Výběr distribučních transformátorů pro zásobování elektrickou energií nízkovoltových sítí

Charakteristická data distribučních transformátorů jsou diktována požadavky sítě. Určený efektivní výkon musí být vynásoben faktorem cosφ, aby byl získán jmenovitý výkon Srt. V distribučních sítích je často preferována hodnota uk = 6%.

Výběr distribučních transformátorů pro zásobování nízkonapěťových sítí

Ztráty transformátoru se skládají ze ztrát bez zatížení a ztrát při krátkém spojení. Ztráty bez zatížení vznikají z neustálého obracení magnetizace v železném jádře a zůstávají téměř konstantní, nezávislé na zatížení. Ztráty při krátkém spojení zahrnují ohmové ztráty v vinutích a ztráty vyplývající z únikových polí a jsou proporcionální druhé mocnině úrovně zatížení.

Ztráty transformátoru se skládají ze ztrát bez zatížení a ztrát při krátkém spojení. Ztráty bez zatížení vznikají z neustálého obracení magnetizace v železném jádře. Tyto ztráty jsou téměř konstantní a nejsou ovlivněny zatížením.

Naopak ztráty při krátkém spojení zahrnují ohmové ztráty v vinutích a ztráty způsobené únikovými poli. Jsou proporcionální druhé mocnině velikosti zatížení.

V tomto technickém článku budou diskutovány klíčové kritéria pro výběr distribučních transformátorů v rozmezí 50 - 2500 kVA pro napájení nízkonapěťových sítí.

1. Požadavky na operační bezpečnost

• Běžné zkoušky: Tato pokrývají položky jako jsou ztráty, napětí při krátkém spojení \(u_{k}\) a napěťové zkoušky.

• Typové zkoušky: To zahrnuje zkoušky jako jsou zkoušky ohřevu a zkoušky prudké změny napětí.

• Speciální zkoušky: Tyto zahrnují zkoušky jako jsou zkoušky odolnosti při krátkém spojení a zkoušky hlučnosti.

2. Elektrické podmínky

• Napětí při krátkém spojení: Vezměte v úvahu jeho specifické hodnoty a charakteristiky.

• Symbol spojení / vektorová skupina: Seznamte se s relevantními informacemi o symbolech spojení a vektorových skupinách ( [Přečtěte si více](add the corresponding link here if there is one in the original text) ).

• Transformační poměr: Určete parametry transformačního poměru.

3. Instalační podmínky

• Instalace uvnitř a venku: Zvažte scénáře instalace transformátorů, ať už uvnitř nebo venku.

• Speciální místní podmínky: Vezměte v úvahu vliv speciálních místních podmínek.

• Podmínky ochrany životního prostředí: Dodržujte odpovídající požadavky na ochranu životního prostředí.

• Dizajny: Zvolte mezi olejově zaplněnými nebo hmotou lepenými suchými transformátory.

4. Provozní podmínky

• Nosná kapacita: U olejově zaplněných nebo hmotou lepených suchých transformátorů zvažte jejich nosnou kapacitu.

• Fluktuace zatížení: Vezměte v úvahu situaci fluktuací zatížení.

• Počet provozních hodin: Zohledněte dobu provozu transformátorů.

• Efektivita: Soustřeďte se na efektivitu olejově zaplněných nebo hmotou lepených suchých transformátorů.

• Regulace napětí: Přikládejte význam schopnostem regulace napětí.

• Paralelní provoz transformátorů: Seznamte se s relevantními situacemi paralelního provozu transformátorů ( [Přečtěte si více](add the corresponding link here if there is one in the original text) ).

5. Charakteristická data transformátoru s příklady

• Jmenovitý výkon:SrT = 1000kVA

• Jmenovité napětí: UrOS=20 kV

• Napětí nižší strany:  UrUS=0.4 kV

• Jmenovité bleskové napětí: UrB=125 kV

• Kombinace ztrát

• Ztráty bez zatížení: P0=1700 W

• Ztráty při krátkém spojení: Pk=13000 W

• Akustický výkon: LWA=73 dB

• Napětí při krátkém spojení: uk=6%

• Transformační poměr: PV/SV=20 kV/0.4 kV

• Symbol spojení: Dyn5

• Systémy terminálů: Například systémy flančí na nižší a vyšší straně

• Místo instalace: Ať už uvnitř nebo venku

• a) S méně než 1000 litry tekutého dielektrika

• b) S více než 1000 litry tekutého dielektrika

Vysvětlení

• a. Kabelový potrubí

• b. Cinkovaná plochá ocelová mřížka

• c. Odpadové otvor s ochrannou mřížkou

• d. Rozvinnuté potrubí s pumpou

• e. Rampový systém

• f. Vstupní otvor s ochrannou mřížkou

• g. Vrstva štěrkového nebo drobeného kamene

• h. Šelf

Instalace transformátorů by měla být chráněna před podzemní vodou a povodněmi. Chladicí systém musí být chráněn před slunečním svitem. Musí být také zajištěna ochrana proti požárům a environmentální kompatibilita. Obrázek 1 ukazuje transformátor s obsahem oleje méně než 1000 litrů. V tomto případě je postačující nepropustná podlaha.

Pro obsah oleje více než 1000 litrů jsou povinné sběrné nádrže nebo olejové jamky.

Velikost odpadového otvoru je znázorněna bez mřížky na obrázku 2 pro topení místnosti 15 K.

PV=P0+k×Pk75 [kW]

Definice symbolů:

• A: Odpadové a vstupní otvory vzduchu

• P{V: Ztráty výkonu transformátoru

• k = 1.06 pro olejově zaplněné transformátory

• k = 1.2 pro hmotou lepené transformátory

• Po: Ztráty bez zatížení

• Pk75: Ztráty při krátkém spojení při (75^{\circ}\) Celsia, v kilowattech

• h: Rozdíl výšek, v metrech

Teplotní ztráty vygenerované během provozu transformátoru (Obrázek 4) musí být odvedeny. Pokud nelze použít přirozenou ventilaci kvůli instalačním podmínkám, je nezbytné nainstalovat ventilátor. Maximální celková teplota transformátoru je 40°C.

Celkové ztráty v místnosti s transformátorem

Celkové ztráty v místnosti s transformátorem se počítají následovně: Celkové ztráty v místnosti s transformátorem jsou dány Qloss=∑Ploss, kde:

Ploss=P0+1.2×Pk75×(SAF/SAN)2

Cesty odvodu celkových ztrát

Celkové ztráty jsou odváděny přes Qv=Qloss1+Qloss2+Qloss3

Výpočet odvodu tepla pro každou část

Teplá odvedená přirozenou konvekcí vzduchu: Qloss1=0.098×A1.2×sqrtHΔuL3

Teplá odvedená přinucenou konvekcí vzduchu (viz Obrázek 3): Qloss3=VL×CpL×ρ

Teplá odvedená skrz stěny a strop (viz Obrázek 4):Qloss2=0.7×AW×KW×ΔuW+AD×KD×ΔuD

Vysvětlení významu symbolů

• Pv: Ztráty výkonu transformátoru v kW

• Qv: Celkový odvod tepla v kW

• QW,D: Odvod tepla skrz stěny a strop v kW

• AW,D: Plocha stěn a stropu v \(m^2\)

• KW,D: Koeficient přenosu tepla v \(kW/m^2K\)

• SAF: Výkon chladicího typu AF v kVA

• SAN: Výkon chladicího typu AN v kVA

• VL: Průtok vzduchu v \(m^3/s\) nebo \(m^3/h\)

• Qv1: Část tepla odvedená přirozenou konvekcí vzduchu v kW

• Qv2: Část tepla odvedená skrz stěny a strop v kW

• Qv3: Část tepla odvedená přinucenou konvekcí vzduchu v kW

Obrázek 5 prezentuje hlučnost různých transformátorů podle publikace IEC 551. Magnetický hluk vzniká kmitáním železného jádra (které je závislé na indukci) a závisí na materiálových vlastnostech laminací jádra.

Akustický výkon (Obrázek 6) je měřítkem hlučnosti produkované akustickým zdrojem.