Трансформаторы серии ТМГСУ

           

ТРАНСФОРМАТОРЫ ТИПА ТМ, ТМГ
СО СПЕЦИАЛЬНЫМ ВСТРОЕННЫМ СИММЕТРИРУЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

                  Одной из главных задач электроснабжения является обеспечение качества выходных напряжений распределительных трансформаторов, удовлетворяющих требования ГОСТ 13109-87 при всевозможных нормальных режимах их работы, а также решение этой задачи с минимальными издержками.
                    В четырехпроводных электрических сетях 0,38 кВ России и других стран СНГ в основном используются трансформаторы со схемой соединения обмоток "звезда-звезда-нуль" (У/Ун). Однако, эти самые дешевые в изготовлении трансформаторы в эксплуатации экономичны лишь при симметричной нагрузке фаз. Реально в сетях с большим удельным весом однофазных нагрузок равномерность их подключения во времени пофазно нарушается и потери электрической энергии в таких трансформаторах резко возрастают. На рисунке 1 показаны зависимости потерь короткого замыкания Рк трансформатора ТМ 100/10 при различных схемах соединения обмоток от величины тока в нулевом проводе, при Ib =Ic = Iн и Ia = 0- Iн. Из рисунка следует, что в трансформаторах У/Ун с увеличением тока Iнб резко растут потери Рк.
зависимость потерь короткого замыкания                     
 
                    Этот рост обусловлен появлением потоков нулевой последовательности (Ф0) в магнитных системах трехфазных трансформаторов У/Ун, создаваемых токами небаланса Iнб   ( равных 3 I0), протекающих в нулевом проводе сети. Ф0 носят характер потоков рассеяния, аналогичных потокам короткого замыкания Фкз, но по величине они значительно больше, о чем, в частности, позволяют судить соотношения полных сопротивлений Z0 и Zкз. Экспериментальные данные показывают, что Z0 больше   Zкз в 5 - 8, а для некоторых конструкций трансформаторов - в 12 и более раз.
                      Неизбежным последствием неравномерности нагрузки фаз в сетях с трансформаторами У/Ун является резкое искажение системы фазных напряжений (на практике это называют смещением нулевой точки). Как следствие - увеличение потерь также и в линиях 0,38 кВ.
                      Искажение фазных напряжений в реальных условиях эксплуатации нередко вызывает такое их отклонение уже на низковольтных вводах трансформатора, которое значительно превышает нормы ГОСТ на качество электроэнергии. В конце линий, по данным исследований, это отклонение напряжений приблизительно в два раза выше. При указанном качестве питания токоприемников, повышение в них потерь электроэнергии и отказы в работе, в том числе у бытовых приборов (холодильников и т.п.), вполне естественно. К сожалению, до настоящего времени целенаправленных работ по данным вопросам проводилось недостаточно, однако, как показывает практика, экономический урон от искажения напряжений у токоприемников огромен.
                       Завышение установленной мощности трансформаторов У/Ун, сверх требуемой по расчету (для понижения несимметрии напряжения), дает незначительный эффект, зато повышение потерь электроэнергии в сети дает значительное.
                     Кроме того токи нулевой последовательности, при несимметрии нагрузки, в магнитной системе трансформатора У/Ун создают потоки нулевой последовательности, которые замыкаясь через его бак, дно, крышку разогревают их, ухудшая охлаждение активной части. Это повышает температуру изоляции обмоток сверх нормы и трансформатор, при суммарной нагрузке ниже номинальной, оказывается перегруженным. Такое положение объективно вызывает необходимость в увеличении номинальной мощности трансформатора на одну, а иной раз на две ступени больше необходимой (расчетной) со всеми вытекающими последствиями.
                       Для устранения указанных недостатков кафедрой электроснабжения сельского хозяйства БАТУ, Минским электротехническим заводом им. В.И. Козлова и Минскэнерго разработано специальное новое симметрирующее устройство (СУ), которое является неотъемлемой частью трансформатора со схемой У/Ун.
                       Симметрирующее устройство представляет собой отдельную обмотку, уложенную в виде бандажа поверх обмоток высшего напряжения трансформатора со схемой соединения обмоток У/Ун. Обмотка симметрирующего устройства рассчитана на длительное по ней протекание номинального тока трансформатора, т.е. на полную номинальную однофазную нагрузку.
                       Обмотка симметрирующего устройства включена в рассечку нулевого провода трансформатора из расчета того, что при несимметричной нагрузке и появлении тока в нулевом проводе трансформатора, а также связанного с ним потока нулевой последовательности, поток, создаваемый симметрирующим устройством равный по величине и направленный в противоположном направлении, компенсирует действие потока нулевой последовательности, предотвращая этим самым перекос фазных напряжений.
схема подсоединения обмотки СУ
Схема подсоединения обмотки симметрирующегоустройства (СУ) к обмоткам НН
                      
                        Трансформаторы с СУ улучшают работу защиты, повышают безопасность электрической сети. В них резко снижено разрушающее воздействие на обмотки токов при однофазных коротких замыканиях.
                       СУ значительно улучшает синусоидальность напряжения при наличии в сети нелинейных нагрузок, что крайне важно при питании многих чувствительных приборов, например, эвм, автоматики, телевизоров.
 

 Таблица сравнительных характеристик трансформаторов ТМГ и ТМГСУ напряжением 6 – 10/0,4 кВ, схема и группа соединения обмоток У/Ун-0 

 
Мощность, кВА
Потери, кВт
Габаритные размеры, мм
Zо, Ом
Масса,
кг
хх
кз
L
B
H
ТМГ
25
0,115
0,6
800
640
930
4,05
240
ТМГСУ
25
0,115
0,6
900
530
930
1,316
280
ТМГ
40
0,155
0,88
840
680
1000
2,72
300
ТМГСУ
40
0,155
0,88
900
560
1000
0,82
370
ТМГ
63
0,22
1,28
950
730
1020
1,905
420
ТМГСУ
63
0,22
1,28
950
730
1020
0,63
420
ТМГ11
100
0,29
1,97
935
730
1060
1,3
490
ТМГСУ
100
0,27
1,97
1000
720
1180
0,361
540
ТМГ11
160
0,41
2,6
1020
755
1245
1,06
670
ТМГСУ11
160
0,41
2,6
1060
725
1200
0,27
660
ТМГ11
250
0,57
3,7
1140
820
1270
0,56
920
ТМГСУ11
250
0,57
3,7
1170
840
1270
0,197
920

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 Энергетические характеристики трансформаторов (потери короткого замыкания, холостого хода и др.) от наложения симметрирующего устройства практически не меняются, но при этом значительно сокращаются потери электроэнергии в сети. Система же фазных напряжений при неравномерной нагрузке фаз симметрируется приблизительно как при схеме соединения обмоток У/Zн.
                Это наглядно демонстрируют сравнительные испытания трансформаторов ТМГСУ-25/10-У1 и ТМГ-25/10-У1 в режиме однофазной и двухфазной нагрузки.   Результаты представлены в таблицах
Однофазная нагрузка

Трансформатор с СУ

Iнн,А
фаза «а»
Uаb,В
Ubc,В
Uac,В
Uao,В
Ubo,В
Uco,В,
3,61
402
398
398
232
230
232
7,22
402
398
398
228
231
232
10,83
400
398
398
225
232
232
14,44
400
400
396
224
232
234
18,05
400
400
394
222
232
236
21,66
400
400
392
216
232
236
25,27
400
396
388
216
232
236
28,88
396
400
388
212
232
236
32,49
396
400
389
208
232
236
36,1
400
404
388
208
236
240

однофазная нагрузка

Трансформатор без СУ

Iнн, А
фаза «а»
Uаb,В
Ubc,В
Uac,В
Uao,В
Ubo,В
Uco,В
3,61
404
404
396
224
231
229
7,22
400
404
396
216
237
233
10,83
400
404
394
210
239
234
14,44
396
404
392
200
241
235
18,05
394
404
390
194
245
237
21,66
392
403
389
188
249
241
25,27
390
403
388
180
253
245
28,88
388
403
384
172
253
249
32,49
384
403
380
164
255
253
36,1
384
402
380
160
257
   257

однофазная нагрузка без СУ

 Двухфазная нагрузка

Трансформатор с СУ

Iнн,А
фаз а,b
Uab,В
Ubc,В
Uac,В
Uao,В
Ubo,В
Uco,В
3,61
408
404
406
234
232
231
7,22
402
402
404
232
231
232
10,83
400
402
402
231
229
233
14,44
396
402
402
228
226
234
18,05
392
400
400
227
225
234
21,66
388
400
396
224
224
234
25,27
384
400
396
222
222
234
28,88
380
400
394
220
220
234
32,49
380
400
392
218
218
234
36,1
376
400
392
216
216
234

двухфазная нагрузка с СУ

Трансформатор без СУ

Iнн,А
фаз а,b
Uab,В
Ubc,В
Uac,В
Uao,В
Ubo,В
Uco,В
3,61
400
401
398
229
231
232
7,22
396
400
396
225
228
232
10,83
396
400
400
224
227
238
14,44
393
400
400
223
225
240
18,05
392
402
401
220
224
244
21,66
392
401
404
220
223
248
25,27
388
404
406
218
222
250
28,88
386
404
406
216
218
252
32,49
382
400
406
214
217
256
36,1
380
400
406
212
214
258

двухфазная нагрузка без СУ

               В настоящем докладе приведены результаты оценочных расчетов экономической эффективности использования в четырехпроводных электрических сетях 0,38 кВ Республики Беларусь трансформаторов с новой схемой соединения обмоток "звезда-звезда-нуль с симметрирующим устройством", исходя только из потерь электрической энергии в трансформаторах и линиях.
                  Проведенный анализ сетей РБ позволил определить среднестатистическую сеть 0,38 кВ со следующими параметрами: мощность трансформатора - 100 кВА (с учетом коммунально-бытовых потребителей в городах и городских поселках); длина линии - 0,8 км; количество линий на одной ТП -3; сечение провода линии - 35 мм2; нагрузка линий 0,38 кВ принята пропорциональной мощности трансформатора, от которого она запитана, и считалась равномерно распределенной по всей длине линии; время использования максимума нагрузки в году - 2000 часов; величина тока в нулевом проводе 0,25 от номинального фазного.
               Расчеты дополнительных потерь электрической энергии за счет несимметрии нагрузки были выполнены Белэнергосетьпроектом (г. Минск) по известным формулам с применением метода симметричных составляющих и использованием ЭВМ. Они производились в зависимости от величины тока в нулевом проводе, значения которого изменялось от 0 до 0,5 номинального фазного для трансформаторов мощностью от 25 до 250 кВА. Сечение нулевого провода принималось равным сечению фазных проводов.
                Результаты расчетов сведены в таблице 1 (Sн – номинальная мощность трансформатора, кВА; Iнб -ток в нулевом проводе (в относительных единицах); Рк - потери короткого замыкания, Вт ( для трансформаторов со схемами соединения обмоток У/Ун, У/Zн, У/Ун с СУ); ΔРл - дополнительные потери электроэнергии в линиях сети с трансформаторами У/Ун, У/Zн по сравнению с сетью с трансформаторами У/Ун с СУ; Q - годовая экономия электроэнергии в сетях с трансформаторами У/Ун с СУ по сравнению с сетями с трансформаторами У/Ун, У/Zн.
 
Sн, кВА
Марка и сечение провода
 
 
Iнб
Рк, Вт
ΔРл, Вт
Q, кВт · ч
У/Ун
У/Zн
У/Ун с СУ
У/Ун
У/Zн
У/Ун
У/Zн
100
А35
0
1970
2265
1970
0
0
0
591
100
А35
0,1
1941
2127
1854
28
0
229
546
100
А35
0,2
2125
2014
1770
168
0
1026
488
100
А35
0,25
2278
1967
1739
307
-1
1693
454
100
А35
0,3
2492
1926
1716
509
-1
2569
418
100
А35
0,4
3073
1863
1693
1140
-2
5037
335
100
А35
0,5
3857
1825
1702
2150
-4
8609
238
25
А35
0,25
633
599
530
14
0
233
139
40
А35
0,25
979
878
777
48
0
501
203
63
А35
0,25
1450
1278
1130
115
0
871
295
160
А35
0,25
3272
2645
2339
828
-1
3521
611
250
А35
0,25
4665
3694
3266
1699
-2
6196
852
 
               Сопоставление потерь в среднестатистической электрической сети при неравномерной нагрузке с трансформаторами со схемами соединения У/Ун, У/Zн, и У/Ун с СУ показывает, что наиболее экономичной из них является схема У/Ун с СУ.
              Выполненные Белэнергосетьпроектом расчеты сроков его окупаемости в зависимости от величины тока в нулевом проводе дали результаты, приведенные в таблице 2.(ток небаланса указан в относительных единицах)
 
Таблица 2
Iнб
Номинальная мощность трансформатора У/Ун СУ(Sн), кВА
25
40
63
100
160
250
0
0
0
0
0
0
0
0,1
13,5
7
5,1
4,7
2,9
1,9
0,2
3,2
1,7
1,2
1,0
0,6
0,4
0,25
2,0
1,0
0,7
0,6
0,4
0,2
0,3
1,4
0,7
0,5
0,4
0,2
0,2
0,4
0,7
0,4
0,2
0,2
0,1
0,1
0,5
0,4
0,2
0,1
0,1
0,1
0,1
                 
                   Из таблицы следует, что при среднестатистическом токе в нулевом проводе 0,25 от номинального фазного, симметрирующая обмотка только у трансформаторов Sн = 25 кВА окупается в срок 2 года и у Sн = 40 кВА в срок 1 год, для всех остальных мощностей окупаемость менее года.
                 Трансформаторы в среднем работают около 40 лет, отсюда не трудно определить прибыль предприятия, установившего в сетях 0,38 кВ с несимметричной нагрузкой фаз трансформаторы со схемой соединения обмоток У/Ун с СУ. 
                  Использование в электрических сетях 0,38 кВ с несимметричной нагрузкой фаз трансформаторов ТМ и ТМГ со схемой У/Ун с СУ мощностью от 25 до 250 кВА, выпуск которых осуществляется на МЭТЗ им. В.И. Козлова, позволяет получить значительный экономический эффект только за счет сокращения ничем не оправданных потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах.
                   Трансформаторы с симметрирующим устройством мощностью от 63 до 250 кВА разработаны и выпускаются в герметичном исполнении (типа ТМГ).
                  Внутренний объем таких трансформаторов не имеет сообщения с окружающей средой, они полностью заполнены маслом. Расширитель и воздушная или газовая «подушка» отсутствуют. Это значительно улучшает условия работы масла, исключает его увлажнение, окисление и шламообразование. Трансформаторное масло перед заливкой в трансформатор дегазируется. Благодаря этому масло своих свойств, практически не меняет в течение всего срока службы трансформатора, поэтому производить отбор пробы масла не требуется.
                    Трансформаторы в герметичном исполнении практически не требуют расходов на предпусковые работы и на обслуживание в процессе эксплуатации, не нуждаются в профилактических ремонтах и ревизиях в течение всего срока эксплуатации. Это позволит снизить непроизводственные расходы в течение всего срока эксплуатации трансформатора, в зависимости от его мощности, на 40 – 63 % его полной стоимости.

 

Подробное описание
(pdf, 284kb)



Продукция / Силовые трансформаторы /