Трансформаторы серии ТМГСУ
ТРАНСФОРМАТОРЫ Т?ПА ТМ, ТМГ
СО СПЕЦ?АЛЬНЫМ ВСТРОЕННЫМ С?ММЕТР?РУЮЩ?М 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. ?з рисунка следует, что в трансформаторах У/Ун с увеличением тока Iнб резко растут потери Рк.
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.
?скажение 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.?. 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 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 |
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 |
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 |
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 |
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 |
?з 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.
?спользование 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.?. 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 /