Распределительные трансформаторы и их роль в снижении потерь энергии в распределительных сетях - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Производство и ресурсы

5777
Распределительные трансформаторы и их роль в снижении потерь энергии в распределительных сетях

По оценкам американских экспертов в одних лишь США суммарные потери систем передачи и распределения электроэнергии в 2005 г. составили в денежном выражении более чем 21 млрд. USD. Поэтому (наряду с оптимизацией выработки электроэнергии) исключительно важной является проблема минимизации потерь при подаче электроэнергии потребителям, осуществляемая с помощью силовых распределительных трансформаторов. Решение этой проблемы, как будет показано в этой статье, в значительной мере может быть достигнуто путем существенного улучшения технических характеристик распределительных трансформаторов, в которых выделяется значительная часть общих потерь в системах передачи и распределения электроэнергии.

 

Общая характеристика конструкций и технические характеристики силовых распределительных трансформаторов, производимых в СНГ

Распределительные трансформаторы предназначены для работы в электрических сетях, осуществляющих непосредственное снабжение потребителей электроэнергией. Подавляющее большинство таких трансформаторов являются масляными (маслонаполненными). Кроме того, к распределительным трансформаторам относят также и другие типы трансформаторов, в том числе сухие с теми же пределами мощности и напряжения, а также трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком. Количество этих типов трансформаторов в распределительных сетях непрерывно возрастает по мере совершенствования технологии их изготовления.

Системы охлаждения трансформаторов общего назначения (в том числе и распределительных) определяются требованиями ГОСТ 11677-85. Соответствие условных обозначений видов систем охлаждения трансформаторов, принятых по ГОСТ и МЭК, приведены в табл.1.

Масляные силовые распределительные трансформаторы(трансформаторы, у которых основной изолирующей и охлаждающей средой является трансформаторное масло). Мощности таких распределительных трансформаторов, выпускаемых рядом трансформаторных заводов СНГ, находятся в основном в диапазоне до 2500 кВ*А, а напряжение стороны обмотки высшего напряжения (ВН) обычно не превышает 33 (35) кВ. Такие трансформаторы, устанавливаемые на распределительных подстанциях, в специальных помещениях, непосредственно примыкающих к производственным цехам промышленных предприятий, а также в открытых установках, осуществляют электроснабжение промышленных предприятий и установок, жилых зданий и помещений, сельскохозяйственных предприятий и т.п. Напряжение электрических сетей цехов предприятий и жилых помещений (сторона низшего напряжения (НН) трансформаторов) может быть 380, 220, 127 В, а во взрывоопасных, сырых и других помещениях с повышенной опасностью – 36, 24 и 12 В.

По виду защиты масла от воздействий окружающей среды масляные распределительные трансформаторы, предназначенные для работы на открытых площадках, под навесом, в закрытых проветриваемых помещениях и в условиях повышенной влажности, могут выполняться:

- с проветриванием через устройства, заполненные силикагелем (ТМ), т.е. могут быть негерметичными;

- герметичными с гофрированным баком (ТМГ).

Общий вид двух типов масляных распределительных трансформаторов мощностью 630 кВ*А и напряжением 10 кВ – негерметичного и герметичного исполнения – показан на рис.1 (тип ТМ-630/10) и на рис.2 (тип ТМГ-630/10) соответственно.

Как видно из рис.2, герметичные трансформаторы типа ТМГ (в отличие от негерметичных типа ТМ) имеют гофрированные баки, полностью исключающие контакт трансформаторного масла с окружающей средой. Это значительно улучшает условия эксплуатации масла, исключает его увлажнение, окисление и шлакообразование и, как следствие, позволяет полностью отказаться от ухода за маслом в процессе эксплуатации. Трансформаторы типа ТМГ полностью заливаются маслом под глубоким вакуумом, что увеличивает надежность работы их изоляции в виду отсутствия непосредственного соприкосновения трансформаторного масла с кислородом воздуха. У трансформаторов типа ТМГ отсутствует расширитель, поскольку температурные изменения объема масла компенсируются упругой деформацией гофрированных стенок бака. Перед заливкой трансформаторное масло дегазируется, и поскольку в течение всего срока службы оно практически не меняет своих свойств, то тем самым отсутствует необходимость отбирать пробы масла для последующего анализа. Ресурс работы таких трансформаторов в течение 25 лет подтверждается специальными механическими испытаниями на износостойкость, включающими в себя 10000 циклов воздействия максимального и минимального давлений.

Маслонаполненные распределительные трансформаторы имеют рядконструктивно-технологических особенностей. Так, их магнитопровод имеет стержневую конструкцию, и для снижения потерь х.х. используется косой стык пластин в месте соединения стержней и ярем, причем применение ступенчатого расположения стыков пластин (так называемое соединение «степ-лэп») в стержнях и ярмах позволяет достичь дополнительного снижения этих потерь. Основными изоляционными материалами в таких трансформаторах являются кабельная бумага, электрокартон, бумажно-бакелитовые цилиндры и трубки, а также гетинакс. Регулирование напряжения в распределительных трансформаторах напряжением 6…10 кВ осуществляется (после отключения трансформатора от сети) в пределах ±2*2,5% с помощью устройств ПБВ (переключение без возбуждения), обеспечивающих изменение числа включенных витков обмотки ВН трансформатора.

Сухие силовые распределительные трансформаторы (трансформаторы, у которых основной изолирующей и охлаждающей средой является атмосферный воздух). Так как воздух является менее совершенной изолирующей и охлаждающей средой по сравнении с трансформаторным маслом, поэтому в сухих трансформаторах все изоляционные промежутки и вентиляционные каналы делают большими, чем в масляных.

Сухие трансформаторы изготовляют с обмотками со стеклоизоляцией класса нагревостойкости В (ТСЗ), а также с изоляцией на кремнийорганических лаках класса Н (ТСЗК), причем для уменьшения гигроскопичности обмотки пропитывают специальными лаками. Применение в качестве изоляции обмоток стекловолокна или асбеста позволяет значительно повысить рабочую температуру обмоток и получить практически пожаробезопасную установку, что позволяет применять такие трансформаторы для установки внутри сухих помещений в тех случаях, когда обеспечение пожарной безопасностиустановки является решающим фактором.

Сухие трансформаторы имеют несколько большие габаритные размеры и массу (ТСЗ) и меньшую перегрузочную способность, чем масляные, и используются для работы в закрытых помещениях с относительной влажностью не более 80%. Основные преимущества сухих трансформаторов: их пожаробезопасность (отсутствие масла), сравнительная простота конструкции и относительно малые затраты на эксплуатацию.

В настоящее время трансформаторные заводы СНГ освоили производство и серийно выпускают ряд серий таких трансформаторов, краткое описание и основные технические характеристики которых приведены ниже.

1. Трансформаторысиловыесухие серии ТС(З)ГЛ, комплектуемые обмотками с литой изоляцией типа «Геофоль» фирмы SIEMENS. Это силовые понижающие трехфазные двухобмоточные трансформаторы мощностью от 100 до 2500 кВ*А с номинальным напряжением первичной обмотки (обмотки ВН) до 10 кВ включительно и вторичной обмоткой (обмоткой НН) 0,4 кВ. Основные схемы и группы соединения обмоток (ВН/НН) – Д/Ун-11, У/Ун-0.

Технические характеристики трансформаторов серии ТС(З)ГЛ приведены в табл.2, а общий вид трансформатора этой серии показан на рис.3.

2. Трансформаторы силовые сухиесерии ТСГЛ с обмотками с литой изоляцией типа «Геофоль» фирмы SIEMENS. Эти трансформаторы, как и трансформаторы серии ТС(З)ГЛ, являются силовыми понижающими трехфазными двухобмоточными трансформаторами, однако они имеют другой ряд номинальных мощностей – от 630 до 2500 кВجА и более высокий класс напряжения обмотки ВН, составляющий 20 кВ. Общий вид сухого распределительного трансформатора серии ТСГЛ показан на рис.4.

3. Трансформаторы силовые сухие серии ТС(З)Н с обмотками, изготовленными из проводов с изоляцией «NOMEX» класса нагревостойкости Н (180°С), двухобмоточные, общего назначения мощностью от 25 до 1600 кВجА напряжением обмотки ВН до 10 кВ и обмотки НН 0,4 кВ. Магнитопроводы трансформаторов этой серии изготавливаются из высококачественной электротехнической стали. Специальная порезка на линии «Георг» и методы сборки с применением бандажей, стяжных шпилек и специальных клеев обеспечивают низкие потери х.х. и уровень шума. Трансформаторы изготавливаются со степенью защиты IP00 и IP20 (с кожухом).

Отметим, что при соблюдении определенных условий трансформаторы серии ТС(З)Н могут кратковременно работать при перегрузке без уменьшения срока службы (перегрузка ограничивается только перегревом обмоток). Максимальная избыточная температура в 125°С для класса изоляции Н достигается только тогда, когда температура окружающей среды составляет 40°С и трансформатор работает длительное время при номинальной нагрузке. Если же температура окружающей среды ниже 10°С и/или предыдущая нагрузка меньше 100% от номинальной, то температуры обмоток будут ниже допустимого максимума.

Технические характеристики трансформаторов серии ТС(З)Н приведены в табл.3, а общий вид трансформатора этой серии показан на рис.5.

Отметим, что все из указанных выше серий сухих трансформаторов используются во многих отраслях народного хозяйства; их устанавливают в промышленных помещениях и общественных зданиях, к которым предъявляются повышенные требования в части пожаробезопасности, взрывозащищенности и экологической чистоты. Основные схемы и группы соединения обмоток ВН/НН: Д/Ун-11, У/Ун-0. Трансформаторы этих серий соответствуют стандартам МЭК-76, их производство сертифицировано по ИСО 9001.

4. Трансформаторы силовые сухие серииТСЗ-6,3/0,38 УХЛ 2 мощностью 6,3 кВ*А (рис.6), а также трансформаторы серий ТЗС мощностью от 10 до 25 кВ*А. Такие трансформаторы предназначены для электроснабжения трехфазным переменным током частотой 50 Гц токоприемников различного напряжения.

Основные преимущества трансформаторов указанных выше серий:

- нагревостойкость изоляции класса В, позволяющая эксплуатировать трансформаторы этой серии в широком диапазоне изменения температур окружающей среды – от –45 до +50°С;

- электрическая прочность изоляции между обмотками ВН и НН составляет 3 кВ, что позволяет не заземлять сухие силовые трансформаторы;

- возможность подключения силового трансформатора на нужное напряжение сети (380 или 220 В). Изменение группы соединения обмотки ВН осуществляется на панели перемычками;

- подключение силового трансформатора осуществляется на панели с помощью латунных шпилек, что обеспечивает надежный контакт в процессе эксплуатации;

- активная часть силового трансформатора этой серии защищена корпусом, имеющим специальные отверстия (жалюзи) для вентиляции, причем на корпусе со стороны ВН и НН предусмотрены специальные устройства (сальники) для фиксации подводящего и отводящего кабелей, чтобы избежать их выдергивание в процессе эксплуатации.

Основные технические характеристики трансформаторов серий ТСЗ-6,3/0,38; СЗ-10/0,38; TC-16/0,38; СЗ-20/0,38; ТСЗ-25/0,38; ТС3-40/0,38 и ТС3В-63/0,38 приведены в табл.4.

5.Распределительные трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком. Такие трансформаторы, обычно относящиеся к трансформаторам I–III габаритов, устанавливаются в непосредственной близости от потребителя – с целью обеспечения пожаро- и взрывобезопасности, а в последнее время также и с целью санитарной и экологической безвредности.

Трансформаторы, заполненные негорючим жидким диэлектриком, в основном имеют конструкцию, близкую к традиционной, причем в связи с повышенным влагопоглощением, интенсивным выделением паров, жидкости и т.д., требуется герметизированное исполнение таких трансформаторов.

Отметим, что после запрещения использования в 1979 г. в США, Японии и некоторых европейских странах в трансформаторах в качестве охлаждающей и изолирующей жидкости негорючих полихлордифенилов (сокращенно – ПХД) в связи с их высокой токсичностью и устойчивостью к процессам биоразложения ведущие мировые трансформаторные компании включились в интенсивный поиск жидких диэлектриков-заменителей ПХД.

В результате этих поисков было установлено, что для этих целей наиболее приемлемым, совместимым с материалами, обычно используемыми в масляных трансформаторах, является негорючий жидкий диэлектрик, который должен быть самогасящимся, нетоксичным, биоразлагаемым и иметь низкий коэффициент объемного расширения при нагреве.

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus