Jaké jsou typy klasifikace elektrických transformátorů a jejich aplikace v systémech pro ukládání energie?

Elektrické transformátory jsou klíčovým primárním zařízením v elektrických systémech, které umožňují přenos a převod elektrické energie. Díky principu elektromagnetické indukce převádějí střídavý proud jednoho napěťového stupně na jiný nebo více napěťových stupňů. V procesu přenosu a distribuce hrají klíčovou roli v „zvýšení napětí pro přenos a snížení napětí pro distribuci“. V systémech ukládání energie plní funkci zvýšení a snížení napětí, což zajišťuje efektivní přenos energie a bezpečné koncové použití.

1. Klasifikace elektrických transformátorů

Elektrické transformátory jsou klíčovým primárním zařízením v rozvodnách, jejich hlavní funkcí je zvyšovat nebo snižovat napětí elektrické energie v elektrických systémech, aby byl možný racionální přenos, distribuce a využití elektrické energie. Elektrické transformátory v systémech dodávky a distribuce lze klasifikovat z různých perspektiv.

Podle funkce: Rozděleny na zvedače napětí a snižovače napětí. V systémech pro dlouhodobý přenos a distribuci se zvedače napětí používají k zvýšení relativně nízkého napětí vygenerovaného generátory na vyšší napěťové úrovně. Pro konečné rozvodny, které přímo dodávají různým uživatelům, se používají snižovače napětí.

Podle počtu fází: Rozděleny na jednofázové transformátory a třífázové transformátory. Třífázové transformátory jsou široce používány v rozvodnách systémů dodávky a distribuce, zatímco jednofázové transformátory se obecně používají pro speciální malokapacitní jednofázové zařízení.

Podle materiálu cívkového vodiče: Rozděleny na měděné transformátory a hliníkové transformátory. V minulosti se v čínských továrních rozvodnách nejčastěji používaly hliníkové transformátory, ale nyní získaly širší uplatnění nízkoprázdové měděné transformátory, zejména velkokapacitní měděné transformátory.

Podle konfigurace cívek: Existují tři typy: dvoucívkové transformátory, třícívkové transformátory a autotransformátory. Dvoucívkové transformátory se používají tam, kde je potřeba převést jedno napětí; třícívkové transformátory se používají tam, kde je potřeba provést dva převody napětí, s jednou primární cívkou a dvěma sekundárními cívkami. Autotransformátory se nejčastěji používají v laboratořích pro regulaci napětí.

Podle způsobu chlazení a izolace cívek: Rozděleny na olejové transformátory a suché transformátory. Olejové transformátory nabízejí lepší izolační a tepelné vlastnosti, nižší náklady a snadnější údržbu, což jim umožňuje široké využití. Protože olej je hořlavý, tyto transformátory nejsou vhodné pro prostředí s vysokým požárním nebezpečím, výbuchové nebezpečí nebo vysokými požadavky na bezpečnost. Suché transformátory mají jednoduchou konstrukci, malé rozměry, jsou lehké a odolné proti ohni, prachu a vlhkosti. Jsou dražší než olejové transformátory stejné kapacity a jsou široce používány v místech s vysokými požárními požadavky, zejména v rozvodnách v velkých budovách, podzemních rozvodnách a systémech ukládání energie.

2. Modely a skupiny spojení elektrických transformátorů

Normy kapacity: Nyní Čína používá IEC doporučenou R10 sérii pro určení kapacit elektrických transformátorů, kde kapacity rostou v násobcích R10=¹⁰√10=1.26. Běžné hodnoty zahrnují 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600kVA, 2000kVA, 2500kVA a 3150kVA. Transformátory do 500kVA jsou považovány za malé, ty mezi 630~6300kVA za střední a ty nad 8000kVA za velké.

Skupiny spojení: Skupina spojení elektrického transformátoru odkazuje na typ spojení použitý pro primární a sekundární cívky a odpovídající fázový vztah mezi primárními a sekundárními linkovými napětím. Běžné skupiny spojení zahrnují Yyn0, Dyn11, Yzn11, Yd11 a YNd11. Pro distribuční transformátory 6~10kV (s sekundárním napětím 220/380V) jsou dvě běžně používané skupiny spojení Yyn0 a Dyn11.

• Skupina spojení Yyn0: Fázový vztah mezi primárními a odpovídajícími sekundárními linkovými napětím připomíná polohu hodinové a minutové ručičky v nule hodin (12 hodin). Primární cívka používá hvězdicové spojení, zatímco sekundární cívka používá hvězdicové spojení s neutrální linkou. Možné 3n-té harmonické proudy v obvodu budou vstřikovány do společného vysokého napěťového sítě. Navíc je specifikováno, že proud neutrální linky nesmí překročit 25% fázového linkového proudu. Proto tento způsob spojení není vhodný pro aplikace s vážně nerovnovážnými zatěžováním nebo prominentními 3n-tými harmonickými. Nicméně, skupina spojení Yyn0 vyžaduje nižší izolační sílu pro primární cívku (v porovnání s Dyn11), což vede ke mírně nižším výrobním nákladům. V systémech TN a TT lze vybrat transformátory s Yyn0 spojení, pokud proud neutrální linky způsobený jednofázovým nerovnovážným proudem nepřekračuje 25% nominálního proudu sekundární cívky a proud v libovolné fázi nepřekračuje nominální proud za plné zátěže.

• Skupina spojení Dyn11: Fázový vztah mezi primárními a odpovídajícími sekundárními linkovými napětím připomíná polohu hodinové a minutové ručičky v 11 hodin. U skupin spojení Dyn11 dochází k vytvoření okruhových proudů v primární cívce, které brání vstřikování do veřejné sítě a poskytují tlumení vyšších harmonických. Sekundární cívka používá hvězdicové spojení s neutrální linkou a podle specifikace je povolen proud neutrální linky až do 75% fázového proudu. Proto schopnost zvládat jednofázové nerovnovážné proudy je mnohem větší než u transformátorů s Yyn0 spojením. Pro moderní systémy dodávky elektrické energie s rychle rostoucím jednofázovým zatěžováním, zejména v systémech TN a TT, byly transformátory s Dyn11 spojením intenzivně propagovány a široce použity.

3. Aplikace transformátorů v systémech ukládání energie

Klíčovou roli transformátorů v systémech pro ukládání energie představuje transformace napětí a adaptace přenosu energie, což zajišťuje soulad úrovní napětí mezi bateriemi pro ukládání energie, převodníky/inverzory a elektrickou sítí/zatížením, čímž umožňuje efektivní a bezpečné nabíjení a vybíjení energie.

• Připojení k síti: V pracovním prostředí s Převodnými Systémy Energie (PCS), transformátory zvyšují AC napětí výstupu z PCS na síťovou úroveň (např. 10kV/35kV) pro připojení k síti, nebo snižují síťové napětí na úrovni kompatibilní s PCS během vybíjení. Poskytují také DC izolaci, aby se zabránilo vstřikování DC složek do sítě.

• Vnitřní distribuce energie: V rozsáhlých elektrárnách pro ukládání energie slouží transformátory jako stanice transformátorů, které snižují vysoké síťové napětí na nízké napětí (např. 0,4kV) pro poskytnutí stabilní energie pro klusery baterií pro ukládání energie, pomocné systémy PCS, měřicí zařízení a další komponenty.

• Aplikace na straně uživatele/mikrosítě: Pro ukládání energie na straně uživatele mohou transformátory převést výstupní napětí systémů pro ukládání energie na úrovně kompatibilní s uživatelským zatížením, což umožňuje přímé zásobování zatížení energií. V mikrosítích mohou také flexibilně regulovat napětí, aby bylo možné přizpůsobit interakce energie mezi různými typy distribuovaných zdrojů energie a zatížení.