Оцінка та аналіз характеристик навантаження розподільчих трансформаторів

Глибокий аналіз та ключові розгляди для оцінки характеристик навантаження

Оцінка характеристик навантаження є основою проектування розподільчих трансформаторів, безпосередньо впливаючи на вибір потужності, розподіл втрат, контроль підвищення температури та економіку експлуатації. Оцінку необхідно проводити за трьома вимірами: тип навантаження, часові динаміки та зв'язок із середовищем, з використанням уточненої моделі, побудованої на основі реальних умов експлуатації.

1. Уточнений аналіз типів навантажень

• Класифікація та характеристики

• Будинкові навантаження: домінують освітлення та побутова техніка, з кривою навантаження, що має подвійний пік (ранок та вечір) та низький річний коефіцієнт навантаження (приблизно 30%–40%).

• Промислові навантаження: класифікуються як неперервні (наприклад, сталеварні), періодичні (наприклад, фрезерування) та імпульсні (наприклад, електродугові печі), що потребують уваги до гармонік, коливань напруги та струмів запуску.

• Комерційні навантаження: такі як торговельні центри та центри обробки даних, характеризуються сезонними варіаціями (наприклад, літнє кондиціонування) та нелінійними характеристиками (наприклад, UPS, частотні перетворювачі).

• Моделювання навантажень

• Використовують еквівалентні схеми або підгонку виміряних даних для кількісного визначення коефіцієнта споживання активної потужності (PF), гармонічного вмісту (наприклад, THDi) та коливань коефіцієнта навантаження.

2. Динамічний аналіз за часовими вимірами

• Щоденна крива навантаження

• Отримана шляхом моніторингу на місцевості або стандартних кривих (наприклад, IEEE), виділяючи піки та періоди між піками та їх тривалість.

• Приклад: щоденна крива промислового парку показує подвійні піки з 10:00–12:00 та 18:00–20:00, з нічними коефіцієнтами навантаження нижче 20%.

• Річна крива навантаження

• враховує сезонні варіації (наприклад, літнє охолодження, зимове опалення) та прогнозує майбутній ріст навантаження за допомогою історичних даних.

• Основні показники: максимальні години використання навантаження за рік (Tmax), коефіцієнт навантаження (LF) та коефіцієнт навантаження (LF%).

3. Зв'язок з середовищем та оцінка кореляції

• Вплив температури

• Кожне збільшення температури оточуючого середовища на 10°C зменшує номінальну потужність трансформатора приблизно на 5% (на основі моделей термічного старіння), що вимагає перевірки можливості перевантаження.

• Вплив висоти

• Кожне збільшення висоти на 300 м зменшує ступінь ізоляції приблизно на 1%, що вимагає коригування дизайну ізоляції або зниження потужності.

• Ступінь забруднення

• Класифікується за IEC 60815 (наприклад, легке, важке забруднення), що впливає на вибір втулок та ізоляторів та відстань по поверхні.

4. Методи та інструменти оцінки

• Підхід, заснований на вимірах

• Збирає реальні дані про навантаження за допомогою інтелектуальних лічильників та осцилографів, після чого проводиться статистичний аналіз (наприклад, розподіл коефіцієнтів навантаження, гармонічний спектр).

• Підхід, заснований на моделюванні

• Використовує програмне забезпечення, таке як ETAP або DIgSILENT, для моделювання електроенергетичних систем у різних сценаріях.

• Емпіричні формули

• Наприклад, формула коефіцієнта навантаження в IEC 60076 для швидкої оцінки потужності трансформатора.

5. Застосування результатів оцінки

• Вибір потужності

• Визначає потужність трансформатора на основі коефіцієнта навантаження (наприклад, 80% проектного резерву) та можливості перевантаження (наприклад, 1,5 рази номінального струму протягом 2 годин).

• Розподіл втрат

• Залізні втрати (PFe) не залежать від навантаження, тоді як медні втрати (PCu) зростають зі зростанням навантаження в квадраті, що вимагає балансу між втратами при нульовому навантаженні та втратами при навантаженні.

• Контроль підвищення температури

• Обчислює температуру гарячих точок обмоток на основі характеристик навантаження, щоб забезпечити відповідність тепловим характеристикам матеріалу ізоляції (наприклад, Клас A ≤105°C).

Висновок

Оцінка характеристик навантаження повинна інтегрувати тип навантаження, часові динаміки та зв'язок з середовищем, використовуючи методи вимірювання, моделювання та емпіричні методи, для побудови уточненої моделі. Результати безпосередньо впливають на вибір потужності, розподіл втрат та надійність експлуатації, формуючи основу проектування розподільчих трансформаторів.

• Економічний аналіз

• Порівнює повернення інвестицій різних потужностей за допомогою оцінки вартості життєвого циклу (LCC).