Избор на капацитет и номер на електропреобразувател и мерки за оптимизация на операцията

Безопасната и икономична експлоатация на трансформатори за електроенергия е свързана с безопасността, икономиката, стабилността и надеждността на операциите в различни индустрии. Ограниченията като инвестиционни икономически показатели за избор, икономическите ползи от поддръжка и експлоатация, както и приспособяемостта в нова среда (достъп до разпределени източници на енергия, конфигурация на съхранение на енергия и др.) правят невъзможно да бъдат включени всички фактори в други аспекти.

Капацитетът на трансформатора предимно зависи от капацитета на дългосрочната натовареност. Как да се избере рационално капацитета и броя на трансформаторите, и в същото време да се предотврати замяна или изключение на трансформаторите поради проблеми с капацитета (като фактори на ръст на натовареността) е проблем, който изисква комплексно разглеждане.

Изборът на капацитета на трансформатора трябва да се определи според изчисленията за натовареност на оборудването, което той обслужва, както и видовете и характеристиките на натовареността. Изчислената натовареност е основата за проектиране и изчисления на доставката на електроенергия. Нормалната натовареност на трансформатор не трябва да надвишава 85%. Когато достигне повече от 90%, това означава, че трансформаторът работи при почти пълна натовареност.

Натовареността на електрическото оборудване варира непрекъснато. Ако нормалната работна натовареност вече е над 90%, няма останало пространство за справяне с ударните токове на някои ударни устройства, като голями електродугови сварочные машини, кранове, преси и стартиране на високомощни мотори и други динамични натоварвания. Може често да се наблюдават краткосрочни явления на прекомерна натовареност. Въпреки че трансформаторът може да работи при прекомерна натовареност за кратко време, честата прекомерна натовареност все пак ще окаже влияние върху срока на полезност на трансформатора.

Когато различни експлуатационни данни са близо до номиналните граници на трансформатора, се увеличава рискът от преждевременно повредяване на трансформатора. При дългосрочна експлоатация, в трансформатора неизбежно ще възникнат следните проблеми:

• Температурите на обмотките, контактните клещи, връзките, изолацията и трансформаторното масло ще се увеличат и може да достигнат неприемливо ниво;

• Плотността на утечката флюкс извън желязната ядро ще се увеличи, така че металните части, свързани с вторичния утечен флюкс, ще генерира топлина поради ефекта на вихревите токове;

• С промените на температурата, съдържанието на влага и газ в изолацията и маслото ще се промени;

• Втулките, регулаторите на напрежението, устройствата за връзка на кабелни крайници и токоизмервателните трансформатори също ще бъдат изложени на относително висок термален стрес, което ще повлияе на техническата им конструкция и сигурността им;

• Основният флюкс и увеличената утечка от флюкс ще се комбинират, което ще ограничи възможностите за прекомерна екситация на желязната ядро.

Съответстващи мерки:

Рационално разпределение на натовареността, използване на електрическото оборудване в организиран ред и намаляване на съвместната степен на използване.

Уместно увеличаване на изходното напрежение на нисконапреговата страна с едно ниво.
Тъй като трансформаторът е близо до пълна натовареност, това неизбежно води до намаление на изходното напрежение на трансформатора, което означава, че напрежението на електрическото оборудване в края може да бъде по-ниско. Това ще доведе до прекомерен активен ток и увеличение на загубите на мощност. Увеличаването на напрежението може да намали тока.

Подобряване на фактора на мощност.Използването на компенсация на реактивна мощност за подобряване на фактора на мощност може да намали инвестициите и да спести ценните метали, което е много полезно за цялата система за доставка на електроенергия.
Ако капацитетът на трансформатора и линията е недостатъчен, това може да бъде решено чрез инсталиране на устройство за компенсация на реактивна мощност.
Инсталирането на устройство за компенсация на реактивна мощност може да балансира реактивната мощност местно, като по този начин намалява тока, който протича през линията и трансформатора, забавя скоростта на стареене на изолацията на проводниците и трансформатора, продължава срока на полезност. Едновременно с това може да освободи капацитета на трансформатора и линията, и да увеличи капацитета за натоварване на трансформатора и линията.
Инсталиране на устройства за компенсация на реактивна мощност местно при големи индуктивни натоварвания, за да се подобри факторът на мощност, като по този начин се увеличава активната изходна способност на трансформатора. По този начин работният ток може да бъде намален, за да се намалят загубите на мощност, което ефективно намалява тока на натоварване и загубите на мощност, и след това намалява степента на натоварване на трансформатора.

Рационално разпределение на трифазната натовареност. При проектирането на разпределителен трансформатор, неговата обмоточна структура е проектирана според условията на равномерно разделена натовареност. Неговите обмотки имат съществено еднакви характеристики, а номиналната мощност на всяка фаза е равна. Максималната позволена изходна мощност на разпределителния трансформатор е ограничена от номиналната мощност на всяка фаза. При работа на разпределителния трансформатор при неравномерна трифазна натовареност, се генерира нулева последователност на тока, която се променя със степента на неравномерността на трифазната натовареност. Колкото по-голяма е степента на неравномерност, толкова по-голям е токът на нулевата последователност.Ако в работещия разпределителен трансформатор има ток на нулева последователност, в желязната ядро ще се генерира магнитен поток на нулева последователност. Това принуждава магнитния поток на нулева последователност да минава през стените на резервоара и стоманените части като канали. Но магнитната проницаемост на стоманените части е относително ниска. Когато токът на нулева последователност минава през стоманените части, се появяват магнитни хистерезис и вихреви загуби, което води до местно повишаване на температурата и генериране на топлина на стоманените части на разпределителния трансформатор. Обмотката на изолацията на разпределителния трансформатор ще се ускори в стареене поради прекомерно затопляне, което води до намаление на срока на полезност на оборудването. Едновременно с това, наличието на ток на нулева последователност също ще увеличи загубите на разпределителния трансформатор.

Разпределителният трансформатор е проектиран според условието за равномерно разделена трифазна натовареност. Съпротивлението, утечката индуктивност и екситационната индуктивност на всяка фазова обмотка са съществено еднакви. При работа на разпределителния трансформатор при равномерна трифазна натовареност, трите фазови тока са съществено равни, а нападането на напрежението във всяка фаза във вътрешността на разпределителния трансформатор също е съществено еднакво, така че трифазното напрежение, изходящо от разпределителния трансформатор, също е равномерно.

Едновременно, при работа на разпределителния трансформатор при неравномерна трифазна натовареност, трифазните изходни токове са различни, и има ток, който протича през нейтралната линия. Така се генерира нападане на напрежението поради импеданса в нейтралната линия, което води до отклонение на нейтралната точка, което причинява промени в фазните напрежения. Фазата с тежка натовареност ще има намалено напрежение, докато фазата с лека натовареност ще има увеличено напрежение;Изборът на трансформатор за електроенергия зависи от изчисленията за натовареност, а изчислената натовареност е свързана с размера и характеристиките на натовареността в системата и устройството за компенсация на мощността в системата. Капацитетът на трансформатора може да бъде избран гъвкимо според действителната ситуация. По време на експлоатацията на трансформатора за електроенергия, натовареността му винаги се променя. Разрешава се работа при прекомерна натовареност, когато е необходимо. Но за вътрешни трансформатори, прекомерната натовареност не трябва да надвишава 20%; за външни трансформатори, прекомерната натовареност не трябва да надвишава 30%.

Броят на трансформаторите обикновено се определя, като се вземат предвид комплексно условия като ниво на натовареност, капацитет за потребителски нужди и икономическа експлоатация. Когато са изпълнени един или повече от следните условия, е препоръчително да се инсталират два или повече трансформатора:

• Има голям брой първа или втора категория на натовареност. Когато трансформаторът е дефектен или е под поддръжка, повече от един трансформатор може да гарантира надеждността на доставката на електроенергия за първата и втората категория на натовареност.

• Сезонната натовареност се променя значително. Според реалната големина на натовареността, броят на трансформаторите, които се включват в експлоатация, може да се коригира съответно, за да се постигне икономическа експлоатация и спестяване на електроенергия.

• Капацитетът на концентрираната натовареност е голям. Въпреки че е трета категория на натовареност, капацитетът на един трансформатор е недостатъчен. В този случай, трябва да се инсталират два или повече трансформатора.