Wybór pojemności transformatora elektrycznego i optymalizacja jego działania
Bezpieczna i ekonomiczna eksploatacja transformatorów elektrycznych jest związana z bezpieczeństwem, ekonomią, stabilnością i niezawodnością działań różnych branż. Ograniczenia warunków takich jak wskaźniki ekonomiczne inwestycji przy ich wyborze, korzyści ekonomiczne z utrzymania i eksploatacji oraz przystosowanie do nowych środowisk (dostęp źródeł rozproszonej energii, konfiguracja systemów magazynowania energii itp.) sprawiają, że nie można uwzględnić kompleksowych czynników w innych aspektach.
Pojemność transformatora zależy głównie od pojemności długoterminowego obciążenia. Jak prawidłowo wybrać pojemność i liczbę transformatorów, jednocześnie zapobiegając wymianie lub wycofaniu transformatorów ze względu na problemy z pojemnością (np. czynniki wzrostu obciążenia) to problem, który wymaga kompleksowej analizy.
Wybór pojemności transformatora powinien być określony na podstawie obliczonego obciążenia urządzeń, które obsługuje, a także typów i charakterystyk obciążeń. Obliczone obciążenie jest podstawą dla projektowania i obliczeń dostawy energii. Stosunek obciążenia normalnego transformatora powinien najlepiej nie przekraczać 85%. Gdy osiąga ponad 90%, oznacza to, że transformator działa blisko pełnej pojemności.
Obciążenie urządzeń elektrycznych ulega ciągłym wahaniom. Jeśli normalne obciążenie operacyjne już przekracza 90%, nie ma już rezerwy do radzenia sobie z prądami impulsowymi niektórych urządzeń impulso-odpornych, takich jak duże spawarki elektryczne, dźwigi, prasy, start wysokoprężnych silników i innych dynamicznych obciążeń. Może często występować krótkotrwałe przekroczenie obciążenia. Choć transformator może działać w stanie przekroczenia obciążenia przez krótki czas, częste przekroczenia obciążenia nadal wpłyną na długość życia transformatora.
Gdy różne dane operacyjne zbliżają się do nominalnych granic transformatora, rośnie ryzyko przedwczesnego uszkodzenia transformatora. Wraz z długotrwałą eksploatacją, w transformatorze nieuniknione są następujące problemy:
Odpowiednie środki:
Racjonalne alokowanie obciążeń, uporządkowane wykorzystanie urządzeń elektrycznych, redukcja współczynnika jednoczesnego wykorzystania.
Dostosowanie odpowiednio napięcia wyjściowego strony niskiego napięcia o jeden poziom wyżej.
Ponieważ transformator działa blisko pełnej pojemności, nieuniknionie prowadzi to do obniżenia napięcia wyjściowego transformatora, co może spowodować obniżenie napięcia urządzeń elektrycznych na końcu. To spowoduje zwiększenie prądu czynnego i strat mocy. Zwiększenie napięcia może zredukować prąd.
Poprawa współczynnika mocy.Kompensacja reaktywnej mocy do poprawy współczynnika mocy może zmniejszyć inwestycję i oszczędzić kruszce, co jest bardzo korzystne dla całego systemu zaopatrzenia w energię.
Jeśli pojemność transformatora i linii jest niewystarczająca, można to rozwiązać poprzez instalację urządzenia kompensacji reaktywnej mocy.
Instalacja urządzenia kompensacji reaktywnej mocy może zbilansować reaktywną moc lokalnie, co spowoduje zmniejszenie prądu płynącego przez linię i transformator, spowolni starzenie się izolacji przewodników i transformatora, prolongując tym samym jego żywotność. Jednocześnie zwalnia pojemność transformatora i linii, zwiększając zdolność nośną transformatora i linii.
Lokalna instalacja urządzeń kompensacji reaktywnej mocy przy dużych obciążeniach indukcyjnych, aby poprawić współczynnik mocy, zwiększa zdolność produkcyjną transformatora. Dzięki temu prąd roboczy może być zredukowany, zmniejszając straty mocy, co skutecznie zmniejsza prąd obciążenia i straty mocy, a następnie obniża współczynnik obciążenia transformatora.
Racjonalne rozłożenie trójfazowych obciążeń. Przy projektowaniu transformatora dystrybucyjnego, jego struktura cewek jest zaprojektowana według warunków równoważonego działania obciążenia. Jego właściwości cewek są w zasadzie takie same, a nominalna pojemność każdej fazy jest taka sama. Maksymalna dopuszczalna wydajność transformatora dystrybucyjnego jest ograniczona przez nominalną pojemność każdej fazy. Gdy transformator dystrybucyjny działa w warunkach nierównoważonego obciążenia trójfazowego, powstaje prąd zerowy, który zmienia się w zależności od stopnia nierównoważonego obciążenia trójfazowego. Im większy stopień nierównowagi, tym większy prąd zerowy.Jeśli w działającym transformatorze dystrybucyjnym występuje prąd zerowy, powstaje zerowy przepływ magnetyczny w jego rdzeniu. To zmusza zerowy przepływ magnetyczny do przepływu przez ścianę zbiornika i elementy stalowe jako kanały. Jednakże, przewodność magnetyczna elementów stalowych jest stosunkowo niska. Gdy prąd zerowy przepływa przez elementy stalowe, powstają straty histerese i wirowe, co powoduje lokalny wzrost temperatury i generowanie ciepła w elementach stalowych transformatora dystrybucyjnego. Izolacja cewek transformatora dystrybucyjnego będzie się przyspieszała ze względu na nadmierną temperaturę, co prowadzi do skrócenia żywotności urządzenia. Jednocześnie, istnienie prądu zerowego zwiększa również straty w transformatorze dystrybucyjnym.
Transformator dystrybucyjny jest zaprojektowany według warunków równoważonego działania obciążenia trójfazowego. Opór, przecieki indukcyjne i indukcyjne reaktywne każdej fazy cewek są w zasadzie takie same. Gdy transformator dystrybucyjny działa pod równoważonym obciążeniem trójfazowym, jego prądy trójfazowe są w zasadzie równe, a spadek napięcia wewnątrz transformatora dystrybucyjnego każdej fazy jest również w zasadzie taki sam, co powoduje, że napięcie trójfazowe wyjściowe transformatora dystrybucyjnego jest również zrównoważone.
Jednocześnie, gdy transformator dystrybucyjny działa pod nierównoważonym obciążeniem trójfazowym, prądy wyjściowe trójfazowe są różne, a prąd płynie przez linię neutralną. Powstaje więc spadek napięcia wynikający z impedancji w linii neutralnej, co powoduje dryf punktu neutralnego, co powoduje zmiany napięć fazowych każdej fazy. Faza z ciężkim obciążeniem będzie miała spadek napięcia, a faza z lekkim obciążeniem będzie miała wzrost napięcia;Wybór transformatora elektrycznego zależy od obliczonego obciążenia, a obliczone obciążenie jest związane z wielkością i charakterystyką obciążenia w systemie oraz urządzeniem kompensacji mocy w systemie. Pojemność transformatora może być elastycznie wybierana w zależności od rzeczywistej sytuacji. Podczas eksploatacji transformatora elektrycznego, jego obciążenie jest stale zmienne. Jest dozwolone działanie w stanie przekroczenia obciążenia, gdy jest to konieczne. Jednak dla transformatorów wewnątrz budynków, przekroczenie obciążenia nie powinno przekraczać 20%; dla transformatorów na zewnątrz, przekroczenie obciążenia nie powinno przekraczać 30%.
Liczba transformatorów jest zazwyczaj określana przez kompleksowe rozważanie warunków takich jak poziom obciążenia, pojemność zużycia energii i ekonomiczna eksploatacja. Gdy spełnione są jedne z poniższych warunków, należy zainstalować dwa lub więcej transformatorów:
Istnieje wiele obciążeń pierwszej lub drugiej klasy. Gdy transformator ulegnie awarii lub będzie poddany konserwacji, wiele transformatorów może zagwarantować niezawodność dostawy energii dla obciążeń pierwszej i drugiej klasy.
Zmiany sezonowe obciążenia są duże. W zależności od rzeczywistej wielkości obciążenia, liczba transformatorów włączanych do eksploatacji może być odpowiednio dostosowana, aby osiągnąć ekonomiczną eksploatację i oszczędzać energię elektryczną.
Pojemność skupionego obciążenia jest duża. Chociaż jest to obciążenie trzeciej klasy, pojemność jednego transformatora jest niewystarczająca. W takim przypadku należy zainstalować dwa lub więcej transformatorów.
