Распределительные трансформаторы 6(10)кВ

понедельник, 1 февраля 2016 г.

Эффективность масляных и сухих трансформаторов. Кто лучше?


 Ежемесячно, с определенной периодичностью к нам на электронную почту поступают уведомления с социальных сетей, с подписок на информационные порталы о преимуществе одних трансформаторов над другими.
И как всегда правда где-то по середине.

    Мы решили  разобраться, корректно ли рассуждать о преимуществе какого-то определенного типа трансформаторов в принципе, или все-таки определим в каждом конкретном случае где и какой трансформатор использовать. С этой целью мы решили выпустить цикл статей посвященному конкретному применению трансформаторов разного типа из случаев реальной жизни.
    Чтобы разобраться в данном вопросе немного вернемся в историю трансформаторостроения, в 1831 год, когда Майкл Фарадей показал необходимость прохождение тока через магнитное поле проводника для получения переменного поля. Его исследования показали, что переменное поле можно получить и при прохождении переменного тока в проводнике. Такое взаимодействие между электрическими и магнитными силами в научных кругах получило название - электромагнитная индукция.
    Спустя, примерно, 50 лет появился первый трансформатор, работающий от переменного тока и для работы которого требовались батареи. В 1885 году Уильям Стэнли реализовал свою идею применить трансформатор для решения задачи передачи электроэнергии. Был создан трансформатор с сердечником замкнутой формы с параллельной схемой соединения обмоток. В трансформаторе обмотка из витков провода, подключенная к источнику питания и порождающая магнитное поле, называется первичной. Другая обмотка, в которой под действием этого поля возникает электродвижущая сила (ЭДС), называется вторичной. Индукция между первичной и вторичной обмоткой взаимна, то есть ток, протекающий во вторичной обмотке, индуцирует ЭДС в первичной точно так же, как первичная обмотка индуцирует ЭДС во вторичной. Более того, поскольку витки первичной обмотки охватывают собственные силовые линии, в них самих возникает ЭДС. Это явление, называемое самоиндукцией, наблюдается также и во вторичной обмотке. На явлении взаимной индукции и самоиндукции основано действие трансформатора. Чуть позже появились первые маслонаполненные трансформаторы.
    Вся эта информация нам дает понимание, что спустя почти полтора века сам принцип работы трансформатора не претерпел сильных изменений, хотя нужно признать - менялись и улучшались отдельные детали трансформаторов: трансформаторная сталь, диэлектрик, конструкция бака и комплектующие детали, материал обмоток и методы намотки.
     Перейдем к самому интересному. Перечислим, какими особенностями обладают оба типа трансформаторов.

Трансформатор типа ТМ/ТМГ/ТМГФ:
 
Масляные трансформаторы ТМГ 630 картинка
Трансформаторы ТМГ 630 (Кентау)





Масляный трансформатор ТМГ-СЭЩ 2500 кВА картинка
Трансформаторы ТМГ 2500 кВА (ЗАО "ГК "Электрощит"-ТМ Самара")


- установка на подстанциях 6-35 кВ, в качестве преобразующего устройства высокого напряжения на низкое и наоборот;
- достаточно экономичное решение в краткосрочной перспективе;
- после прекращения производства софтолового масла в трансформаторах типа ТМ, они стали безопаснее, экологичнее, но не от возгорания и взрывов (ряд производителей решили данную задачу - выпустив герметичные баки, которые замечательно справляются с протечкой трансформаторного масла - АО "Кентауский трансформаторный завод", ЗАО ГК "Электрощит-"ТМ Самара");
- требуется специальное обслуживание и мониторинг, что связано с дополнительными затратами в долгосрочной перспективе;
- неприхотливы к погодным и внешним воздействиям;
- энергетикам привычно работать с масляными трансформаторы, так как более пожилому поколению энергетиков привычнее работать с конкретным видом оборудования, к которому они привыкли, чем переходить на новое из-за страха и больших рисков или от отсутствия опыта работы с ними;
- большая часть трансформаторов масляного типа имеет аттестацию в Россетях и давнюю традицию их применения;
- за счет теплопроводности масла предотвращаются межвитковые и межслойные замыкания;
- отсутствие возникновение микротрещин в обмотках трансформатора, в отличии от трансформаторов с литой изоляцией, так как технология их производства не допускает образования воздушных пузырьков в жидкости, а при заполнении контейнеров масляной жидкостью методом вакуумного давления, удаётся предотвратить возникновение тлеющего заряда и его распространения в период службы устройства;
- перегрев токосъемного контакта может вызвать разрушение керамического изолятора или разгерметизацию масляного бака и последующий выход оборудования из строя;
- сложная доставка оборудования требующая специальной станции для перевозки масла;
- наличие высоковольтных трансформаторов 6300, 10000, 16000, 25000, 40000 кВА и выше на напряжение до 375 кВ и выше. 

Трансформаторы типа ТСЛ, ТСЗ, ТСН:

 
Трансформатор сухого типа картинка
Трансформатор ТСЛ 160 кВА



- установка на подстанциях 6-35 кВ, в качестве преобразующего устройства высокого напряжения на низкое и наоборот;
- трансформаторы сухого типа могут устанавливаться в непосредственной близости от места эксплуатации, достаточно поставить ограждение и системы вентиляции и мониторинга;
- безопасны: взрывобезопасны, нет жидкого диэлектрика и элегаза, который может привезти к возгоранию и или взрыву, экологичны;
- неприхотливы в уходе, экономичны в долгосрочной перспективе, достаточно вести мониторинг за основными значениями работы трансформатора и его состояния: температура обмоток, датчики на короткое замыкание и потери холостого хода;
- высокая стоимость по сравнению с масляным типом трансформатора того же номинала мощности и напряжения;
- чувствительны к внешним условиям окружающей среды: температура, климат (сухой, влажный), уровень запыленности, сейсмическое воздействие;
- отсутствуют модели на высокое напрядение свыше 35 кВ;
- отсутствуют модели на высокие мощности, свыше 4000 кВА;
- возможное образование микротрещин в обмотке трансформатора, что может привести к его возгоранию и выходу из строя;

Итоги: 
    Как таковых побежденных или проигравших нет, так как у каждого типа трансформатора есть свои плюсы и минусы, то и абсолютных преимуществ одного трансформатора над другим тоже нет. Нельзя, например, сказать, что нужно применять только масляные, и что нам не нужны сухие трансформаторы, так как они дорогие и очень чувствительны к внешней среде. Также, как нельзя сказать, что масляные трансформаторы это отживший век и их применение опасно. Нужно понимать опасность есть всегда, и при использовании сухого трансформатора, и при эксплуатации масляного.
    В первую очередь, при покупке трансформатора, нужно исходить из экономической и технической необходимости и возможности. Например, если Вам нужно экономичное решение, то масялный трансформатор, прекрасно зарекомендовавший себя в работе в условиях крайнего севера, где большая часть года температура не превышает -15 -25 С градусов по цельсию, а также в условиях постоянно меняющейся температуры станет идеальным решением в соотношении цена - качество. С другой стороны, если Вам нужно установить подстанцию в непосредственной близости от людей (бизнес-центры, жилые дома), где условия окружающей среды позволяют использовать трансформаторы сухого типа, то лучше решения Вам не найти.
    При выборе трансформаторов масляного или сухого типа всегда читайте ПЭУ (или скачать), ГОСТы и СНИПы и рекомендации заводов изготовителей.
    Не стоит лезть с лопатой и вилами на трансформатор, иначе останется только подошва и черенок от лопаты.

Продолжение следует...

Источники: личный опыт, мнение экспертов, открытые источники сети Интернет.


понедельник, 19 января 2015 г.

Несимметричный режим, схема соединения У/Zн

Несимметричный режим, схема соединения У/Zн

     Соединение обмоток в «зигзаг» применяется для более равномерного распределения нагрузки вторичных обмоток между фазами трансформатора, что позволяет даже при неравномерной нагрузке сохранять магнитное равновесие.
      Для соединения вторичных обмоток (НН) трансформатора в схему «зигзаг», обмотка каждой фазы составляется из двух половин: одна половина расположена на одном стержне, другая - на другом (рис. 3). Данные половины обмотки включены встречно, т.е. конец x1 соединен с концом y2 и т.д. Начала a2, b2 и c2 соединены и образуют нейтраль. К началам a1, b1 и c1 присоединены линейные провода вторичной сети. При таком соединении э.д.с. обмоток, расположенных на разных стержнях, сдвинуты на 120°; векторная диаграмма э.д.с. вторичной обмотки показана на рис. 4.

Рис. 3. Схема соединения вторичных обмоток в «зигзаг».
Рис.4. Векторная диаграмма э.д.с. обмоток при схеме соединения «зигзаг».

     Для того чтобы трансформатор со схемой соединения У/Zн имел аналогичные характеристики потерь холостого хода и потерь короткого замыкания, что и трансформатор со схемой соединения У/Ун, необходимо использовать большее количество материалов, поскольку соединение в «зигзаг» требует большего числа витков.Действительно, при последовательном соединении двух половин обмотки, расположенной на одном стержне, э.д.с. складываются алгебраически, т.е. в данном случае удваиваются. При соединении обмоток, расположенных на разных стержнях, э.д.с. складываются геометрически под углом 120° и дают э.д.с. в больше одной из них, т.е.э.д.с. не в 2-а, а всего в 1,732 раза больше. Следовательно, чтобы получить э.д.с. той же величины при соединении в «зигзаг», нужно на 15% больше витков, чем при соединении в звезду.
       Рассмотрим работу трансформатора со схемой соединения У/Zн при однофазной нагрузке (рис. 5)
Рис. 5. Однофазная нагрузка для трансформатора со схемой У/Zн.

Как уже было сказано выше, особенностью данной схемы соединения является то, что каждая фаза вторичной обмотки (НН) одновременно располагается сразу на двух стержнях магнитопровода. Следовательно, при однофазной нагрузке созданная вторичной обмоткой н.с. размагничивает сразу два стержня, и первичный ток, компенсирующий это размагничивающее действие, распределяется по фазам первичной обмотки. Магнитное равновесие практически не нарушается, не возникает однонаправленный магнитный поток рассеяния (обмотки включены встречно), отсутствуют его негативные последствия. 

Распределительные трансформаторы 6(10)кВ ООО "МТК г. Одинцово.

Распределительные трансформаторы 6(10)кВ ООО "МТК г. Одинцово.

Проблема качества электрической энергии в сетях 0,4 кВ.Исследование несимметричной работы трансформаторов.

      Силовые трансформаторы от ООО «Межрегиональная трансформаторная корпорация» (МТК) является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти - шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. По мере удаления от электростанции единичные мощности трансформаторов уменьшаются, аудельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 кВт потерь возрастают. Поэтому одной из важнейших задач в настоящее время является уменьшение потерь энергии в распределительных трансформаторах класса напряжения 6(10) кВ, которые составляют наибольшую часть всего трансформаторного парка. В этих трансформаторах возникает основная масса потерь энергии, которая оплачивается потребителем по наиболее высокой цене.
           В электрических сетях 0,4 кВ с большим удельным весом однофазных потребителей очень сложно равномерно распределить нагрузки по фазам, поскольку они включаются не зависимо друг от друга в разные моменты времени. Главной причиной увеличения потерь в таких сетях является несимметричная нагрузка, под действием которой значительно увеличиваются потери энергии в трансформаторе, и ухудшается качество выходного напряжения. Увеличение этих потерь и ухудшение качества отпускаемой энергии сильно зависят от применяемой схемы соединения обмоток трансформатора. 

Несимметричный режим, схема соединения У/Ун
Оценим влияние однофазной нагрузки на работу трансформатора со схемой соединения У/Ун (рис. 1).




Рис.1. Однофазная нагрузка для трансформатора со схемой У/Ун.

       Во вторичной цепи нагружена только одна обмотка и, следовательно, созданная вторичной обмоткой намагничивающая сила (н.с.) размагничивает только один стержень, но первичный ток, компенсирующий размагничивающее действие вторичной обмотки, протекать только по одной нагруженной фазе не может, это связано с отсутствием нейтрального провода на первичной стороне (ВН). 
            Первичный ток в различной степени протекает через все три обмотки ВН. Созданная им н.с. неравномерно распределяется между стержнями магнитопровода и не компенсируется в не нагруженных фазах - магнитное равновесие нарушено. Последствия этого нарушения сводятся к возникновению в трех стержнях магнитного потока рассеяния, направленного в одну сторону Фа3, Фb3, Фc3 (рис. 2). Он замыкается через масло, бак и дно трансформатора и нагревает его. Кроме того, магнитный поток рассеяния значительно увеличивает сопротивление магнитно неуравновешенной части первичной обмотки. Это приводит к неравномерному распределению первичного напряжения между обмотками. Но если первичные напряжения отличаются, то и вторичные напряжения не могут быть равными. Следствием всего этого является смещение нейтрали фазных э.д.с. первичной и вторичной обмоток, что приводит к значительным дополнительным активным потерям в трансформаторе.


Рис. 2. Фа3 , Фb3 , Фc3 - совпадающие по фазе магнитные потоки одинаково направлены в стержнях и поэтому вынуждены замыкаться через бак трансформатора.
Фа1 , Фb1 , Фc1 - магнитные потоки основной частоты.

Несимметричный режим, схема соединения У/Zн

     Соединение обмоток в «зигзаг» применяется для более равномерного распределения нагрузки вторичных обмоток между фазами трансформатора, что позволяет даже при неравномерной нагрузке сохранять магнитное равновесие.
      Для соединения вторичных обмоток (НН) трансформатора в схему «зигзаг», обмотка каждой фазы составляется из двух половин: одна половина расположена на одном стержне, другая - на другом (рис. 3). Данные половины обмотки включены встречно, т.е. конец x1 соединен с концом y2 и т.д. Начала a2, b2 и c2 соединены и образуют нейтраль. К началам a1, b1 и c1 присоединены линейные провода вторичной сети. При таком соединении э.д.с. обмоток, расположенных на разных стержнях, сдвинуты на 120°; векторная диаграмма э.д.с. вторичной обмотки показана на рис. 4.

Рис. 3. Схема соединения вторичных обмоток в «зигзаг».
Рис.4. Векторная диаграмма э.д.с. обмоток при схеме соединения «зигзаг».

     Для того чтобы трансформатор со схемой соединения У/Zн имел аналогичные характеристики потерь холостого хода и потерь короткого замыкания, что и трансформатор со схемой соединения У/Ун, необходимо использовать большее количество материалов, поскольку соединение в «зигзаг» требует большего числа витков.Действительно, при последовательном соединении двух половин обмотки, расположенной на одном стержне, э.д.с. складываются алгебраически, т.е. в данном случае удваиваются. При соединении обмоток, расположенных на разных стержнях, э.д.с. складываются геометрически под углом 120° и дают э.д.с. в больше одной из них, т.е.э.д.с. не в 2-а, а всего в 1,732 раза больше. Следовательно, чтобы получить э.д.с. той же величины при соединении в «зигзаг», нужно на 15% больше витков, чем при соединении в звезду.
       Рассмотрим работу трансформатора со схемой соединения У/Zн при однофазной нагрузке (рис. 5)