Jakie są efekty połączenia trójfazowych transformatorów równolegle?

Wyniki równoległego działania trójfazowych transformatorów

Równoległe działanie dwóch lub więcej trójfazowych transformatorów to powszechna konfiguracja w systemach zasilania, mająca na celu zwiększenie pojemności, niezawodności i elastyczności systemu. Jednakże, aby zapewnić bezpieczne, stabilne i efektywne działanie równoległe, transformatory muszą spełniać pewne warunki. Poniżej przedstawione są wyniki równoległego działania trójfazowych transformatorów oraz powiązane kwestie do rozważenia.

1. Warunki dla działania równoległego

Aby zapewnić bezpieczne działanie równoległe trójfazowych transformatorów, należy spełnić następujące warunki:

• Równe napięcia nominalne: Napięcia nominalne zarówno na stronie wysokiego, jak i niskiego napięcia transformatorów muszą być identyczne. Jeśli napięcia nie są takie same, może to prowadzić do nierównomiernych prądów lub przeciążeni.

• Ta sama proporcja zwinięć: Proporcja zwinięć (stosunek strony wysokiego napięcia do strony niskiego napięcia) transformatorów musi być taka sama. Jeśli proporcje różnią się, spowoduje to nierównomierność napięć wtórnych, co skutkuje obiegiem prądu, zwiększeniem strat i obniżeniem wydajności.

• Identyczne grupy połączeń: Typy połączeń (np. Y/Δ, Δ/Y itp.) trójfazowych transformatorów muszą być takie same. Różne grupy połączeń mogą powodować różnicę faz, co prowadzi do obiegu prądu lub nierównomiernego rozłożenia mocy.

• Podobna impedancja krótkiego zwarcia: Impedancja krótkiego zwarcia transformatorów działających równolegle powinna być jak najbardziej zbliżona. Jeśli istnieje znaczna różnica w impedancji krótkiego zwarcia, rozkład obciążenia będzie nierównomierny, co może prowadzić do przeciążenia jednego transformatora, podczas gdy drugi pozostaje niedociążony.

• Ta sama częstotliwość: Transformatory muszą działać przy tej samej częstotliwości. Zwykle jest to zapewnione poprzez podłączenie ich do tego samego sieci zasilania.

2. Wyniki działania równoległego

a. Zwiększenie pojemności

Całkowita pojemność: Gdy wiele transformatorów działa równolegle, całkowita pojemność systemu to suma pojemności poszczególnych transformatorów. Na przykład, dwa transformatory o pojemności 500 kVA działające równolegle zapewniają całkowitą pojemność 1000 kVA. Pozwala to systemowi obsłużyć większe obciążenia.

b. Rozkład obciążenia

Idealny rozkład obciążenia: W idealnym scenariuszu, gdy wszystkie transformatory działające równolegle spełniają powyższe warunki (szczególnie mają podobną impedancję krótkiego zwarcia), obciążenie zostanie równomiernie rozłożone między transformatorami. Każdy transformator będzie niosł równą część prądu obciążenia, zapewniając stabilne działanie systemu.

Nierównomierny rozkład obciążenia: Jeśli impedancje krótkiego zwarcia transformatorów różnią się, rozkład obciążenia będzie nierównomierny. Transformatory o niższej impedancji krótkiego zwarcia będą niosły większą część obciążenia, podczas gdy te o wyższej impedancji będą niosły mniejszą. Ten nierównomierny rozkład może prowadzić do przeciążenia niektórych transformatorów, wpływając na niezawodność i żywotność systemu.

c. Obiegowe prądy

Powstanie obiegowych prądów: Jeśli transformatory działające równolegle nie spełniają powyższych warunków (np. różne proporcje zwinięć, grupy połączeń lub impedancje krótkiego zwarcia), mogą wystąpić obiegowe prądy między transformatorami. Obiegowy prąd to przepływ prądu między transformatorami w braku zewnętrznego obciążenia. Obiegowe prądy zwiększają straty systemu i mogą powodować przegrzewanie transformatorów, zmniejszając ich żywotność.

Wpływ obiegowych prądów: Obecność obiegowych prądów zmniejsza efektywną pojemność wyjściową transformatorów, ponieważ część prądu jest używana do wewnętrznego obiegu, a nie do zasilenia obciążenia. Ponadto, obiegowe prądy mogą powodować przegrzewanie transformatorów, zwiększając ryzyko awarii.

d. Poprawa niezawodności

Redundancja: Działanie równoległe transformatorów zapewnia redundancję. Jeśli jeden transformator ulegnie awarii lub wymaga serwisu, pozostałe mogą nadal dostarczać energię, zapewniając ciągłe działanie systemu. To zwiększa ogólną niezawodność i dostępność systemu zasilania.

e. Efektywność kosztowa

Elastyczna ekspansja: Dzięki działaniu równoległemu, pojemność systemu można zwiększać stopniowo bez zastępowania istniejących transformatorów. Jest to kosztowo efektywne rozwiązanie dla stopniowego rozszerzania systemów zasilania.

Rezerwowa pojemność: Transformatory działające równolegle mogą zapewniać rezerwową pojemność. W normalnych warunkach wszystkie transformatory dzielą obciążenie, ale jeśli jeden transformator ulegnie awarii, pozostałe mogą tymczasowo obsłużyć dodatkowe obciążenie, unikając przerwy w działaniu systemu.

3. Kwestie do rozważenia przy działaniu równoległym

a. Urządzenia ochronne

Ochrona różnicowa: Aby zapobiec obiegowym prądom lub innym nietypowym stanom podczas działania równoległego, zazwyczaj instalowane są urządzenia ochrony różnicowej. Ochrona różnicowa wykrywa różnice w prądzie między transformatorami i może szybko izolować uszkodzony transformator, chroniąc system.

b. Monitorowanie i kontrola

• Monitorowanie obciążenia: Transformatory działające równolegle powinny być wyposażone w urządzenia do monitorowania obciążenia, które ciągle śledzą obciążenie każdego transformatora, zapewniając równomierny rozkład obciążenia. Jeśli wykryto nierównomierny rozkład, należy dokonać odpowiednich korekt.

• Monitorowanie temperatury: Ponieważ działanie równoległe może prowadzić do przeciążenia niektórych transformatorów, ważne jest monitorowanie temperatury transformatorów, aby zapobiec przegrzewaniu i uszkodzeniom.

c. Utrzymanie i przegląd

• Regularne kontrole: Transformatory działające równolegle powinny podlegać regularnym inspekcjom i utrzymaniu, aby zapewnić optymalne działanie. Szczególną uwagę należy zwrócić na sprawdzanie impedancji krótkiego zwarcia, grup połączeń i innych parametrów, aby upewnić się, że pozostają one zgodne dla działania równoległego.

• Izolacja uszkodzeń: Jeśli jeden transformator ulegnie awarii, powinien być natychmiast izolowany od systemu, aby uniknąć wpływu na działanie innych transformatorów.

4. Podsumowanie

Równoległe działanie trójfazowych transformatorów może znacząco zwiększyć pojemność, niezawodność i elastyczność systemu, ale muszą być spełnione surowe warunki, takie jak równe napięcia nominalne, proporcje zwinięć, grupy połączeń i impedancja krótkiego zwarcia. Jeśli te warunki są spełnione, obciążenie zostanie równomiernie rozłożone między transformatorami, a system będzie działał stabilnie. Jednak, jeśli te warunki nie są spełnione, mogą wystąpić problemy, takie jak obiegowe prądy i nierównomierny rozkład obciążenia, wpływające na efektywność i bezpieczeństwo systemu.

Działanie równoległe zapewnia również redundancję, umożliwiając systemowi działanie nawet w przypadku awarii jednego transformatora, oraz oferuje kosztowo efektywne rozwiązanie dla stopniowej ekspansji systemu.