Выбор силового трансформатора
#ЗаводЭнергон #ZE #ZavodEnergon #ТМ #трансформатор
Не секрет, что трансформатор является важным элементом многих электрических приборов и механизмов. Зарядные устройства, бытовая техника, радиоприемники и телевизоры и прочие приборы - всюду трудятся трансформаторы, которые понижают или повышают напряжение.
Особая роль отведена трансформаторам в энергетике, они являются сердцем практически любой электроустановки, начиная от мощных генерирующих электростанций, распределительных подстанций и заканчивая конечными комплектными трансформаторными подстанциями в какой ни будь удаленной сельской местности.
Трансформаторы встречаются как совсем маленькие, не более горошины, так и настоящие колоссы массой в 500 тонн и более.
Современные трансформаторы превосходят своих предшественников, созданных к началу XX столетия, по мощности в 500, а по напряжению - в 15 раз; их масса в расчете на единицу мощности снизилась приблизительно в 10 раз, а коэффициент полезного действия близок к 99%.
Рассмотрим одну из наиболее распространенных ветвей семейства трансформаторов, это силовые трехфазные понижающие трансформаторы мощностью от 16 до 4000 кВА напряжением от 6 до 10 кВ. Чаще всего они применяются в составе комплектных трансформаторных подстанций, питающих электроэнергией городские и производственные объекты.
Основные элементы конструкции силовых трансформаторов: корпус, сердечник, обмотки и устройство для охлаждения.
Обмотки трансформатора располагаются так, чтобы магнитный поток, созданный первичной обмоткой, пронизывал большой своей частью вторичные обмотки. Это требование обеспечивается конструкцией стального сердечника, представляющего собой замкнутую магнитную цепь.
Магнитная цепь трансформатора, называемая сердечником или магнитопроводом, собирается из листов легированной стали. Для того, чтобы листы не замыкались между собой, они предварительно покрываются тонким слоем лака или оклеиваются бумагой.
Обмотки трансформаторов выполняются из медного и алюминиевого провода, покрытого изоляцией. Для изоляции обмоточных проводов применяют бумагу, хлопчатобумажную иногда шелковую пряжу, лаковую (эмаль) пленку или же несколько слоев изоляции, например слой лака и слой шелковой пряжи, слой бумаги и слой хлопчатобумажной пряжи и т.д.
В качестве изоляции между слоями применяют прокладки из бумаги. Катушки изолируются шайбами или прокладками из электрокартона, обмоткой из ленты, бумаги или полотна, пропитанного в лаке.
Для регулирования напряжения трансформатор оснащен высоковольтным переключателем (ПБВ - переключение без возбуждения) позволяющим регулировать напряжение ступенями по 2,5% от номинального значения при отключенном от сети трансформаторе со стороны ВН и НН. Переключатель присоединен к обмотке высокого напряжения.
Концы обмоток трансформатора выведены наружу с помощью вводов, изолирующих их заземленного корпуса (бака).
Обмотки трансформаторов соединяются между собой определенным образом, образуя так называемые группы соединения. При соединении обмоток трехфазных трансформаторов применяют такие конфигурации:
а) звезда (Y-соединение) - соединение в виде звезды, которая соединяет все три обмотки их концами с одной стороны в одной нейтральной точке, называемой звездой;
б) треугольник (Δ-соединение) - три фазные обмотки соединяются последовательно в кольцо или треугольник;
в) зигзаг - (Z-соединение) - соединение зигзагом.
В трехфазных трансформаторах можно получить 12 различных групп соединений обмоток.
Из двенадцати возможных групп соединений обмоток трехфазных трансформаторов стандартизованы две: "звезда-звезда" - 0 и "звезда-треугольник" или «треугольник-звезда», -- 11. Они, как правило, чаще всего применяются на практике. Так же выделим одну из разновидностей 11 группы, группу «треугольник-зигзаг».
а) Схема соединения обмоток "звезда-звезда" – 0 используется в основном, в трансформаторах небольшой номинальной мощности, питающих симметричные трехфазные электроприемники. Иногда данный вид соединений применяется в схемах большой номинальной мощности, в том случае если требуется заземление нейтральной точки звезды.
Схема неудобна, принимая во внимание необходимость ограничения негативного влияния высших гармоник ряда v-3n (n=1,3,7.) в токе холостого хода при питании от трехфазной сети. Кроме того, она невыгодна при асимметричной нагрузке (токи нулевой последовательности), когда выведена нейтральная точка звезды вторичных обмоток. Это вызывает необходимость дополнительной, так называемой, компенсационной обмотки – КО, соединенной в треугольник.
б) Схема соединения обмоток «треугольник-звезда» используется в основном, в понижающих трансформаторах большой мощности. Трансформаторы с таким соединением обмоток работают в составе систем питания токораспределительных сетей низкого напряжения. Как правило нейтральная точка звезды заземляется, обеспечивая возможность использования как, линейного так и фазного напряжений. Данное соединение очень выгодно, принимая во внимание сокращение третьей гармоники тока и токов нулевой последовательности при ассиметричной нагрузке.
в) Схема соединения обмоток «треугольник-зигзаг» используется в основном в понижающих трансформаторах небольшой номинальной мощностью (например ТСН). В такой схеме нейтральная точка соединения обмоток в зигзаг выведена на клемную колодку для того, чтобы иметь возможность использовать фазные напряжения. Данное решение применяется редко, прежде всего, из экономических соображений. Сравнивая, например, звезду и зигзаг при одинаковом номинальном токе и одинаковом сечении проводов, можно сделать вывод что кол-во витков зигзага при одинаковом наименьшем линейном напряжении в 2/1,73 раза превышает количество витков звезды, отсюда стоимость меди в зигзаге более чем на 15% превышает стоимость меди в звезде. Поэтому использование таких схем ограничивается, прежде всего питанием асимметричных потребителей (например, в случае большого количества однофазных потребителей), когда необходимо симметричное распределение фазных напряжений во вторичной части трансформатора.
Правильный выбор группы соединений оказывает большое влияние на исправную работу трансформатора. Выше приведены только основные характеристики отдельных схем соединений. Часто возникает необходимость более глубокого анализа всей системы с точки зрения, трансформатор + нагрузка.
По типу охлаждения различают сухие и масляные трансформаторы.
Первый вариант имеет воздушное охлаждение, используется там, где повышены требования к экологии и пожаробезопасности.
Второй вариант представляет собой корпус, заполненный маслом с диэлектрическими свойствами, в который погружен сердечник с обмотками;
Особенностью сухих трансформаторов является возможность эксплуатации в умеренно холодных климатических условиях. Номинальная работа возможна при температуре окружающей среды от -25 до +40°С. Сухие силовые трансформаторы подходят для функционирования в условиях повышенной вибрации, а также в помещениях с сильной запыленностью, в агрессивных или взрывоопасных средах.
Сухие трансформаторы обладают следующими преимуществами:
- Использование стали с низкими удельными потерями снижает потери сухого трансформатора;
- Применение литой обмотки в сухих трансформаторах дает возможность в тех же габаритах получить трансформаторы для использования в сетях с более высоким уровнем напряжения;
- Экологичность. В трансформаторах отсутствует масло, токсичные и едкие газы, благодаря чему окружающая среда не загрязняется;
- Применение в силовом трансформаторе литой изоляции позволяет обеспечить высокий уровень пожаробезопасности. Токсичность выделяемых газов при горении (F1).
Наиболее популярный тип маслонаполненного трансформатора - ТМГ. Tpaнcфopмaтop мacляный выполняется герметичным и заполняется трансформаторным маслом, которое применяется для охлаждения агрегата. Герметичность в трансформаторах TMГ не даёт маслу соприкасаться c воздухом и окисляться, поэтому силовые масляные трансформаторные установки не нуждаются в проведении сложных мероприятий по обслуживанию, вроде постоянного профилактического ремонта и ревизии.
Трансформатор ТМГ еще на заводе изначально изготавливается с защитой от перегрева. Термостойкие свойства закладываются в конструкцию еще при производстве, когда трансформатор под вакуумом наполняют дегазированным трансформаторным маслом. Данная операция предотвращает появление воздушных подушек, возникающих при выделении из масла воздуха, который в нем растворен.
Одним из немаловажных преимуществ масляных трансформаторов перед сухими является их стойкость к перегреву при кратковременной перегрузке в аварийных режимах работы. Этот фактор особо важен при питании потребителей I и II категории на двухтрансформаторной подстанции при потере питания на одном из трансформаторов. После срабатывания АВР один трансформатор принимает на себя нагрузку другого.
Мощность моделей стандартного исполнения варьируется от 16 до 4000 кВА. Нормативный срок эксплуатации стандартных ТМГ составляет 30 лет.
Подводя итог нашей краткой статьи, для выбора подходящего типа трансформатора в первую очередь необходимо четкое понимание целей и условий его эксплуатации, а также требований безопасности, предъявляемых к месту его установки.
