500 кВА.
• КПД при полной нагрузке выше 98 процентов, а оставшиеся потери распределяются между сердечником и обмотками.

Масляный или сухой тип: первая ветвь в выборе трехфазного распределительного трансформатора

Выбирайте масляный трансформатор, если агрегат будет установлен на открытом воздухе или на выделенной подстанции; выбирайте сухой тип только в том случае, если установка осуществляется внутри помещения и правила пожарной безопасности, нагрузки на пол или экологические правила исключают использование масла.

В маслонаполненных агрегатах для изоляции и охлаждения используется минеральное масло или синтетический эфир. Масло переносит тепло к стенкам резервуара, где ребра или радиаторы рассеивают его в соответствии с классом охлаждения ONAN. Масляные трехфазные распределительные трансформаторы класса 6–35 кВ охватывают мощность примерно от 30 до 2500 кВА и доминируют в коммунальных сетях, поскольку они надежны и являются самыми дешевыми в пересчете на кВА. Компромиссом является сдерживание: на площадке необходима яма для сбора нефти или обваловка.

В агрегатах сухого типа масло заменяется литой смолой или воздушной изоляцией. Они предназначены для использования внутри коммерческих зданий, туннелей и морских сооружений, где присутствие легковоспламеняющейся жидкости недопустимо. Трансформаторы сухого типа выдерживают меньшую пожарную нагрузку и практически не требуют технического обслуживания, но они стоят дороже за кВА, а их тепловая мощность более чувствительна к температуре окружающей среды. Для наружных распределительных сетей оптимальным выбором будет масляная иммерсия.

Трехфазный трансформатор сухого типа с сердечником из кремниевой стали Этот распределительный трансформатор сухого типа, отлитый из эпоксидной смолы, подходит для использования внутри помещений и в местах с высоким уровнем безопасности, где запрещено использование масла. Он имеет огнестойкую конструкцию и требует минимального обслуживания для коммерческого, туннельного и морского применения. Просмотреть продукт →

Сердечник из аморфного сплава или кремниевой стали: выигрыш или потеря железа

Сердечники из аморфного сплава сокращают потери на холостом ходу на 70–80 процентов по сравнению с кремниевой сталью с ориентированной структурой, и никакое другое отдельное изменение спецификации трехфазного распределительного трансформатора не приводит к такому значительному сокращению эксплуатационных расходов на протяжении всего срока службы.

Потери на холостом ходу, также называемые потерями в железе, поглощаются сердечником всякий раз, когда трансформатор находится под напряжением, независимо от нагрузки. Он состоит из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи. Аморфный металл представляет собой ферромагнитный сплав, поставляемый в виде ленты толщиной около 25-30 микрон, что составляет примерно одну десятую толщины текстурированной кремниевой стали. Тонкая лента и низкая коэрцитивность сокращают обе составляющие потерь, поэтому аморфный сердечник потребляет около четверти энергии возбуждения сердечника из кремнистой стали при той же кВА.

Компромисс коммерческий, а не электрический. Изготовление аморфных сердечников обходится дороже, а более низкая индукция насыщения означает немного большее поперечное сечение сердечника. Распределительные трансформаторы остаются под напряжением постоянно, но нагружают в среднем только 30–60 процентов, поэтому потери на холостом ходу преобладают над общими потерями. Экономия 0,85 кВт на агрегате мощностью 630 кВА окупается за три-пять лет, а затем сохраняется до конца срока службы в 20 лет. Для коммунальных предприятий с сотнями единиц аморфные автопарки являются одним из наиболее прямых способов сократить потери в распределительных сетях.

Масляный трансформатор с сердечником из аморфного сплава Благодаря сверхнизким потерям холостого хода благодаря аморфной ленте и улучшенному снижению шума этот масляный блок обеспечивает значительную экономию энергии в течение всего срока службы, что делает его идеальным для коммунальных предприятий, стремящихся сократить потери в распределительных сетях. Просмотреть продукт →

Два показателя потерь, которые определяют эксплуатационные расходы

Потери холостого хода и потери нагрузки определяют эксплуатационные расходы трехфазного распределительного трансформатора; цена покупки — это наименьшая составляющая стоимости владения за 20 лет, а не самая большая.

Потери в нагрузке представляют собой потери в меди обмотки при номинальном токе и возрастают пропорционально квадрату нагрузки. Потери на холостом ходу происходят постоянно, поэтому они доминируют в расходах при низкой и средней нагрузке, именно там, где работает большинство распределительных трансформаторов. Приведенные ниже цифры типичны для класса 6–35 кВ при стандартных уровнях потерь.

Общая стоимость владения равна TOC = цена A x потери без нагрузки B x потери под нагрузкой, где A капитализирует потери железа в один киловатт по тарифу на электроэнергию в течение срока действия проекта, а B капитализирует потери меди в один киловатт, включая плату за спрос. Тендеры на коммунальные услуги публикуют коэффициенты капитализации убытков в тендерной документации; покупатели, которые их игнорируют, все равно платят правильную цену убытков, только электроэнергетической компании, а не поставщику трансформаторов.

Масляный трансформатор с ленточным сердечником из кремниевой стали Этот масляный трансформатор, изготовленный из высокоэффективной кремнистой стали и полностью герметичной конструкции, снижает потери и затраты на техническое обслуживание, обеспечивая при этом надежную устойчивость к короткому замыканию, подходящую для надежного распределения электроэнергии. Просмотреть продукт →

От спецификации к установке: соответствие агрегата реальной нагрузке

Правильная номинальная мощность — это наименьшая стандартная мощность в кВА, которая выдерживает ожидаемую пиковую нагрузку в пределах температуры обмотки и оставляет определенный запас для роста; увеличение размера приводит к потере денег, а уменьшение размера сокращает срок службы трансформатора.

1. Проверьте первичное и вторичное напряжения. Запишите напряжение фидера, например, 10 кВ или 35 кВ, а также напряжение питания 400/230 В с нейтралью.
2. Рассчитайте пиковый спрос. Суммируйте подключенные нагрузки и применяйте реалистичный коэффициент разнообразия, а не добавляйте номинальные значения, указанные на паспортной табличке.
3. Добавьте запас по увеличению нагрузки. Обычная практика составляет 15-25 процентов выше пятилетнего пикового прогноза.
4. Установите импеданс в соответствии с сетевыми правилами. Стандартное сопротивление для распределительных устройств 10 кВ составляет около 4 процентов.
5. Сравните классы потерь с формулой капитализации потерь полезности. Укажите аморфный сердечник при окупаемости менее пяти лет.
6. Выберите механическую компоновку: монтаж на опоре, монтаж на площадке или компактную подстанцию, включающую трансформатор, блок кольцевой сети и распределительное устройство низкого напряжения.

Для расширения сельской сети и промышленных предприятий компактный комплект подстанции сокращает время установки на месте: трансформатор поставляется с уже подключенными высоковольтными распределительными устройствами и прошедшими типовые испытания на заводе.

Часто задаваемые вопросы о трехфазном распределительном трансформаторе

Чем трехфазный распределительный трансформатор отличается от однофазного трансформатора?

Однофазный трансформатор имеет одну первичную и одну вторичную обмотку и выдает однофазное напряжение 230 В. Трехфазный распределительный трансформатор имеет три первичные и три вторичные обмотки на общем сердечнике и обеспечивает трехфазное питание напряжением 400 В плюс нейтраль. При той же кВА трехфазный блок легче, эффективнее и использует меньше проводникового материала.

Могут ли три однофазных трансформатора заменить один трехфазный распределительный трансформатор?

Да, и в некоторых североамериканских системах до сих пор используется трансформаторная батарея из трех однофазных блоков для создания трехфазного питания. Банк больше, тяжелее и дороже в монтаже и обслуживании, чем один трехфазный блок той же общей кВА, поэтому его выбирают в основном, когда нагрузка будет расти на однофазных этапах. Для новых установок один трехфазный распределительный трансформатор почти всегда является более дешевым выбором.

Почему Dyn11 является наиболее распространенным соединением для трехфазных распределительных трансформаторов?

Dyn11 означает, что обмотки ВН соединены треугольником, обмотки НН соединены звездой, а напряжение НН отстает от ВН на 30 градусов, положение на 11 часов. Первичная обмотка «треугольник» сохраняет путь для тройных гармоник и улучшает поведение при несимметричной нагрузке, а вторичная обмотка «звезда» обеспечивает нейтраль для однофазных нагрузок 230 В и заземление.

Сколько аморфное ядро ​​может сэкономить реальными деньгами?

В блоке мощностью 630 кВА переход от кремнисто-стального сердечника мощностью 1,2 кВт к аморфному сердечнику мощностью 0,35 кВт обеспечивает постоянную экономию около 0,85 кВт. При 8760 часах в год и 0,10 доллара США за кВтч это примерно 745 долларов США за трансформатор в год. Парк из 100 единиц экономит около 74 500 долларов США в год, поэтому сетевые операторы оценивают аморфные сердечники по формулам потерь, а не по первоначальной цене.